大连星海湾跨海大桥水中基础施工技术

2013-08-21王国群

山西建筑 2013年25期

王国群

(中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116000)

1 概述

大连市星海湾跨海大桥全长6 km，位于黄海北部的大连市黑石礁湾，最大水深21 m，年平均高潮位0.964 m，年平均低潮位－1.116 m，受台风影响时最大海浪高达8 m。正规半日潮每日两涨两落，平均高潮间隙10 h 12 min。潮差大，潮流较急，施工易受恶劣气象条件的影响。桥位区地质条件复杂，软硬岩层交错分布，串珠状特大型溶洞极为发育，需跨台风、季风期连续施工，上述诸多因素都给大桥施工带来巨大困难。

星海湾跨海大桥东段工程由东连接线、东引桥东侧大跨径混凝土引桥三个单位工程组成，总长2.5 km。主线在双层桥部分为单向四车道，在单层桥部分为单向三车道，匝道为单向两车道(见图1)。

图1 星海湾跨海大桥东段整体效果图

2 钻孔桩总体施工方案

2.1 栈桥设计

为了提高施工效率，减少大型船机设备的投入，控制施工成本，沿线路桥梁方向全线架设钢栈桥“变海上施工为陆上施工”，栈桥只作为交通道路，在每个墩位处单独搭设施工作业平台和钻孔平台。栈桥由一个主线栈桥和两个支线栈桥共三部分组成，全长2 400 m。

2.2 钻孔平台的设计

桩基施工依托钢栈桥于承台位置搭设钻孔平台，通过履带吊起吊振动锤在平台上直接完成钢护筒的沉放，然后安放钻机进行钻孔施工。

钻孔平台的设计需考虑钢护筒沉放、钻孔机具占位、钢筋笼下放、混凝土灌注等工序的施工。要求满足50 t履带吊起吊30 t护筒、混凝土运输车直接开至孔位处灌注混凝土，要能够抵抗10级风和2 m浪高的冲击、确保桩基30 m长的钢护筒的稳定，钻孔平台与施工作业平台和栈桥必须联接成一个整体。

钻孔平台结构:采用φ630×10 mm钢管桩基础，2Ⅰ45b工字钢下横梁，以“321”型贝雷桁架为主梁。桥面设双层分配梁，主梁为Ⅰ25b，次梁为Ⅰ12.6，面层铺10 mm厚钢板，围栏采用工字钢硬防护，在桩位处设置桩位框。为考虑在钻孔桩施工时有较大的作业空间，根据不同承台大小设置钻孔平台的尺寸，最小12 m×12 m、最大18 m×15 m。

2.3 钢护筒加工及沉放

2.3.1 钢护筒的加工制作

钢护筒采用Q235b钢板卷制，板厚16 mm。为确保钢护筒各节段的焊接质量，开60°坡口，进行“V”形坡口焊，节段连接处沿周圈满焊4块加劲钢板，最底节钢护筒进行加厚，贴焊50 cm高12 mm厚钢板。

2.3.2 定位导向架的制作

为了确保钢护筒沉放垂直度和平面位置的精度，制作一个定位导向架。将导向架安装在提前预留好的桩位孔内，并跟钻孔平台的钢管桩和平联焊接牢固。其结构形式见图2。

图2 钢护筒定位导向架结构图（单位：mm）

2.3.3 钢护筒沉放

钢护筒采用DZ-135双夹具振动锤进行沉放施工，50 t履带吊配合完成。

根据实际地质情况，钢护筒沉放以底标高和贯入度进行双控确定停锤标准，确保钢护筒底部贯入在稳定的地层内，确保在钻孔施工中不会出现漏浆或者反穿孔的现象。

2.3.4 海水泥浆的配置

施工中采用海水泥浆。海水泥浆必须具有良好的稳定性、适当的比重、良好的流动性能、泥皮形成性、酸碱度和含砂率。

2.3.5 钻孔施工

为了提高施工效率，针对不同地质情况、不同桩径选择了多种形式的钻机进行施工，分别配备单绳手拉式冲击钻、CZ-80冲击钻、冲击反循环钻进行施工。

冲击反循环钻机主要施工覆盖层较深，溶洞发育不严重的桩基，对斜岩和软硬不均的地层比较有效。

CZ-80冲击钻机适应性较强，可分别施工裸岩区、浅覆盖层、深覆盖层、溶洞较发育区的桩基，尤其对浅覆盖层和溶洞塌孔漏浆的桩基施工特别有效。

单绳手拉式冲击钻主要用于施工溶洞较发育和岩石较硬的桩基，冲程灵活可调，无需较大的钻孔平台，施工成本低，成桩较慢。

2.3.6 清孔

水中大直径钻孔桩清孔质量好坏直接关系到桩基的质量，采用ZX-100/30“黑旋风”泥浆净化器进行清孔，渣与浆分离后钻渣外运，清孔后的泥浆各项性能指标满足规范要求，孔底无沉渣。

