深水裸岩基础施工技术在杭长客运专线工程中的应用

2014-05-04上海铁路局工程质量监督站

上海铁道增刊 2014年2期

梁敏上海铁路局工程质量监督站

1 工程概况及水文地质情况

杭长客运专线牌头浦阳江特大桥位于浙江省诸暨市境内,大桥于DK81+035.83处跨越浦阳江。跨江方式采用（48+3×80+48）m 连续梁（+5-32）m 简支梁方式，其中186#～188#墩位于深水中，线路法线与水流方向夹角为12°，水位H1%=17.85 m,流速 V1%=3.0 m/s。设计水中墩基础施工采用双壁钢围堰。

施工期间水位为11.5 m，也是雨季最高水位。此处浦阳江通航量较少，桥址江面较宽，水流平稳，附近无桥梁码头等。186#～192#桥墩位于江中，均为钻孔桩基础，钻孔桩穿过地层依次为粉土、细圆砾土(Q4a1)，泥质粉砂岩、砂岩、含砾砂岩强风化、弱风化。

2 主要工艺技术流程

2.1 水下爆破及清碴技术

2.1.1 简介

为满足通航要求，承台埋入河床以下，河床覆盖层为1 m左右，下伏基岩，水深5 m～8 m，采用水下爆破施工。

水中墩钢套箱采用圆形，封底厚度为2.5 m，因此爆破范围比钢套箱的外围宽不小于1 m，爆破的深度在承台底不小于3 m。由于周围分布大量的民房，为满足振速及安全距离的要求，必须分次爆破到位。

爆破工艺流程如下：锚定钻孔作业平台→测量放样确定钻孔位置，移船就位→钻孔→成孔冲洗→验孔→装药→连线→平台撤离（同时拉响警报并派人警戒）→起爆→解除警戒循环。

（1）测量放样确定钻孔位置

钻孔前，要利用全站仪进行测量精确定位，防止漏钻和叠钻。根据当时的水位、水深及超深值计算该点的钻孔深度。施工时务必钻到设计要求深度以避免二次爆破。

（2）钻孔

最好采用垂直钻孔作业。钻孔机具选用4台气动YQ100E型潜孔钻机，钻孔直径为90 mm，钻孔深度可达30 m。为了确保开挖达到设计的深度，钻孔应超钻深度1.5 m，钻孔深度达13 m左右（指从水面以下的深度）。钻机的布置为每排4孔，孔距为1.9 m，排距为1.6 m。一般每次爆破为5排即20个孔。

（3）装药

每钻完一排孔后，即开始一次装药作业。炸药采用防水性能较好的乳化炸药，雷管采用非电毫秒雷管。为避免产生瞎炮,每个炮孔应采用多点起爆,每个起爆点放两枚雷管。同一孔中应用相同段别的同批雷管，起爆网络采用微差复式起爆网络，以确保传爆的准确性。装药完毕无误后，顺套管装填河砂。取套管时，要注意雷管尾线不要落水。在装药过程里，雷管尾线不能受力。

（4）联线

在水中放置浮胎，使其锚定地飘浮在水面上，将“每船同排”的导爆管安绑在一只轮胎上，按照“从后到前”的顺序将轮胎上的导爆管用“同段”非电雷管连接起来。为了不使传爆雷管将其他导爆管炸断造成拒爆现象，连接时应将雷管置于浮胎上面，并用泡沫盒包住扎紧，不能浮在水面随波漂移。

（5）警戒及起爆

爆破警戒包括施工警戒和起爆警戒。施工警戒距离为20 m，用视觉信号作标记即可；起爆警戒应同时发出视觉信号和听觉信号，这里不多赘述。

（6）爆破效果检查

起爆后应确保安全时间，一般为5 min以后才可以进行下一步作业。

（7）水下爆破参数表（见表1）

表1 浦阳江特大桥187#墩水下爆破参数

（8）清碴

由于浦阳江不通航，不能采用大型驳船通过冲击抓碴的方式进行清碴，这里利用标准舟作为平台采用长臂挖掘机进行清碴。

清碴采用28 m长臂挖机配合装碴船进行清运。为解决操作平台的稳定性问题，可在平台中间舟节灌满水，以降低重心，减少晃动；在靠近栈桥一侧清碴时，可通过打入钢管桩与栈桥连接，确保其稳定。

2.1.2 实施过程存在的问题及采取的对策和启示

（1）爆破后石块大

由于爆破后石块大，非常不利于清碴。后把孔距改为1.6 m，排距1.3 m，钻孔改为梅花状排列，石块基本保证最大在50 cm以下。

（2）扰民情况较多

如现场离民房较近，虽能保证振速及安全距离的要求，但仍感觉民房有振动感。可尝试多增加雷管起爆的段别，一般可明显降低振动感。

2.2 钢套箱加工及安装

设计承台尺寸为11 m×15 m，钢套箱有矩形和圆形两种，我们首选用圆形钢套箱，内径为20.5 m，壁厚1 m（见图1）。

图1 圆形钢套箱尺寸

（1）钢套箱的设计及加工

根据现场测量水位11.5 m，钢套箱顶部标高设计按14 m考虑，钢套箱底部标高为-1.0 m，高度为15 m；封底厚度为2.5 m，分三节，从下向上高度依次为4.5 m、5.0 m、5.5 m，分8个隔舱，每块重量不超过 9 t，内外壁之间采用∠56×36×4（mm）角钢，竖肋采用∠75×50×8（mm）角钢，环向加筋板为140×10钢板。

