柳州市文惠桥改造工程7#墩基础施工方案分析及建议

胡巍耀

一、项目概述

拟建的文惠桥位于柳州中心城区，是跨越柳江的一座大桥，是联系柳州中心城区南北方向的一个过江通道。

文惠桥位于柳州公路大桥下游770 米处东门城楼旁，北端接文惠路，南端接荣军北路，大桥于1994 年12 月30 日建成通车，是柳州市第五座公路大桥，也是广西第一座中承式钢管混凝土拱桥。现在原桥东侧再建一座相同桥型结构的姊妹桥，建成后为双向六车道40米宽城市主干道路。

二、设计依据

（一）广西公路桥梁工程总公司第三工程处《柳州市文惠桥下部结构竣工图》1992～1993。

（二）广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院《柳州市文惠桥改造工程施工图设计》 2009.06。

（三）柳州市勘察测绘研究院《柳州市文惠桥改造工程地质详细勘察报告》2008.12。

（四）柳州市勘察测绘研究院《柳州市文惠桥改造工程3#、6#桥墩补充勘察报告》2009.1。

（五）山东中宏路桥柳州文惠桥改造工程项目部《钻孔灌注桩施工方案》。

（六）广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院《柳州市文惠桥钻孔柱状剖面图》1992。

（七）广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院《柳州市文惠桥补充钻孔》1993。

三、旧桥概况

旧桥主桥上部构造为三孔L0=108 m中承式哑铃形钢管混凝土拱和两边拱L0=62 m上承式钢筋混凝土箱肋拱。中承式钢管混凝土拱拱轴线为：m=1.347，净跨径为108m，净矢高为27m ，f0/L0=1/4；哑铃高2.2 m。

桥面宽度：主桥为净12+2x2m人行道，桥长483.45m。

主桥墩、台：主3号墩用高桩承台基础，2、4号墩用装配式沉井，其余均采用围水明挖扩大基础。

四、新桥概况

（一）新桥结构形式及设计要点

桥梁跨径组合为：

7.795m+24.48m+32.5m+65.452m+3.61m+113.28m+3.041m+113.28m+2.72m+113.28m+3.549m+65.452m+30m+6.0m，桥梁全长584.44 米。

主桥上部构造为3孔L0=108 m中承式哑铃形钢管混凝土拱和两边拱L0=62 m上承式钢筋混凝土箱肋拱。

（二）桥墩基础

主桥基础分别采用群桩基础、沉井基础和沉井桩基组合基础三种型式。

其中7号墩基础所在位置特殊，拟采用钢筋混凝土重力式沉井与钢筋混凝土桩基组合基础，钢筋混凝土重力式沉井基础中心距路线中线8.975米，沉井长14米、宽14.65米、高6.589米，沉井壁厚1.5米为单井室结构，底面标高72.00米，持力层为弱风化泥白云岩，沉井靠南岸侧嵌岩深度不小于1.0米。沉井制作采用在机械开挖的平台上立模、分两节浇筑，由于覆盖层为粘土透水性较差，沉井下沉采用排水下沉，沉井就位后，于沉井中钻孔，浇注桩基，待桩基达到设计强度后进行沉井封底，采用2.5m厚C20砼封底，混凝土填芯。封底混凝土为C20；填芯混凝土为C15；沉井框架为C25钢筋混凝土。现浇钢筋混凝土盖板长14.00米、宽16.3米、厚3米，为C30钢筋混凝土。

（三）基础施工注意事项

1、沉井基础：沉井下沉采用不排水下沉。施工时应做好浇注封底混凝土的准备工作，沉井刃脚下沉到设计标高时，井筒内应保留高出设计标高约0.3 米的岩土供基底检验，检验合格后再选择无雨天气将井筒内岩土开挖至设计标高，清理干净后立即浇注封底混凝土。

2、群桩基础：桩基按钻孔灌注桩施工进行设计。桩底标高是根据现有地质报告确定的，由于桥位处地质情况比较复杂，如果桩位的地层或岩质有变化，桩底标高可适当调整，必要时可作施工补钻。如桩基底有溶洞，位置较浅的，桩基应穿过溶洞再嵌岩；位置较深的，应保证桩基底到溶洞顶之间的基岩厚度不小于6米。

钻孔桩成孔后，必须测量孔径、孔位和沉淀层厚度，只有确认满足设计要求值后才能灌注混凝土，各项规定值如下：

（1） 轴线偏差小于50mm。

（2） 倾斜度小于1/100。

（3） 桩长、桩径不小于设计值。

（4） 沉淀厚度小于50mm。

由于地质条件的限制，桩基难以采用回旋钻施工，为保护旧桥，在施工中采取以下措施：

1、首先施工紧靠旧桥的桩基，单孔施工，一次只施工一个桩基，减少冲击钻对旧桥的影响；

2、与桥梁监控小组共同制定监控方案，并在各墩台立柱上设点，用经纬仪进行观测，建立旧桥平常位移、沉降档案，以备施工时对照。

3、桩基施工开始，对旧桥靠下游一侧實行封闭，禁止车辆、行人接近，以减少下游一侧的负荷及施工风险。

五、需要论证的问题

（一）新建桥梁桩基采用冲击钻施工对原桥基础的影响程度如何、采取哪些措施可以尽可能减小冲击能量。

（二）新建桥梁桩基采用冲击钻施工对原桥上部结构的影响程度如何。采取哪些措施可以尽可能减小对上部结构的影响。

（三）新旧桥基础结构尺寸对比

新桥7#基础采用沉井与桩基组合基础，原桥5号基础采用明挖基础，查阅本桥竣工图，可知原桥明挖基础置于白云岩层次坚石上，因此该沉井施工对原桥基础影响很小，沉井施工过程中应确保刃脚外侧的粘土及卵石不翻到沉井内而影响原桥0号基础安全；由于原桥基础置于岩石上，桩基冲孔对其影响不大。

