武胜嘉陵江特大桥深水基础施工技术

黄琼安

（四川路桥桥梁工程有限责任公司，610000）

武胜嘉陵江特大桥深水基础施工技术

黄琼安

（四川路桥桥梁工程有限责任公司，610000）

本文介绍了武胜嘉陵江特大桥水下钻孔灌注桩、承台施工的要点关键词：武胜嘉陵江特大桥；钻孔桩；承台；钢吊箱；施工

一、工程概况

武胜嘉陵江大桥，属省道304线重点控制性工程，主桥设计为双主跨170m、边跨90m连续刚构，桥梁总长为743米，总造价约1.6亿元，主墩墩身采用双实心薄壁墩，墩高约30米，大桥的施工难点在于主桥主墩和交界墩的深水基础的施工。

桥型布置图

武胜嘉陵江特大桥设3个主墩，2个交界墩，基础均采用分幅式设计，其中3#交界墩和6号主墩位于靠近南北两岸的浅水区，4#、5#主墩位于嘉陵江中间深水区。

每主墩左右幅分别布置为3×2φ2.5m群桩，分幅设置承台，承台平面尺寸为15m×10m，高为5m，两分幅承台间净距为1.65m，承台设计为C30砼。

二、主要施工技术

1、施工工艺

武胜嘉陵江特大桥主桥的主墩和一交界墩在深水库区中, 均为钻孔灌注桩基础，桩长约40米；水深最深达14米（勘测水位时）。根据桥址处的水文、地质及周围环境情况，在主桥的下游侧布置浮式栈桥，栈桥上主要安放电缆、混凝土输送管。在两岸各设一座靠岸码头，通过码头将材料、设备等转至船上，送到水上施工平台。本桥钻孔桩施工均采用水上平台法作业。4#、5#承台采用内置钢吊箱的方式施工。

2、主要项目施工

2.1 河床面测量和清理

通过对河床面的测量，更好地掌握河床基面的具体情况，如若实测情况与设计图有偏差，则需要采取措施进行清理整平，通过放样确定需平整河床的范围并在该范围内测定平均水深，将砂石采掘船的掘料斗底面调整至平均标高上，驱动拖轮，使采掘船在该范围内来回航行，以达到平整河床基面的目的。

2.2 浮式导向平台设计及施工

2.2.1 导向船的选用与改造

初步确定导向平台分配至每艘船上的荷载约为150T，通过对比选择，选定的四艘船的载重能力均在450吨以上， 选用的各导向船龙骨分配均按照承受均布荷载考虑，而本工程所设计的导向平台在门式刚架两立柱区域受力较为集中，因此需对船体龙骨进行加强。

对导向船需将其货舱顶面局部开洞，对船体底龙骨进行加密，然后在上面重新安装型钢组焊的桁架，桁架底面与船体原有横向龙骨焊接为整体，顶面另行设置横撑及斜撑。其中新加桁架上下弦杆为I25B工字钢，立柱为2[20和2[10槽钢，斜杆为[10，顶面及底面横向联接均采用[16B槽钢，空间斜撑采用[10槽钢。

2.2.2 导向平台整体布置

一个主墩导向平台主要由导向船（两条）、锚固调节系统、门式刚架（两座）、天车、操作平台组成，各组成部分的布置原则如下：

（1）导向船：两条导向船均顺水流方向布置，两导向船轴线距为24米。

（2）锚碇调节系统：根据导向平台锚碇的设置，每条导向船上需设置两套锚碇系统。在上游侧（主锚端）、下游侧（尾锚端）分别设置一台5T卷扬机，上游侧卷扬机主要负责主锚、上游侧边锚的收放，下游侧卷扬机主要负责尾锚、下游侧边锚的收放。

（3）门式刚架：每个导向平台上设置两座门式刚架，门式刚架沿桥纵向（垂直于船体）设置，两门式刚架横向间距为24米。

（4）龙门吊：每个导向平台上安装一龙门吊，用三角架做主梁，主梁跨径为24米。

（5）操作平台：为进行护筒导向及便于施工操作，在两门式刚架中间设置操作平台，平台直接放置在从导向船底立起的桁架上，在所有桩位钢护筒范围内满布。

2.2.3 锚碇系统

（1）主锚布置：两主墩均在上游布置12个15T钢筋混凝土锚碇作为主锚，主锚抛放距离取120米，主锚绳采用6×37-φ28钢绳。

（2）尾锚布置：两主墩尾锚均采用4个15T钢筋混凝土锚碇，锚绳与主锚同，尾锚抛放距离确定为120米。

（3）主墩边锚：边锚锚碇与主锚碇同，每导向平台设8个，每条导向船上设两个，锚绳在船底交叉布置，抛锚距离为100米，锚绳和主锚相同。

2.2.4 门式刚架

门式刚架是水上门吊的传载结构，同时兼作两导向船连接梁，沿桥纵向布置两座，每座门式刚架由主纵梁、弱侧立柱、悬臂侧立柱组成。

门式刚架主纵梁为2m×2m截面的组合桁架梁，由万能杆件拼装成形，主墩主纵梁受导向船中心距的影响，设计为38米。主纵梁上下弦杆均为2N1（对角布置），水平横杆及竖腹板均为2N4，竖向斜杆设计为2N3，水平斜杆设计为2N5，空间斜杆设计为N5。

