朗镇4号雅鲁藏布江特大桥水中墩下部结构施工安全技术研究

贺志荣，金 鑫，李定国

（中铁二局集团有限公司，四川 成都 610031）

1 研究背景

雅鲁藏布江是青藏高原上流域最长的河流，具有海拔高、水量大、弯道多、变化频繁等特点。与其他江河相比，其河床纵坡较陡、落差大、对地表物体携带能力强。中国的基建工程发展迅速，随着建设的深入，在其流域范围内会根据需求进行桥梁的施工，其中桥梁水中墩施工安全技术的研究和总结对高原桥梁建设具有重大指导和借鉴意义。

2 工程概况

朗镇4号雅鲁藏布江特大桥位于西藏朗县朗镇堆巴塘新村，桥址位于的区域为西藏南部高山盆地。在工程范围内主要受到了雅鲁藏布江的影响，属于典型的高原地形地貌，山高坡陡，河床纵坡较陡，流速较大，桥址处地形相对平缓。桥梁与主河道斜交为10°，采用连续梁为刚性结构（44 m+80 m+44 m）通过主河道，在两端衔接简支箱梁（32 m），桥梁全长1 264.32 m。桥址所处的雅鲁藏布江面宽度为150 m，水流速度快，河床主要由8 m左右深度的砂卵石（漂石）构成。其中桥梁的16号墩和17号墩位于江中，承台顶面标高位于常年水位线以下，桩和承台施工将深入河床，涉及的主要地质为砂卵石，同时又为水中墩施工，难度较大。朗镇4号雅鲁藏布江特大桥如图1所示。

图1 朗镇4号雅鲁藏布江特大桥

3 水中墩筑岛施工

3.1 筑岛标高确定

雅鲁藏布江在16号墩、17号墩的常年水位是3 086.10 m，在施工时2个墩的承台将低于常年水位，风险较大；在施工前，根据设计图纸和沿线调研，为降低施工风险并保证施工正常开展，在进行承台施工时进行筑岛围护[1]，筑岛顶面标高为3 089.10 m（高出常水位标高3 m）。

3.2 基坑支护

根据现场具体情况和条件，结合技术特点，共选取5种类型的支护方案，分别为技术相对成熟的钢板桩围堰和钢管桩围堰、工期较短的钢筋混凝土围护桩+旋喷桩止水帷幕、稳定性好的钢筋混凝土连续墙以及受力结构良好的SMW工法，方案对比如表1所示。

表1 不同类型基坑支护方案对比表

表1（续）

通过综合比选和实际施工效果来看，水中墩承台基坑采用钢筋混凝土围护桩+旋喷桩止水帷幕支护方案在雅鲁藏布江施工条件下实施效果较好。

4 水中墩下部结构施工方案实施

施工流程图如图2所示，基坑支护平面布置图如图3所示。

图2 施工流程图

图3 基坑支护平面布置图（单位：m）

4.1 筑岛平台施工[2]

根据施工需要，以承台为基点确定筑岛范围，承台四边各向外延伸9.4 m作为筑岛的填筑线；填筑高度为9.84 m，坡率为1∶2，面积约1 301.7 m2。筑岛迎水面应进行保护，防止造成坡面冲刷和掏空，影响筑岛安全，基础主要用筋石笼进行稳固，坡面主要采用彩条布进行覆盖。在进行筑岛平台施工时，持续对雅鲁藏布江水位进行监测，若出现水位快速上升等异常情况，立即对承台基础外6 m范围内分层填筑黏土进行应对。

4.2 基坑、承台桩基施工[3]

承台桩基与基坑支护同步施工。桩基采用旋挖成孔。基坑2 m以下采取的支护方案为围护桩和止水帷幕。围护桩采用钢筋混凝土，直径1.25 m，间距1.5 m；止水帷幕采用高压旋喷桩，直径0.8 m，其相邻两桩契合宽度0.2 m。

整个围护结构共设置3道支撑，由上向下分别为1道混凝土支撑和2道钢支撑。混凝土支撑与冠梁同步施工，尺寸为1.4 m×1.0 m（宽×高）；钢支撑在距离筑岛顶部以下5 m和12 m分别设置，钢围檩按方案采用双拼工字钢，尺寸为I56a。

在基坑上部临江侧设置6 m的平台，各类小型工、器具可在平台进行作业；在使用大型机械设备时，应尽可能绕开风险区域，采用下部小型挖机配合上部长臂挖机的方式进行施工。基坑开挖时要按严格分层开挖，开挖到支撑位置要及时安装支撑，并对支护结构状态进行有效监控。