拼装按照分节外弧的弧度及长度加工胎具。焊接后要及时处理渗水部位，确保钢套箱的严密性。拼装时要求：上下隔舱板对齐，各相邻水平桁架弦板对齐，上、下竖向加劲角钢允许不对准，但必须和水平桁架弦板焊牢。内外壁钢板拼缝不能对接焊时，允许采用搭接焊或贴板焊接，但必须满焊，并保证全焊水密结构的可靠性。

（2）首节钢套箱拼装

首节钢套箱采用在水中进行拼装，如场地许可也可采用在岸上拼装并通过滑道下水。

钢套箱拼装好后，需全面仔细检查各焊缝有无气孔、夹渣、漏焊等处，并进行水密试验，这一点尤为重要。

（3）浮运就位、接高

这个过程主要由钢围堰定位和接高两个步骤，技术要点有：

首节钢围堰顶推到桥墩大致位置后，要顺水流方向两边拼装浮箱，垂直水流方向安装贝雷架并与浮箱连成整体，形成框架结构，精确定位后，通过工字钢抵住钢围堰进行限位锁定。

首节钢套箱锁定后，每一节段钢围堰运到位后，与首节或上一节进行焊接，要注意让钢围堰均匀下沉，并予留相应的干舷高度，以便接高下一节时焊接作业。

为保证拼接钢围堰的顺直，要在底节顶面定出一个测量基准面并确定中心点，并以此基准面和中心线为准进行结构尺寸的测量控制。接高拼装采用两台浮吊对称式拼装，施工时要通过精密测量防止不均匀沉降而使位置产生偏移。刃脚下到标高后，下潜水员用2 cm的钢板焊成楔形盒子支垫钢围堰刃脚，以确保钢围堰的稳定。为保证封底混凝土的可靠性，在外侧采用编织袋装粘土将刃角外侧填塞密实，再覆盖一层沙石，从而防止封底混凝土外逸。

（4）下沉、清基

钢套箱在水中是采用隔舱内灌水的方式下沉，灌水时应对称进行，防止侧倾。

钢套箱着床是钢套箱施工中的一道重要关键工序。钢套箱着床后的位置和倾斜率对钢围堰以后的下沉，乃至钢套箱落到设计高程时的质量都有重要影响。我们是通过在钢套箱的隔舱内反复灌水的方式以调平围堰。必要时，可排除隔仓内的水使围堰上浮再进行第二次准确着床，直到精度符合设计要求。

（5）钢套箱内清基

钢围堰清基是为了使水下封底混凝土与基岩面结合紧密，避免出现夹砂层，防止透水现象发生。可利用潜水员下水探摸并水下找平。清基到位后，则可进行水下混凝土封底。

实施过程存在的问题及采取的对策和启示:

（1）钢套箱的设计优化

根据最初的设计，隔舱之间桁架支撑间距为50 cm，但水下舱壁水越深受力越大。后来根据施工人员的建议优化设计，刃角部分间距为50 cm，最顶部间距调整为150 cm。这样既保证了受力相对均匀，又节约了钢材用量，优化后的每个钢套箱重量约为200 t。

（2）钢套箱下沉之前的检查

下沉之前，通常采用测绳测量宽度及深度是否达到要求，确保一次下沉到位。施工过程中由于检查不到位，188#墩清碴后流砂造成清理不彻底，最后下沉不到位，采用挖机在周边淘沙下沉，又碰到刃角有石块，最后只能抽水上浮重新清碴，耽搁了4天时间。

2.3 封底施工

封底是深水基础施工的关键环节。按照浮力与重力平衡原理计算可得封底厚度应保证2.5 m厚，可采用分两次封底施工，第一次封底厚度控制在1.5 m，根据第一次封底情况再进行第二次封底；同时隔舱内封仓混凝土应保证4 m高。封底采用两台泵车配合两台漏斗导管进行作业，从上游开始，先封周边，再封中间。

采用泵送多点导管浇筑封底混凝土。因封底混凝土数量大，为提高混凝土流动性和延长混凝土的初凝时间，混凝土中可掺加适量的缓凝型减水剂（30 h缓凝时间）和粉煤灰。

根据测绳测量结果，可先对爆破后低凹的进行灌注混凝土封底，然后再灌注较高的。

水下混凝土浇筑过程中应注意的事项：要用测深锤每隔一段时间，测出混凝土表面标高，用以指导各导管提升及下料。一般要求混凝土要均匀上升，以免造成混凝土面高低偏差过大。同时，也可避免导管埋置过浅而使导管悬空。混凝土浇筑终结时，尽量调平混凝土表面平整度。灌注水下混凝土时，最好准备多套导管提升装置，防止混凝土堵管。

封底混凝土达到设计强度后，进行钢套箱内抽水。并将封底混凝土表面找平至承台底设计标高。钢套箱抽水之前，要根据检算对仓内灌注水下混凝土以平衡浮力。

实施过程存在的问题及采取的对策和启示:

（1）钢套箱周边的封堵

由于爆破后，基底不是很平，钢套箱落地后，刃角与钢套箱接触不密贴，周边封堵不严实，导致封底时混凝土外溢。为此，钢套箱下沉到位后，应先用粘土装袋回填，然后用砂子回填密实。同时，为防止混凝土流入钢护筒，也应在钢护筒内填粘土夯实。

（2）套箱内抽水注意事项

在桩基施工完成后，抽水之前一定要经过检算，向套箱舱内加水，确保重力一定大于浮力，否则容易上浮，并做好观测记录。