门式刚架两立柱均为2m×2m截面的组合桁架柱，由万能杆件拼装成形，柱高均为16米高。柱底部采用N21支承靴，支承在船上垫梁顶部，支承靴、垫梁、船体之间均需焊接牢固。

2.2.5 水上龙门吊

（1）门式刚架调平后，在主纵梁各节点位置安反6号及轨道。

（2）轨道与门式刚架间采用U形环进行连接，并设置限位板，防止龙门吊行走时轨道移位。

（3）龙门吊横梁分片拼装后采用25T吊车吊装，每片吊装到位后即采用U型环对其进行锁定，并设置临时支撑确保其横向稳定，待四片主梁均吊装到位后，进行位置调整并锁定U型环。

（4）在已安装到位的龙门吊主横梁上依次安装行走轨道、天车及电动葫芦，从而完成整个龙门吊的安装工作。

（5）龙门吊安装完成后，在跨中段进行行走及试吊。

2.2.6 操作平台

因门式刚架及龙门吊均高出水面较多，钢护筒下放时施工人员无法直接进行安装，故设置操作平台，其设计及施工要点如下：

（1）操作平台主梁沿纵向布置，设计为单层单片三角架，其横向单距依序为475cm、575cm、575cm、475cm，纵向跨径与门式刚架跨径同，操作平台主梁下弦标高按低于护筒顶面适当高度设计。

（2）操作平台主梁通过船顶垫梁、操作平台托梁支承于导向船上，其两端支承线与导向船中心线重合，船顶垫梁焊接于船顶面，操作平台托梁与垫梁间采用螺栓连接，操作平台托梁与主梁三角架之间采用U形环锁扣。

（3）操作平台主梁顶面布置[16槽钢作为操作平台横向分配梁，以5cm厚优质木板作为操作平台面板。

（4）操作平台移位：考虑钢护筒的下沉需要振动锤的辅助，而振动锤的尺寸较大，所以操作平台和导向型钢要方便移动。

2.3 钢护筒支承钻孔平台的设计及施工

2.3.1 钢护筒设计

（1）钢护筒设计所考虑的因素

①桩基直径为2500mm，护筒直径应略大于该尺寸（考虑2700mm）；

②因水流流速导致钢护筒在下放过程中可能有倾斜，但本工程因位于库区，流速较低，故此值并不会太大，并且此误差可由现场试验预偏量确定；

③因采用浮式平台，操作中平台可能会出现小量的水平位移，故需适当加大钢护筒；

④因河床面并不十分平整，钢护筒长度需能进行调整；

⑤本工程的钢护筒在桩基施工过程中具有承受护筒顶施工荷载的功能，故其壁厚需作适当加厚（考虑使用20mm的钢板卷制）；

（2）钢护筒设计要点：

①钢护筒分段：将钢护筒分为顶端段、标准段、刃脚段分别进行加工。。

②钢护筒联接设计：钢护筒间采用焊接，在联接时首先对环向焊缝进行焊接，然后将外表面打磨平整，贴焊环向板。

③顶端段护筒设计：上两段筒身采用20mm钢板卷制成形，在顶端30cm范围内设置一道顶端加强箍，加强箍采用10mm钢板卷制成型并与筒身焊接为整体。

④标准段护筒设计：筒身采用20mm钢板卷制成形，在筒身中段每道环向焊缝处设置一道加强箍，加强箍采用10mm钢板卷制成型并与筒身焊接为整体。

⑤刃脚段护筒设计：刃脚段护筒长度为桩位处护筒总长度减去顶端段及标准段长度，筒身设计同标准段护筒，在护筒底30cm范围内设置刃脚加强箍，该加强箍采用10mm钢板卷制成型并与筒身焊接为整体，其下端采用双坡口的设计。