2.3.7 钢筋笼安装和水下混凝土灌注

1)钢筋笼加工、安装。钻孔桩的钢筋笼采用长线胎具法在加工场整体制作，运送至现场节段拼装吊放入孔，采用锁母型滚扎直螺纹套筒连接。

2)水下混凝土灌注。基桩混凝土采取水下灌注工艺。考虑混凝土受海洋环境影响，混凝土水泥用量相对陆上要大，同时为保证水泥混凝土的流动性和初凝时间，到达现场的混凝土坍落度控制在20 cm～22 cm，为保证桩头质量，桩顶超灌1 m。

3 承台施工

3.1 主要设计参数

本桥海中高桩承台顶标高均为+0.5，略高于海平面。承台尺寸分为5 种，分别为(5.8×5.8 ×3)m，(7.4 ×7.4 ×3)m，(8.4 ×8.4 ×3)m，(9 ×9 ×3)m，(10.6 ×10.6 ×3.5)m。

根据承台所处位置海水深度的不同，海中承台分为3种类型，深水区高桩承台，浅水区高桩承台和滩涂区埋置式承台。其中，后两种形式的承台采用单壁无底式钢套箱施工，工艺相对较简单，在此重点讲述深水区高桩承台有底钢吊箱施工。

3.2 钢吊箱施工方案概述

承台桩基施工完成以后，拆除钻孔平台，进行钢吊箱的拼装。

钢吊箱在海中承台施工期间，抵抗海水浮力、承受承台混凝土重力是依靠封底混凝土和钢护筒之间的摩擦力，为了确保钢护筒和封底混凝土之间的粘结力，在进行吊箱施工之前，必须采用环形的护筒刷将封底混凝土高度范围内的钢护筒进行清理(见图3)。

图3 采用护筒刷清理钢护筒上海生物

钢吊箱侧板和底板均为组合式拼装单壁钢结构。底板系统由面板和纵、横梁组成，高度为50 cm，底板在对应桩基孔位处开孔。底板和护筒间的孔隙采用橡胶皮结合钢板进行封堵，将橡胶皮用螺栓固定在圆形压板上，利用橡胶皮紧紧裹住护筒，实现隔水和防止混凝土泄漏。侧板块与块之间竖向采用角钢法兰栓接，缝间设置橡胶条以防止漏水。

由于承台尺寸各异，为了节约一次性投入侧板加工钢材，钢吊箱侧板采用分块组装，用不同长度的节段组拼出相应承台的吊箱侧板，无须针对每个型号的承台单独制作定型钢侧板。钢吊箱平面尺寸按照承台尺寸加大20 cm制作，侧板兼承台模板使用。钢吊箱侧板按照3种宽度进行加工，分别为3 m，1.6 m和1 m。

钢吊箱共设置16根φ32精轧螺纹钢吊杆，吊杆均位于吊箱内部。吊架横梁采用双肢HN350×175型钢，吊架纵梁采用双肢HN600×300型钢，节段与节段之间采用钢板法兰连接，安放在钢护筒顶部。下放采用8个挂在主吊架上的20 t倒链或4个50 t液压穿心千斤顶下放。下放过程中要均匀缓慢地水平下放，并适时监测吊箱四角的标高，如发生倾斜状况，必须立即校正。

钢吊箱下放到位后浇筑C30水下封底混凝土，封底厚度根据钢吊箱大小确定，最小1.15 m、最大1.6 m。根据布置的浇筑点按顺序进行封底，直至混凝土面达到标高，封底混凝土须一次浇筑完成。混凝土坍落度控制在180 mm～200 mm之间，使每盘混凝土灌注后的流动坡度在1∶(5～7)范围内。灌注点选择在桩基与桩基空隙处及四个边角处，浇筑导管口离底板约20 cm，灌注高度高出设计约15 cm，待抽水后凿除。施工时，测量封底混凝土面各处标高，特别是四个边角处的标高，确保混凝土面基本平整。封底混凝土达到设计强度80%以上后，即可抽出吊箱内积水，拆除吊架和底板下托梁，完成受力体系的转换，割除护筒，凿桩头，进行承台施工。侧板在首节墩柱浇筑完成后拆除。