山区大陡坡桥梁高桩承台基础施工

华　勇，吴明威，郑建新

（1.中交第二航务工程局有限公司，湖北　武汉　430014；2.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北　武汉　430040）

山区大陡坡桥梁高桩承台基础施工

华勇1，吴明威1，郑建新2

（1.中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉430014；2.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北武汉430040）

忠建河大桥6号主墩处于最大坡度为75°的陡坡上，采用高桩承台基础。墩位处场地狭小、山坡陡峭，且承台轮廓线外悬尺寸大、高度大，基础施工难度极大。文章通过方案比选，首次将以桩基钢护筒作为支撑构件，搭设钢平台作为挖孔桩施工作业面及承台浇筑底模的“钢平台法”施工技术应用于解决复杂山区陡坡地带桥梁高桩承台基础悬空区域施工，值得在类似工程中借鉴推广。

山区大陡坡；高桩承台；基础；钢平台法

0　引言

在丹江口二桥、苏通长江公路大桥、安庆长江铁路大桥、嘉绍跨江大桥、安庆长江公路大桥等项目中，均采用搭设钢平台等类似结构进行水上桥梁基础施工。而山区桥梁桥墩多处于地势高低起伏的山坡上，多采用高桩承台基础，一般采用开挖、回填方法形成施工作业平台后进行基础施工，但当桥墩位于较大陡坡上时，开挖、回填处理难度、工程量、施工风险均会明显增大。湖北恩来恩黔高速公路忠建河大桥6号主墩通过“钢平台法”形成基础施工作业面，避免大量土方挖、填施工，提高了施工效率，更安全、更环保。

1　工程概况

忠建河大桥位于湖北省宣恩县晓关乡倒洞塘村，是湖北恩来高速公路控制性工程。大桥全长1 063 m，其中主桥为（46+134+400+134+46）m双塔双索面公路钢桁加劲梁斜拉桥[1]，见图1。

6号主墩基础采用左右幅分离式布置，平面尺寸为22.8 m×16.8 m，高5 m。每个承台下设12根直径2.8 m、长50 m的桩基。6号主墩位于来凤岸的山坡上，墩位处坡度达75°，承台为半悬空状态，最大悬空高度为16.213 m，最大悬臂长度15.8 m。6号主墩基础平面布置见图2，立面布置见图3。

图1　桥梁总体布置图（m）Fig.1　Overall layout of bridge(m)

图2　6号主墩基础平面结构布置图（cm）Fig.2　Plan layout-of foundation for P6 main pier（cm）

图3　6号主墩承台立面示意图（cm）Fig.3　Schematic elevation of main pier P6（cm）

2　工程难点

地形复杂，施工场地狭小，需要科学合理规划布置现场作业空间；山体陡峭，基础施工土方填、挖施工难度大、工程量大；外露桩基多、外露高度大，桩基钢筋笼下放及混凝土浇筑困难；承台悬空面积大、悬空高度大，大型混凝土浇筑施工质量、安全控制难度大；基础施工作业面上临陡坡、下临悬空面，安全隐患多，施工风险大。

3　施工方案选择

根据6号主墩基础的结构形式及施工条件，桩基采用干挖成孔、混凝土干浇工艺，承台施工采用混凝土泵送浇筑工艺[2]。挖孔施工前需对施工场地进行处理，形成施工作业面。根据现场地形、地质条件，对于承台开挖部分，可直接进行爆破开挖形成作业面；对于承台悬空部分，选用3种可行施工方法进行综合比较，3种施工方法原理示意见图4。

方案1为回填承台悬空部分形成基础施工作业面。为减少回填工程量，需修建挡土墙，挡土墙修建高度约为20 m，受土压力大。为了保证其抗倾覆能力，需在山体内开挖台阶基础。挡土墙底部与施工便道水平距离约30 m，高差约20 m，施工设备、材料运输困难。每幅承台需三面修建挡土墙，挡土墙砌筑方量约4 000 m3，回填方量约2 000 m3，基础爆破开挖约950 m3。土方施工量大，挡土墙施工难度大，施工成本高、风险高。