2.3.2 钢护筒安装

（1）运输钢护筒的驳船驶至导向平台门式刚架悬臂端后，将运输船与导向平台间采用尼龙绳进行临时系结。

（2）将龙门吊行走至悬臂端后，两吊点进行钢护筒起吊，起吊时应先将钢护筒由水平放置提升为竖直放置，然后方能起吊。

（3）每根护筒安装顺序：刃脚段护筒吊运---各标准段护筒吊运及拼装---顶端端护筒吊运及拼装---护筒拼装完成后整体下放---护筒位置调整及锁定---进入护筒横撑及牛腿焊接。

（4）护筒的导向架：护筒下放时的导向通过在操作平台主梁上设置限位横杆进行确定。限位上横杆采用I25B工字钢，设置于操作作平台主梁顶面；限位下横杆采用[16B槽钢，设置于操作平台主梁下弦杆顶面。

（5）护筒位置调整及竖直度测量：护筒下放时先在设计位置上游约10cm位置下水，着床前对护筒顶端位置进行测量，若存在大于5cm的偏差，则提升出水重新下放。顶面中心位置的测量采用全站仪进行，竖直度的测量采用对护筒顶面进行高程测量推算倾角的方式进行，护筒的竖直度按严于规范（5‰）的要求控制，以确保桩基的竖直度。在钢护筒平面位置及竖直度均满足规定时，对钢护筒位置进行锁定。

（6）钢护筒在定位完成后需进行振动下沉。在钢护筒位置确定后，在护筒顶安装夹具及振动锤，夹紧护筒后，放松吊点开始振动。振动过程中需随时保持吊点放松，并观察钢护筒竖直度、平面位置，一旦护筒发生倾斜、偏转则立即停止，校正并进行有效导向后方可继续振入。当钢护筒连续2min均不再下沉，且振动锤达到最大激振力后，即可终止振动，使用吊点拆除振动锤并对护筒顶进行定位。

2.3.3 钢护筒顶端联接设计与施工

（1）钢护筒顶端联接

采用钢护筒上设置钻孔平台的方案，顶端连接尤其重要，因此设置了包括纵向牛腿、纵向平联、纵向斜撑、横向牛腿、横向平联、横向斜撑六个部分的联接体系。

（2）钢护筒纵向牛腿布置

①钢护筒纵向牛腿焊接在各钢护筒的横轴线上，每个钢护筒上对称焊接两组。

②纵向牛腿由两片12mm厚肋板、两片16mm厚肋板、一块16mm厚水平钢板组成，其作用是支撑纵向主梁，同时作为横向平联及横向斜撑焊接点。

（3）钢护筒横向牛腿布置

①钢护筒横向牛腿焊接在各钢护筒的纵轴线上。

②横向牛腿和纵向牛腿结构相同，其作用是支撑横向主梁，同时作为纵向平联及纵向斜撑焊接点。

（4）钢护筒横向平联、横向斜撑布置

①钢护筒横向平联设计为2[32B槽钢，两端均焊接于同一横轴线上的相邻纵牛腿中肋板上，两槽钢背向设置，以便焊接。

②横向斜撑设计为[16槽钢，两护筒间设置交叉斜撑。其下端与钢护筒间采用销接，即在钢护筒加工时，在预定位置设置联结板，联结板上预留销孔，在钢护筒安装时将一根长6米的[16槽钢端部镗孔并与联接板销接在一起，为方便护筒下放，将[16槽钢转为竖直状态固定于护筒上。待钢护筒着床后，将[16槽钢向下转动，根据与相邻一组纵向牛腿的交点位置确定所需长度，按需要长度进行切割后，进行焊接，从而完成斜撑安装。为保证同一联接位置的两根斜撑均能安装到位，[16槽钢背向设置。

（5）钢护筒纵向平联、纵向斜撑布置

钢护筒纵向平联与纵向斜撑设计与横向相仿，于此不再重复。

2.3.4 钻孔平台形成

（1）钢护筒联接系统施工完毕、钢沉箱下放后依次进行平台纵向主梁、横向主梁、分配梁的安装，纵、横向主梁均为2I45B工字钢，分配梁为I25B工字钢，均由运输船运输到位，使用龙门吊进行安装。

（2）给横向主梁安装到位后，在钢平台四角拉设下拉缆，下拉缆的锚碇同导向船锚碇，锚绳同边锚锚绳。拉缆收锚采用5T手拉葫芦。

2.4 桩基施工

两主墩平行施工，每墩位共12根桩基，考虑按梅花布置分两批次进行施工，考虑桥位下游是武胜城区的取水源，所以特制泥浆循环系统，以确保不影响下游水质，施工过程除钢筋笼的安装采用水上龙门吊以外，其余工序和常规的钻孔灌注桩相同。