4.3 承台施工

承台为大体积水下混凝土（标号C2 5，厚度200 cm），分两次浇筑，时间差控制在7 d以内，并设置冷却水管确保大体积混凝土浇筑质量，混凝土浇筑完成后及时养护，满足养护期后及时回填基坑。

4.4 筑岛平台拆除

待墩身施工出水面且不影响墩身施工安全后，对筑岛平台进行全部拆除。拆除顺序：从河道侧向靠岸侧进行拆除，从下游向上游方向进行拆除。筑岛土体采用18 m的长臂挖机顺着边坡逐级挖出，拆除过程中，根据开挖范围逐级拆除基坑防护设施。水中墩下部结构筑岛施工图如图4所示。

图4 水中墩下部结构筑岛施工图

5 基坑支护结构监测[4]

在进行基坑开挖施工时，基础和支护结构的整体受力在持续变化，支护结构受外界动荷载和静荷载也可能发生变化，特别在雅鲁藏布江复杂的地质水文条件下，情况更为复杂。因此要准确、及时、完整地反映工程的客观变化，仅靠模拟分析和理论预测不能达到要求，需要对基础施工涉及的作业面和围护结构进行持续监测，将监测数据进行分析后动态指导现场施工，确保施工生产安全有序。

5.1 监测项目选择

根据雅鲁藏布江复杂的水文地质条件，合理选择监测项目，以达到有效监测基坑的目的，经过分析总结，重点监测桩顶水平位移及竖向位移、桩体位移（测斜）、支撑轴力、地表沉降监测等4项，具体如表2所示。

表2 监控量测主要项目及精度要求控制表

5.2 桩顶变形

桩的变形主要表现为水平及竖向的位移。进行基坑施工时，在原状土体被挖出运走后，围护结构会在周边土压力的作用下发生变形。桩的水平及竖向的位移可以直接反映出围护结构的整体受力变化，在深基坑监控量测中非常重要。所以，观测点应在监控量测专项方案中进行明确，报批通过后设置在基坑顶部较为固定且能真实反映变形的地方（如桩顶、冠梁处），同时要便于观察，在过程中进行保护。在进行监控量测时，如需结合现场情况对方案进行调整和优化时，应履行报审程序。

5.3 桩体位移（测斜）

在进行基坑施工时，开挖和运输对基坑周边的土体产生扰动后，造成围护结构的受力与原状土相比在不同深度的位置均发生了变化。所以，在进行基坑施工时，通过采用倾斜仪进行测量的方式，对围护结构的侧向位移和周围临空面土体的变形进行监测。桩体位移监测倾斜仪如图5所示。

图5 桩体位移监测倾斜仪

5.4 支撑轴力

在基坑施工过程中，横支撑（混凝土支撑和钢支撑）是稳定基坑稳定的关键环节，其受力情况对基坑的稳定和安全具有最直接的影响。在进行基坑和主体结构的施时，对支撑轴力的变化进行及时的掌握，有效判断围护结构的安全情况。

5.5 地表沉降

在基坑施工时，对其影响周边土体的情况进行观察和测量，以随时了解和掌控施工区域范围内基础的稳定情况，具体如表3所示。

表3 监测项目测点统计表

5.6 监测数据处置

对监测数据进行分析，出现异常情况时启动监测预警，可有效地预防发生各类安全事故，保证主体结构和周围环境安全。其中控制基准和预警值的正确设定可以保证监测工作有据可依，进行数据比对后，可以判定主体结构和周围环境处于正常、异常和危险的状态情况。所以，应将监测控制基准和预警值作为监测工作开展的前置条件，采用2项指标结合控制，分别为变化速率和变量累计，具体如表4和表5所示。

表4 监测控制基准及预（报）警值指标

表5 监测管理等级及对策

6 结语

某高原铁路朗镇4号雅鲁藏布江特大桥水中墩下部结构已全部安全完成，是十分成功和值得借鉴的。首先工程实施前针对雅鲁藏布江独特的地质水文特点进行全面分析并选择合理的施工方案，其中选择适用基坑支护方式是重中之重。在实施工过程中，加强管控和监测是成功的保障，在川藏铁路实施在即的时期，对朗镇4号雅鲁藏布江特大桥水下结构施工经验的成功总结将为建设川藏铁路提供重要参考。