郝晉峰

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西太原 030024)

京滬高速鐵路淮河特大橋主橋基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

郝晉峰

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西太原 030024)

大跨度連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系具有結(jié)構(gòu)剛度好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在我國(guó)高速鐵路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。京滬高速鐵路淮河特大橋全長(zhǎng)約85 km，大橋沿途跨越淮河、懷洪新河、澮河、沱河等多條河流，跨越淮河主航道采用一聯(lián)(48+5×80+48)m連續(xù)梁工程，為京滬高鐵四標(biāo)段標(biāo)志性工程。本文從淮河特大橋主橋基礎(chǔ)施工方案入手，重點(diǎn)介紹了鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)和施工、大直徑鉆孔樁、鋼套箱圍堰加工和下沉等關(guān)鍵施工技術(shù)，為位于江、海及深水湖泊中的大跨橋梁基礎(chǔ)的施工提供重要參考。

高速鐵路 橋梁 基礎(chǔ) 關(guān)鍵技術(shù)

1 工程概況

由中鐵十二局集團(tuán)承建的京滬高速鐵路四標(biāo)段正線全長(zhǎng)285.74 km，穿越蘇皖兩省4市11縣(區(qū))，是京滬高速鐵路全線跨度里程最長(zhǎng)、投資規(guī)模最大的一個(gè)標(biāo)段。四標(biāo)段設(shè)計(jì)大中橋54座，橋全長(zhǎng)222 km，占四標(biāo)段全長(zhǎng)的80%。

京滬高速鐵路淮河特大橋起于安徽省宿州市DK757+384，止于安徽省蚌埠市DK842+757，大橋全長(zhǎng)約85 km，是京滬高鐵繼南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋、濟(jì)南黃河特大橋外又一控制工程?？缭交春?、懷洪新河、澮河、沱河等多條河流，跨越淮河主航道采用一聯(lián)(48+5×80+48)m連續(xù)梁工程，為京滬高鐵四標(biāo)段標(biāo)志性工程。主墩樁基設(shè)計(jì)為嵌巖樁，每個(gè)墩共有8根φ220 cm鉆孔樁，成梅花形布置。承臺(tái)設(shè)計(jì)為低樁承臺(tái)，采用鋼套箱圍堰施工，墩身采用圓端形變截面橋墩，主梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，主河槽共有2106#～2111#墩等6個(gè)主墩。

淮河為季節(jié)性河流，蚌埠段水位隨季節(jié)變化較大，一般年份汛期與枯水期水位差在6～8 m左右。要根據(jù)總工期的要求和淮河水位的變化規(guī)律來(lái)劃分出合理的施工時(shí)段、確定安全經(jīng)濟(jì)的施工水位、制訂階段性工期目標(biāo)。根據(jù)水上設(shè)備、器材的擁有及調(diào)查情況來(lái)確定水上大型設(shè)備的投入及碼頭、棧橋的建造標(biāo)準(zhǔn)，從而解決好水上施工用設(shè)備、材料、模板等的吊裝和運(yùn)輸難題。汛期水深、流急、沖刷大，枯水期易淤積。水中墩基礎(chǔ)施工時(shí)，需根據(jù)施工時(shí)間和墩位處水文、地質(zhì)情況以及易沖刷的工程特點(diǎn)來(lái)選擇合理的平臺(tái)及圍堰施工方案。橋位處覆蓋層厚，且多為粉、細(xì)砂層，粉砂層厚達(dá)20 m，下伏弱風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度高(約110 MPa)，對(duì)機(jī)具設(shè)備提出了較高的要求，在施工時(shí)需采取有效措施防止坍孔和保證成樁質(zhì)量。大體積承臺(tái)混凝土一次澆筑量大，要采取措施防止內(nèi)外溫差過(guò)大引起混凝土的開裂。

2 施工方案

在淮河特大橋指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)中，2106#及2111#位于水邊，先筑島鉆孔，再插打鋼板樁施工承臺(tái)及墩身。北岸從2106#墩搭設(shè)棧橋到2107#墩，2108#墩，2109#墩搭設(shè)獨(dú)立施工平臺(tái);南岸從2111#墩搭設(shè)棧橋到 2110#墩，2107#墩 ～2108#墩、2109#墩 ～2110#墩之間作為通航水路。連續(xù)梁不同步施工。