方案2为分级开挖台阶进行挖孔桩施工，后以桩基为承力构件搭设承台底模支架。较方案1减少了土方回填及挡土墙施工，但增加了山体开挖约800 m3以及钢平台。每级作业空间都非常小，三级台阶爆破开挖需自上向下逐级进行，施工周期长，安全风险高。

方案3为承台悬空部分搭设钢平台作为桩基施工作业平台及承台底模支架。相对前两者，最大程度减小了爆破开挖、土方回填工作量，施工更为简易；钢结构受力明确，安装过程可控，钢平台上部结构可以在加工厂进行整体预制，与桩基钢护筒插打施工并行，节约施工周期；使用履带吊安装钢结构，操作可行；桩基承台施工结束后，钢平台大部分构件可回收再利用，节约成本；外露桩基及承台在平台上浇筑，一次完成，容易操作；钢平台一经搭设完成便大大降低了后续环节施工风险。

图4　3种施工方法原理示意图Fig.4　Schematic diagram for principle of three construction methods

通过对3种方案进行综合比较，方案3安全风险低、工期短、成本小、更环保，确定为6号主墩基础作业面形成施工方案。

4　6号主墩基础施工关键技术

4.1钢平台设计、施工

1）主要结构形式

钢平台主要由钢护筒基础、牛腿斜撑、贝雷梁、分配梁及钢面板组成。桩基钢护筒埋设于山体的稳定岩层上，作为钢平台的承重桩[3]。见图5。

在山体内埋入连接件，连接件与钢护筒焊接牢固，保证钢平台的稳定性。

图5　钢平台结构图Fig.5　Steel platform structure

由于在浇筑承台混凝土后，钢平台会发生相应的弹性变形及非弹性变形，从而产生一定的沉降量，而开挖山体形成的施工平台几乎不发生沉降，所以为了保证两种平台交接处承台混凝土不因钢平台沉降量过大而导致开裂，钢平台临山体侧牛腿主梁端头需搁置在山体开挖台阶上，使钢平台与开挖平台平顺过渡。

2）受力分析

钢平台结构验算考虑两种受力工况：

①桩基施工期工况：恒载为钢平台自重，活载为施工荷载、风荷载。施工荷载通过上部梁系、牛腿传递至钢护筒上，钢护筒为主要承重结构。

②承台施工期工况：恒载为自重、承台混凝土荷载，活载为施工荷载、混凝土浇筑振捣荷载及风荷载。施工荷载通过上部梁系、牛腿传递至钢护筒上，桩基与钢护筒共同作为主要承重结构。

采用ANSYS对钢平台进行结构建模分析，通过分析计算可知，结构产生的最大综合应力为145 MPa，发生最大竖向位移为2.4 mm，满足施工要求[4]。

3）施工方法

由于6号主墩处没有施工作业面及施工便道，在安装钢平台前先通过爆破开挖山体形成6号主墩施工便道，便道环山而修，宽6 m。同时将两承台之间山体开挖形成基础施工作业平台。

钢平台施工时，首先测量放样桩基桩位，以桩位为圆心开挖直径大于桩径50 cm的基坑，基坑开挖至稳定岩层后使用50 t履带吊分节吊装钢护筒至基坑内，在护筒与基坑间空隙浇筑C30混凝土将护筒固定。待混凝土达到要求强度后，依次安装牛腿斜撑、贝雷梁、分配梁及钢面板。

4.2桩基施工

钢平台搭设完成后即可进行挖孔桩施工，施工设备可直接停放在钢平台上，降低了桩基施工难度。待桩基混凝土浇筑完成后，钢护筒与桩基及周围岩层形成整体，在承台施工时与桩基共同作为主要承重结构。