2.5 承台施工

2.5.1 钢吊箱设计概况

4、5#主墩钢吊箱支架系统均由2I25型钢立柱，2I45工字钢上承重梁，Φ32精轧螺纹钢吊杆，2I25下承重梁组成。底模采用15cm厚C30钢筋砼预制板，侧模采用墩身大块钢模及2[20背枋，模板采用螺栓连接，中间夹胶皮防水处理。侧模安装好后，浇筑100cm厚的C25封底砼。

2.5.2 施工工艺流程

（1）吊箱型钢立柱预埋

主墩桩基浇筑时，在墩顶预埋I25作为承台吊箱系统的型钢立柱，支墩长3m，预埋时埋入桩顶约0.5m。

（2）钻孔平台的拆除

当所有桩基都浇筑完成后，将对平台进行拆除，拆除时注意对型钢的保护，割除时按承台吊架系统的拼装尺寸来考虑，也可以考虑平台的拆除和吊架的安装同步进行。

（3）吊挂系统安装

主墩承台作业面清理完毕后，首先将2I25下承重梁临时锚固在钢护筒上，焊接2cm厚型钢立柱端承板，并将其顶面调至为统一标高。再利用导向平台起重系统安装2I45上承重梁，焊接[16横向支撑，使之形成框架。承重梁安装完成后，安装Φ32精轧螺纹钢筋吊杆及2I25下承重梁，在下承重梁底面吊杆处焊接一个JM32限位装置，这样即方便吊杆安装及底模高程的调节，也便于预制板的安装及后期吊箱系统的拆除。

（4）底模安装

主墩承台底模采用吊挂15cm厚钢筋混凝土预制板，预制板采用C30混凝土预制。

（5）侧模安装

底模安装完成后，开始安装承台侧模板。侧模由大块钢模板改制组成，模板高6.5m，模板的固定采用拉撑结合的方式来完成，模板拉杆采用Φ20的钢筋制作，拉杆采用对拉的形式。

模板安装时要严格控制模板线型及竖直度在规范规定范围内，并保证接缝严密不漏浆。模板面板应涂抹脱模剂，脱模剂应按产品说明书使用，涂抹均匀，保证砼外表美观。模板的安拆采用人工配合导向平台起重设备完成。

（6）封底混凝土浇筑

封底混凝土灌注是吊箱施工成败关键，针对水位深、灌注面积大等特点，在侧模安装好后，再次检查承台的平面结构尺寸及平面坐标位置，全部满足设计规范要求后，采用泵送混凝土导管多点快速灌注；坍落度控制在18～20cm，掺加粉煤灰和高效缓凝剂，以提高混凝土的流动性和延长混凝土的初凝时间。混凝土封底厚度采用100cm。待强后，对封底砼的标高进行复测，检查偏差是否在+20mm以内，满足要求报监理工程师复核无误后，进行下一步工序的施工。

（7）第一层承台施工

按常规方式施工第一层承台。

（8）吊挂系统拆除

第一次承台混凝土浇筑达到养期后，开始拆除承台吊箱系统。将下承重梁临时锚固,先拆除吊杆，然后用卷扬机牵引慢慢将2I25下承重梁拖出，最后利用导向平台的起重系统将2I45上承重梁拆除。

（9）第二次承台混凝土浇筑

在吊架系统拆除后，进行施工缝处理，然后再次检查承台钢筋和各种预埋件的预埋，所有准备工作完善后按浇筑第一层混凝土相同的方式浇筑第二层混凝土，浇筑到承台设计顶标高后对其表面进行磨光处理。

（10）承台模板拆除及混凝土养护

三、几点体会

1、武胜嘉陵江特大桥主墩位于嘉陵江流域的武胜段深水库区，具有水深较深，枯水期水流流速小等特点，针对大桥施工进场时间晚、工期非常紧等情况，结合桥位处河床覆盖层情况采用了浮式龙门吊配合安装钢护筒，钢护筒独立支撑钻孔平台施工桩基础、内置钢吊箱施工水中承台的施工工艺，通过实施发现该方案比较适合内陆库区深水基础的施工。

2、钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，施工中任何一个环节出现问题，都将直接影响到整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，要求基础施工队伍在施工技术措施上要落实，并加强施工质量管理，密切注意、抓好施工过程中每一个环节的质量，必须将隐患消除在成桩之前。

3、钢吊箱定位控制要精确，固定要牢固，防止吊箱下沉和渗漏，封底砼施工是钢吊箱施工的关键工序。

[1]中华人民共和国行业标准．公路桥涵施工技术规范；

[2]周永兴，何兆益，邹毅松等编著．路桥施工计算手册；

[3]公路施工手册《桥涵》（下）．北京：人民交通出版社；

[4]杨文渊，徐犇编．桥梁施工工程师手册．北京：人民交通出版社；

[5]桂业昆，邱式中 编．桥梁施工专项技术手册．北京：人民交通出版社。

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