在確保航道安全的情況下，施工組織設(shè)計(jì)采取單孔通航的方案。北岸由2106#墩搭設(shè)棧橋到2108#墩;南岸從2112#墩搭設(shè)棧橋到2109#墩，2108#墩～2109#墩之間作為通航水路，棧橋全長(zhǎng)486 m，實(shí)現(xiàn)了6個(gè)主墩的樁基、承臺(tái)、墩身、梁部同時(shí)施工，為京滬高鐵棗蚌先導(dǎo)段的提前建成，奠定了基礎(chǔ)。

參考深水橋梁施工的成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)總結(jié)水中墩鉆孔平臺(tái)主要有表1所列5種形式，經(jīng)綜合比選選用了方案五。鉆孔平臺(tái)主要由鋼護(hù)筒、橫向聯(lián)結(jié)系、牛腿和貝雷梁組成。為了確保汛期施工順利進(jìn)行，根據(jù)淮河的歷年水文資料，將鉆孔平臺(tái)及施工棧橋的標(biāo)高定在20 m，確保了汛期樁基施工不中斷。為了加快樁基的施工進(jìn)度，鉆孔平臺(tái)尺寸設(shè)計(jì)為18 m×24 m，其幾何尺寸及承載力滿足同時(shí)安放3臺(tái)KP3500型鉆機(jī)。確保3個(gè)循環(huán)即可完成1個(gè)主墩的樁基施工，大大加快了施工速度。主墩承臺(tái)施工采用雙壁鋼套箱圍堰，工期調(diào)整后，整個(gè)承臺(tái)施工也必須在汛期內(nèi)展開，為了滿足這一要求，施工期將鋼套箱圍堰的施工水位定為16 m，套箱頂標(biāo)高定為16.5 m，壁厚為1.4 m。

表1 水中墩鉆孔平臺(tái)類型對(duì)比

3 大跨連續(xù)梁施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)和施工

淮河特大橋主橋橋面寬12.0 m，樁中心間距5.8 m，根據(jù)施工需求及設(shè)備配置，每個(gè)鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)18 m×24 m，平臺(tái)頂面高程為20 m，相鄰管樁用［16槽鋼呈剪刀形式連接，見圖1?？v橋向每排鋼管的外側(cè)兩根管樁頂面切割企口，安裝2I45a及2I56a工字鋼橫梁，橫橋向鋪貝雷梁作為主梁，貝雷梁上再鋪I20a工字鋼作為橋面分配梁，然后上面鋪6 mm鋼板作為橋面。注意留出護(hù)筒空檔，周邊設(shè)鋼管樁欄桿。

1)平駁就位;利用400 t運(yùn)輸船牽引平駁到指定位置，然后拋錨就位。

2)鋼管樁下設(shè)：履帶吊先將鋼管從貨船中起吊，然后固定于平駁上，再吊裝振動(dòng)錘夾住鋼管樁準(zhǔn)確測(cè)量定位后進(jìn)行打設(shè)，直至鋼管貫入度滿足承載力及穩(wěn)定要求，可停止振動(dòng)下沉。在打入過(guò)程中隨時(shí)觀測(cè)垂直度。

3)鉆孔所用的鋼護(hù)筒在現(xiàn)場(chǎng)卷制。鋼護(hù)筒采用12 mm(上部)和14 mm(底部一節(jié))厚的兩種鋼板，卷成小節(jié)后，將小節(jié)焊接成大節(jié)，根據(jù)水底到平臺(tái)頂?shù)母叨燃s為12 m，每根樁的護(hù)筒分為13.5 m(底節(jié))及12.0 m(頂節(jié))兩節(jié)。每節(jié)護(hù)筒之間采用內(nèi)外周圈焊接，焊縫寬度不小于2 cm。

4)在平臺(tái)上精確定出樁位，導(dǎo)向架為高6.0 m，平面2.6 m見方的鋼框架。運(yùn)輸船將護(hù)筒運(yùn)至平臺(tái)前，利用浮吊起吊，護(hù)筒穿過(guò)導(dǎo)向架，首先精確測(cè)量護(hù)筒的垂直度，然后降鉤，靠自重緩緩下沉，直至著床穩(wěn)定后，臨時(shí)焊接第一節(jié)護(hù)筒于鉆孔平臺(tái)上，同樣辦法起吊第二大節(jié)護(hù)筒，并對(duì)接焊在暫時(shí)固定的上一節(jié)護(hù)筒上。兩節(jié)護(hù)筒在外側(cè)采用單面焊接，焊完后，起吊振動(dòng)錘振動(dòng)護(hù)筒下沉，下沉過(guò)程中，由全站儀觀測(cè)護(hù)筒垂直度，隨時(shí)調(diào)整。