4.3承台施工

承台施工采用混凝土泵送浇筑方法，单个承台设计方量为1 915.2 m3，为大体积混凝土。由于混凝土荷载较大且悬空部分全部由钢平台承重，施工时在钢平台上设置沉降观测点，混凝土浇筑过程中定时进行沉降观测。混凝土分层浇筑，由钢平台向山体方向浇筑，保证钢平台发生弹性变形后再浇筑山体平台上方混凝土；同时合理设计混凝土的缓凝时间，保证钢平台在达到最大弹性变形前，底部混凝土未达到初凝状态，防止两种平台交接处承台混凝土初凝后因钢平台发生沉降而导致开裂。

5　结语

在山区桥梁基础施工中，正确的选择合理的施工方案非常重要。忠建河大桥6号主墩施工针对地形复杂、场地狭小、山坡陡峭、承台外悬尺寸大、高度大等施工特点难点，将传统水上桥梁基础施工钢平台法应用于复杂山区陡坡地带桥梁高桩承台基础悬空区域的施工。实践证明，在此类地形、地质条件下，钢平台法相对于常规的回填或开挖的处理方法具备安全风险低、工期短、成本小、更环保的特点。

[1]中交第二公路勘察设计研究院有限公司，铁道第三勘察设计院集团有限公司.恩施至来凤高速公路工程第TJ-2标段两阶段施工图设计[R].2011.

CCCC Second Highway Consultants Co.,Ltd.,The 3rd Railway Survey&Design Institute.Design of construction drawings for Contract Package TJ-2 for construction of Enshi-Laifeng Express Highway[R].2011.

[2]王超，冯忠居，任高科.秦巴山区陡坡桥梁桩基础施工技术[J].公路交通科技，2012（5）：122-125.

WANG Chao,FENG Zhong-ju,REN Gao-ke.Technology for construction of pile foundations for bridges in steep slopes in Qin-Ba mountainous regions[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development,2012(5):122-125.

[3]车明吉.三门口跨海大桥陡坡裸岩区域钻孔桩基础施工技术[J].国防交通工程与技术，2011（5）：43-45.

CHE Ming-ji.Technology for construction of bored cast-in-place piles in exposed rocks in steep slopes for Sanmenkou Sea-crossing Bridge[J].Traffic Engineering and Technology for National Defence,2011(5):43-45.

[4]中交第二航务工程局有限公司技术中心，中交武汉港湾工程设计研究院有限公司.忠建河特大桥临时工程6#墩钢平台结构计算书[R].2011.

Technical Center of CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd., CCCC Wuhan Harbour Engineering Design and Research Co.,Ltd. Structural calculations of steel platform for Pier No.6 for temporary works for Zhongjianhe Bridge[R].2011.

Construction technology for pile capping in steep slopes in mountainous regions

HUA Yong1,WU Ming-wei1,ZHENG Jian-xin2
（1.CCCC Second Harbor Engineering Co.,Ltd,Wuhan,Hubei 430014,China; 2.Key Lab of Large-span Bridge Construction Technology,Ministry of Communication,Wuhan,Hubei 430040,China）

The main pier for Zhongjianhe bridge,Pier No.6,which is in a steep slope of 75 degrees,is a pier on elevated pile capping.The site of the pier was narrow and steep and the outer suspension of the capping was large and high,which together made the construction more difficult.Based on comparison of different methods,the steel platform method,taking the steel pipe of pile foundation as the supporting member and taking the steel platform as the construction work surface of digging hole pile and the bottom form for cap concreting,is for the first time used to solve issues in the construction of elevated pile capping foundation in complex mountainous region.The method can provide reference for similar projects.

steep slope in mountainous region;elevated pile capping;foundation;steel platform method

U443.25

B

2095-7874（2016）05-0069-04

10.7640/zggwjs201605017

2015-10-12

2016-12-20

华勇（1978— ），男，吉林长春人，工程师，道路与桥梁工程专业，从事桥梁工程建设及施工管理。E-mail：71534376@qq.com