武穴长江大桥南索塔基础施工方案研究

徐恩科

（中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津 300300）

1 工程概况

武穴长江公路大桥主桥采用双塔双索面混合梁斜拉桥，桥跨布置为（80+290+808+75+75+75）m，全长1 403 m。南索塔桩基础为36根直径3.0 m、长59 m的嵌岩桩，哑铃型布置；承台为矩形（61.8 m×22.8 m×7 m），承台底标高+31.0 m。主墩平面见图1。

2 工程难点

（1）16#主塔基础所处位置地质不稳定。地质层自上而下为当地碎石加工场弃料堆积层，层厚5～16 m；强风化砂岩夹页岩厚30～40 m；中风化砂岩夹页岩。碎石堆积层松散、不稳定，与强风化层间有一条滑动面，滑动趋势为向下（长江方向）。桩基施工时的机械振动、设备荷载，承台浇筑时的砼荷载都会对滑动面产生扰动，存在沉降、滑塌隐患，安全风险高（见图2）。

图2 地质构造断面

（2）桥基础所处位置地形复杂。16#主塔基础60%位于岸边陡坡上，陡坡坡度＞45°，现场高差较大。桩基施工需要填高修筑施工场地或下挖修筑施工场地，且工程量大；原地面标高比承台底设计标高高11.3 m，承台施工需要开挖深基坑，安全风险高。

（3）桥基础所处位置场地狭小。16#主塔承台小里程侧濒临长江，大里程南边跨侧29 m处为设计富池二级路（标高+46.5），主塔施工场地狭小，施工受限。尤其在桩基施工时，考虑将大里程侧作为施工进出场道路和机械设备临时停放、材料临时堆放场地，泥浆池只能布置在线路左右两侧，泥浆循环距离长、清渣效果差。

3 边坡稳定性计算

基础施工主要难点是大斜坡的边坡稳定，原边坡角度为36°。根据《建筑边坡工程技术规范》碎石层边坡稳定计算，取碎石层沿强风化层滑动面［1］。

边坡稳定系数:

其中边坡角度θ＝36°，碎石为稍密～中密，根据参考值取内摩擦角φ＝36°，碎石黏聚力为0。边坡稳定系数KS＝1，边坡处于基本稳定状态。

根据《建筑边坡工程技术规范》［1］，边坡采用平面滑动法计算时，最低稳定系数按三级边坡取值为KS＝1.25，原边坡不满足稳定要求，且在桩基及承台施工时，因承台第一层混凝土荷载，边坡下滑力KS，边坡稳定系数远不能满足要求［2］。

因此，在基础施工时，为满足边坡稳定要求，需增设边坡处理措施。

4 场地处理方案

针对主塔施工场地狭小受限、地形地质复杂等工程特点，从加固与清除两个角度考虑，基础施工提出了三个施工方案:钢管抗滑+注浆加固方案、清除+钢平台方案、清除+挡墙回填方案。综合考虑桩基钢筋笼深入承台锚固长度，三个方案的桩基施工平台标高均定为+34.0 m。

4.1 钢管抗滑+注浆加固方案

首先开挖施工平台，插打φ108×6 mm钢花管，入强风化基岩5 m；然后利用钢花管进行注浆，将碎石层与强风化基岩、钢管固结成整体，起到抗滑加固作用，防止碎石层滑塌［3-5］。

从现有地面标高+42.5 m开挖至桩基施工平台+34.0 m，对承台范围内强风化基岩部分采取先开挖至+31.0 m，然后再利用碎石回填至+34.0 m，减少成桩后承台基坑开裂对桩身混凝土质量影响。

承台范围采用潜孔钻钻孔，深入强风化层5 m，打入钢花管；同时采用人工挖孔法施工桩基，钢护筒跟进，入岩＞5 m，利用钢花管注浆。注浆前应先进行现场注浆试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况确定。注浆后将碎石堆积层固结，钢管将碎石层与强风化基岩穿插成整体，钢管参与抗剪，抵抗碎石堆积体整体滑塌趋势。施工方案流程见表 1［6-7］。

表1 钢管抗滑+注浆加固方案流程

续表1

4.2 清除+搭设钢平台方案

对承台坐落在碎石层部分，利用搭设平台进行钻孔桩和承台施工，施工时施工荷载直接传递至钢护筒上，不对碎石层产生受力影响。钢护筒采用人工挖孔压进的方法，钢护筒跟进至强风化层5 m后，在钢护筒上焊接牛腿，搭设钻孔平台，钻孔平台标高+34.0。钻孔施工完成后，切除牛腿下放钢平台至标高 +31.0，进行承台施工［8-9］。

先将碎石层开挖至+29.3 m，然后进行人工挖孔，跟进钢护筒，搭设钻孔桩平台；插打门吊走道钢管桩，进行钢管锚固桩施工；拼装门吊，冲击钻成孔；下放平台，搭设承台施工平台，最后施工承台。施工流程见表2。

表2 清除+平台方案施工流程

续表2

4.3 清除+挡墙回填方案

施工场地按照1∶1坡率放坡开挖防护，由现有地面+42.5 m标高向下开挖，临江侧承台范围内在开挖至+34.0 m标高后，继续开挖清除碎石堆积体至强风化基岩面，根据设置挡土墙的需要开挖至标高+17.6 m。强风化基岩做反向台阶开挖处理，台阶宽4.5 m、高2.5 m，向内有4%坡度，利于后期回填碎石土整体稳定［10-12］。

在开挖完成后，分层施工13.4 m（按详勘地质资料估算）高衡重式C20砼挡土墙，在挡墙施工过程中分层回填碎石土碾压夯实处理，并逐节埋设钢护筒，根据回填情况逐节接高。钢护筒为一次性永久结构。

承台范围继续填筑3 m至标高+34.0形成施工平台进行钻孔桩施工。桩基施工完成后，开挖基坑进行承台施工。施工流程见表3。

表3 清除+挡墙回填方案施工流程

续表3

5 方案比较

5.1 施工难易程度及安全性比选

表4为各处理方案的施工难易性及施工安全性对比。对比可以看到各处理方案都具有可操作性，各有优缺点。相对而言，方案二安全风险较大。

表4 各处理方案施工难易程度及安全性对比

5.2 工期比选

表5为各处理方案工期的对比，从表中分析得到清除+搭设钢平台方案工期最短，但三个方案工期相差不大，方案二工期优势不明显。

表5 各处理方案工期比选分析

续表5

5.3 经济比选

各边坡处理方案经济性对比见表6，从表中可以看出清除+挡墙回填方案最经济，最节省成本。

表6 各处理方案经济性对比

6 结束语

通过对三个方案的施工难易性、安全性、工期、经济性对比可得出结论:三个方案技术上都可行，工期相差不大，但方案三，即清除+挡墙回填方案所用成本最少，最为节省。因此，综合施工从安全、经济合理、岸坡防护、永临结合等角度考虑，武穴长江大桥南索塔基础边坡处理采取清除+挡墙回填方案最为经济、可靠。