六、新建桩基冲孔施工对原桥基础影响的评价

根据新旧桥梁基础的位置关系及相关岩土层工程地质特征，现分析如下：

（一）对原明挖基础的影响（原1号墩、原5号台）

竣工图中表明明挖基底置于岩层上，冲击能量主要是垂直向下，在坚硬岩石上冲孔时保持适当的冲击力（钻头重量适度）以单位时间微小进尺但保持连续作业来冲孔，其冲击能量不是很大，且在沉井刃脚标高附近，又加之明挖基础体积较大，约11m直径，故冲击成孔对原桥稳定是安全的。

（二）对原沉井基础的影响（原2号墩、原4号墩）

1、冲孔通过覆盖层的影响：新旧桥梁基础之间的净距在3.5～4.0m。设计规范和施工规范中对桩基净距的要求是既要保证桩、土受力效应的要求，同时也包含了施工安全距离的要求。现最小净距为1.4倍的桩径，接近1.5倍的桩径；同时覆盖层吸收冲击能量较强，故对沉井应无影响。

2、冲孔进入岩石后的影响：原桥沉井基底，竣工图中表明沉井基底部分在岩层上，部分在水下砼封底上，且周围作了一层水下砼防护。冲击能量主要是垂直向下，在坚硬岩石上冲孔时保持适当的冲击力（钻头重量适度），以单位时间微小进尺且保持连续作业来冲孔，其冲击能量不是很大，且在沉井刃脚以下，又加之沉井体积较大，约11m直径，故冲击成孔对原桥稳定是安全的。

3、以上是基于实际情况与竣工图完全相符的前提下得到的结论。但结合原桥的勘察报告及新桥的勘察报告，原2号墩、原4号墩基础下的溶沟溶槽比较发育，虽然竣工图上显示沉井基础与基岩之间结合很好，但实际状况究竟如何，很难确定，在沉井与基岩之间是否夹杂着砾卵石层，具有不确定性，根据经验，从柳州其他旧桥基础下探测的基底实际持力层来看，沉井下有存在部分砾卵石层的可能性。如果基础之下部分持力层为砾卵石，冲孔震动会使砾卵石垮孔流失，从而使得部分桥墩基础悬空。

如存在上述情况，则建议采取如下处理方法：1.沿旧桥基础四周作高压旋喷处理，使得其四周形成一个封闭的素水泥土墙，制止砾卵石流失；2.此外在冲孔钻进时，在砾卵石段必须钢护筒跟进，尽可能避免砾卵石垮孔流失现象发生；3.冲孔进入岩石后，成孔钻进过程遇到较大溶沟溶槽，垮孔较为严重的，应在此段进行灌浆固结处理。

七、新建桩基冲孔施工对原桥上部结构影响的评价

新桥桩基冲孔施工过程中，对原桥上部结构的影响主要表现在桩基成孔时钻头冲击造成的水平波和竖向波的影响。从目前已经建成的类似桥梁和地震部门关于桩基成孔对附近房屋影响的监控来看，桩基成孔对附近的构造物影响是有限的，若采取一定的施工措施后，桩基成孔附近的构造物是安全的。文惠桥原桥上部结构为钢管混凝土，下部结构为钢筋混凝土。在“2008.5.12”汶川大地震中，成都附近的数十座钢管混凝土拱桥无一破坏，这也从一个侧面说明了冲孔桩施工时不会危及该桥上部结构的安全。

八、在原桥基础边冲孔方法的建议

（一）为保证新建桩基施工过程中成孔自身的稳定和安全，尽量避免垮孔对原桥的不利影响，建议施工单位在桩基施工过程中：首先要埋好钢护筒，为减少冲孔对原桥的干扰，护筒埋深宜不小于河床以下1.5m，护筒外侧用混凝土封固，以免发生施工过程中漏浆。

（二）通过覆盖层段的冲孔：应视钻头重量，控制落锤距离，在成孔0～5m范围内落锤距离以1m为宜，在成孔5m以上至基岩范围内落锤距离以1m～2m为宜，以达到挤密固孔的目的。

（三）通过岩层段的冲孔：在保证泥浆、水头的条件下，应选择第一根桩做试验，确定合理的钻头型式和重量。在孔底岩渣处于悬浮状态条件下，以较轻的重量和适当的落锤高度保证有不断的进尺，这样既能减少冲击能量，又能保证原桥基础的安全。

（四）离原桥基础最近的一排新建桩基，条件允许的情况下可以考虑采用如下方法消能：冲孔到岩石时，用地质钻机在临近原基础方向的桩孔内钻小孔（到设计标高），形成临空面，消除冲孔能量对原桥基础的影响。小孔间距约取0.2m。布置示意圖如图8～10所示。