秦岭山区某大桥主桥深水基础的施工

吴明玉 宁殿晶 闫亚武

随着高速公路建设中心往中西部移动,山区高速公路逐渐增多,且对线形等要求越来越高,势必会出现更多的深水基础。文中研究的秦岭山区某大桥结合山区实际在施工过程中所采用的施工技术和方案具有实用性、经济性和科学性,施工中采用的平台结构、吊箱结构、桩基施工工艺、河床注浆固结工艺等,在技术上有所创新和突破,对山区深水基础施工有很强的借鉴和指导价值。

1 大型桥梁深水基础的受力特点

1)深水基础的稳定性与安全度,一般常受水文条件控制,所以对于桥梁深水基础,水文条件与地质条件具有同等重要的地位;2)深水基础除了需考虑环境水的侵蚀外,还需要考虑潮汐、洪水以及流水所夹砂石与流冰的直接碰撞、磨损等问题;3)深水基础类型的选择异常重要,它不仅关系到基础造价的高低,还直接影响到桥梁工程的成败、质量和工期;4)深水基础应具有较高的抵抗自然灾害能力,这就要求其勘测设计时做大量、细致的勘测,而深水基础的地基勘测均需在水下进行原位勘测,工作条件差,要取得真实可靠数据难度大,这就要求其勘测手段更先进、可靠;5)深水基础属于水下隐蔽工程,其设计与施工时必须将水流速度、水深深度等因素及由深水所引起的其他约束条件联系起来综合考虑,并采取相应措施。

正因为深水基础有如此特点,所以其不仅工程量大、造价高、工期长,它对周边环境的影响及受地震地质的影响都较大,若基础选型不当,带来的风险和资源浪费将非常巨大。

2 工程概况

位于包茂高速公路段上的秦岭山区某大桥为95 m+170 m+170 m+95 m跨径双薄壁高墩、深水基础连续刚构桥。水中基础为整体式群桩深水基础。承台为整体式16.2 m宽×24.5 m长×4.5 m高;基础为嵌岩桩,桩长 49 m,桩径2.0 m,共24根。承台顶标高317.4 m,承台底标高312.9 m,桩底标高263.9 m。水中主墩高72.4 m,结构为双薄壁高墩,2.5 m宽×6.5 m长。设计最低水位：313.37 m,设计 300年一遇最高洪水位：329.37 m,设计100年一遇最高洪水位：328.37 m。路线所处区域属长江水系汉江流域,主桥桥跨越汉江,水位受水库控制。主墩处水深较深,25 m～40 m,水位落差约16 m,水面较宽约 320 m。

3 桩基施工方案

3.1 水中钻孔平台

水中平台分为堆料停吊车区和钻孔区,以钢管桩和钢护筒联合承重,设置钢管平联和型钢、贝雷分配梁。平台顶高程为329.5 m,高于300年一遇最高水位329.37 m,钻孔施工不受水位起降影响,可连续施工。管桩及钢护筒在加工场分节加工完成后,运输至码头,通过平板船及驳船运送至主墩处,利用20 t和42 t浮吊吊装、现场焊接接高,90 kW振动锤沉入。通过平联和剪刀撑连接成整体框架结构。堆料区平台上部结构,采用20 t浮吊起吊安装焊接成型。钻孔平台区通堆料平台上布置25 t汽车吊进行材料的吊装。贝雷片及分配梁通过U形卡固定,面板采用型钢格构架分块整体焊接安装。

3.2 桩基施工

因为施工区水位落差大,覆盖层薄,护筒入土浅,护筒没能穿透砂卵层,为避免钻进过程中塌孔对施工造成风险,钻孔前对每根护筒周围先用注浆法进行固结。

钻孔施工采用单绳冲击气举反循环钻机进行施工;钢筋笼在钢筋加工场分节加工成型,分段运送至平台,利用25 t吊车现场接高下放;混凝土在岸边拌合站集中拌和,混凝土运输车利用平板船运至墩位处,采用泵送灌注,混凝土输送泵放置在独立的浮箱上。