3.2 大直徑鉆孔樁施工

鉆孔樁主要采用KP3500氣舉反循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，每個(gè)墩3臺(tái)，每臺(tái)鉆機(jī)配置空壓機(jī)和ZX-250型泥漿凈化處理器，優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁。鉆頭穿透粉砂層進(jìn)入全風(fēng)化巖石層時(shí)，因巖面不平，石質(zhì)不均，應(yīng)減壓慢速鉆進(jìn)。鉆壓150～200 kN，轉(zhuǎn)速3.5～5.0 r/min。當(dāng)鉆頭進(jìn)入巖石深度＞0.5 m，可加壓至200～300 kN，轉(zhuǎn)速4～7 r/min，當(dāng)巖石單軸強(qiáng)度＞30 MPa時(shí)，換滾刀鉆頭。成孔檢查合格后浮吊或汽車吊吊放鋼筋籠，主墩鉆孔樁鋼筋籠主筋為φ28 mm的Ⅱ級(jí)鋼筋，分內(nèi)外兩層，鋼筋籠下部變?yōu)閱螌?，加?qiáng)鋼筋環(huán)筋(加強(qiáng)箍)為φ20 mm的Ⅱ級(jí)鋼筋。每根樁設(shè)置4根φ56(外)×3.5 mm聲測(cè)管，單樁鋼筋籠總重約18 t。2套輸送泵(另備用1臺(tái))同時(shí)采用導(dǎo)管法澆筑水下混凝土。鉆孔樁達(dá)到齡期后采用超聲波進(jìn)行檢測(cè)，所有樁基檢測(cè)均一次合格。

圖1 淮河主橋鉆孔平臺(tái)示意(單位：mm)

3.3 鋼套箱圍堰制造

鋼套箱設(shè)計(jì)分三節(jié)加工制造，由鋼套箱刃腳向上，第一節(jié)高4.6 m，第二節(jié)高4.0 m，第三節(jié)高5.6 m，總高度為14.2 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加工運(yùn)輸條件及現(xiàn)場(chǎng)拼裝的起吊能力情況，每節(jié)鋼套箱分成12個(gè)塊段，最大塊段重量控制在14.0 t以內(nèi)，所有分塊均在加工廠集中加工完成，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。在加工過(guò)程中嚴(yán)格控制質(zhì)量，掌握鋼板的收縮、變形，控制焊縫的質(zhì)量(面板、隔倉(cāng)板的密封，受力結(jié)構(gòu)的焊縫質(zhì)量)。

套箱拼裝平臺(tái)利用樁基護(hù)筒及臨時(shí)鋼管樁，根據(jù)鋼套箱拼裝期間的施工水位，在主護(hù)筒上焊接牛腿，牛腿標(biāo)高比水位高出50 cm，用厚10 mm鋼板加工制作，共20個(gè)牛腿，主護(hù)筒周圍的12根鋼管樁頂標(biāo)高與牛腿面板標(biāo)高一致，在鋼管樁頂與牛腿頂搭設(shè)20根I28b型工字鋼，形成簡(jiǎn)易的鋼套箱拼裝工作平臺(tái)，見圖2。鋼套箱在加工場(chǎng)地加工好，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，用板車轉(zhuǎn)運(yùn)到拼裝現(xiàn)場(chǎng)，浮吊轉(zhuǎn)運(yùn)起吊拼裝。首先，在拼裝平臺(tái)上測(cè)量放樣出第一節(jié)鋼套箱刃腳平面輪廓線及塊段分段線，根據(jù)套箱的分塊形式，先從拐角拼起，然后依次逐塊拼裝，最后在直線上完成首塊段與合龍段的合龍拼接，完成鋼套箱的拼裝。

圖2 淮河主橋鋼套箱拼裝工作平臺(tái)(單位：mm)