实践证明,深水桩基础采用反循环钻进进行施工效率比正循环高得多,而且可大大减少断桩的可能,保证成桩质量。深水桩基础施工中由于孔深、水压大,灌注混凝土前对导管必须做水密性试验和承压试验。下放导管时,要认真检查每个接头有无密封圈,防止接头间橡皮垫被导管内高压挤爆导致进水。

4 承台施工

4.1 钢吊箱施工

4.1.1 钢吊箱制作、试拼装

1)钢吊箱根据设计在加工场分块制作,单块最大重量11.4 t。根据钢吊箱结构设计,每节钢吊箱按照34片进行加工。2)钢吊箱分片制作采用流水作业组织生产,每片钢吊箱均在特制的平台和模具上组装焊接成型。焊接顺序：外侧钢板→吊箱骨架→内侧模板→骨架间加强肋。

4.1.2 钢吊箱现场拼装及下沉

桩基施工完成后,拆除钻孔平台,割除钻孔平台上的上平联钢管,在钻孔平台与钢护筒间及钢护筒间搭设牛腿作为钢吊箱拼装平台,采用型钢做分配梁。钢吊箱加工完成后,分块通过平板船运输至拼装平台处,利用20 t浮吊和25 t汽车吊配合现场焊接拼装,然后分两层整体下沉。在下沉前,针对个别护筒倾斜度较大,而且吊箱下沉深度较深,达20 m,为保证吊箱一次顺利下沉到位,除了要求潜水工对护筒周围进行摸索清理外,采用水下视频监视器对护筒逐根进行检查监控,确保吊箱一次下沉到位。

4.1.3 钢吊箱封底

1)钢吊箱下沉到位并进行底板封堵板安装后,封底前再用棉絮封堵钢护筒同封堵板的间隙。采用刚性导管法灌注水下封底混凝土,汽车吊配合、不分仓一次性进行封底混凝土浇筑,推进过程由两侧向中间,基本对称进行。2)封底高度3 m,混凝土方量约为870 m3,为保证施工连续,一次性浇筑完成混凝土,采用两种方法同时进行混凝土输送,一种为搅拌站集中搅拌供料,配备6辆搅拌运输车,通过两艘驳船运至现场,用混凝土输送泵泵送,进行封底混凝土灌注。另一种是将混凝土输送泵,泵管架设在浮桥上,混凝土直接从码头泵送至吊箱平台上。3)混凝土配合比采用掺加缓凝剂,混凝土初凝时间为20 h左右,保证所有封底混凝土在混凝土初凝前浇筑完成。4)封底混凝土标高控制。浇筑过程中随时用测绳进行测量,控制导管埋深及顶面标高。

4.2 承台施工

承台分两次浇筑,第一次浇筑 2.0 m,第二次浇筑 2.5 m,大体积混凝土浇筑内布设冷却管。承台施工示意图见图1。

5 结语

本桥基础施工的难点是：1)水文地质条件差,最大水深40 m,水位落差大,最大单日落差达14 m,覆盖层薄,钻孔平台基础搭建难度大,钢护筒精确插打、定位难度大;2)施工区域大型设备无法到场,水上设备均通过汽运到场后现场组拼;施工场地狭小,属山区高速,现场没有大块加工场地,护筒及钢吊箱等大型钢构件只能先加工成小件然后通过船运到现场组装;合理组织施工生产尤为重要;3)水库水位落差大,需合理考虑钻孔平台与钢吊箱的标高;4)水中墩搭建栈桥不经济,混凝土等施工材料供应难度大;5)深水钢吊箱设计及下放施工难度大;6)工程位于水库中,环保要求高。

本桥基础施工是典型的山区水库深水基础施工。施工设备及大型钢构件,先化整为零,现场再组拼成整体,有效克服了地形及运输等困难。本桥平台设计时平台定标高设计在最高水位线以上,有效防止了钻井过程中汛期水位上涨对基桩施工的影响,保证了施工的正常和连续性。根据地区特点,在正式钻孔前先对护筒周围采用注浆固结,有效防止了塌孔事故的发生,而且大大加快了钻进速度,降低了施工风险。这一成功的施工措施,在类似工程条件下,可以参考使用。

[1]孙兴华.沿海客专大云特大桥深水基础施工技术[J].山西建筑,2008,34(16)：315-316.