3.4 鋼套箱圍堰的下沉

鋼套箱的懸吊系統(tǒng)采用主護(hù)筒上安裝承重貝雷梁，貝雷梁上布設(shè)5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)，安裝滑車組成起吊系統(tǒng)。在橫橋方向，分別在 1#，2#，3#護(hù)筒及 6#，7#，8#護(hù)筒頂安裝單層4排長(zhǎng)15.0 m貝雷梁，貝雷梁兩端頭與鋼套箱內(nèi)側(cè)面板距離為30 cm。

懸吊系統(tǒng)下吊點(diǎn)設(shè)在與上吊點(diǎn)處于同一鉛垂面的隔艙板上，吊點(diǎn)處隔艙板鋼板設(shè)計(jì)為24 mm，吊點(diǎn)距刃腳高2.6 m，每個(gè)吊點(diǎn)兩端吊耳采用厚24 mm鋼板制作，鋼板長(zhǎng)110 cm，寬25 cm，兩吊耳鋼板穿直徑φ60 mm鋼棒，鋼棒長(zhǎng)40 cm，下吊點(diǎn)的滑輪與鋼棒之間利用鋼絲繩捆綁起來(lái)。下吊點(diǎn)的個(gè)數(shù)與上吊點(diǎn)相同，均為8個(gè)，見圖3。

圖3 淮河主橋鋼套箱下沉吊裝平臺(tái)(單位：mm)

鋼套箱的導(dǎo)向裝置分上下兩層，上層為固定在護(hù)筒上的豎向工字鋼，工字鋼與套箱留5 cm距離，下層為定滑輪裝置，共8個(gè)，下層定滑輪安裝在第一節(jié)鋼套箱上，安裝在離刃腳高2.2 m隔艙翼板上，滑輪與鋼護(hù)筒之間的距離為5 cm，以此上下兩層導(dǎo)向來(lái)控制套箱下沉的平面位置。

第一節(jié)鋼套箱拼裝完畢，懸吊系統(tǒng)安裝完成并經(jīng)檢查符合要求后，8臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)同時(shí)提升鋼套箱至刃腳離開拼裝平臺(tái)5 cm，停止起吊，觀察、檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩受力是否一致，吊點(diǎn)是否有異常等，盡快拆除鋼套箱的拼裝工作平臺(tái)。第一節(jié)鋼套箱入水自浮后，再次檢查鋼套箱焊縫是否有漏水現(xiàn)象，若有，必須補(bǔ)焊處理，同時(shí)檢查整個(gè)鋼套箱的平面尺寸和垂直度，以便在拼裝下一節(jié)鋼套箱能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

鋼套箱內(nèi)取土、吸泥，采用不排水法。主要采用抓斗抓土，履帶吊配合直接取土，同時(shí)配合潛水工潛水觸摸、高壓水槍沖射，空壓機(jī)導(dǎo)管法吸泥;取土先中間后四周，對(duì)稱分層取土，避免局部過(guò)深取土造成鋼套箱突然大幅度下沉。當(dāng)鋼套箱下沉到位，調(diào)整鋼套箱頂平整度及平面尺寸，使之符合設(shè)計(jì)要求。

3.5 鋼套箱封底

鋼套箱下沉到位，及時(shí)對(duì)基底進(jìn)行處理：潛水工水下清洗封底段護(hù)筒及鋼套箱內(nèi)側(cè)壁板，利用導(dǎo)管吸取基底上的一層浮泥，最后均勻拋放片石，潛水整平。

在鋼套箱頂利用工字鋼搭設(shè)施工工作平臺(tái)，布置水下混凝土封底用導(dǎo)管，在混凝土封底時(shí)應(yīng)先拐角封底然后繞四周最后中間方法進(jìn)行封底?；炷练獾椎倪^(guò)程中為了精確控制，采用特制測(cè)錘多點(diǎn)測(cè)量，尤其是鋼護(hù)筒周邊時(shí)刻掌握封底混凝土的流動(dòng)方向及高程?；炷练獾缀穸葹?.0 m，封底混凝土頂標(biāo)高控制在+(10～30)cm的范圍內(nèi)。

3.6 大體積承臺(tái)混凝土施工

本橋承臺(tái)屬于大體積混凝土，因而采取在混凝土中埋設(shè)循環(huán)冷卻水管的措施來(lái)降低水化熱。經(jīng)熱工計(jì)算確定采用φ48 mm無(wú)縫鋼管作為循環(huán)水管，水管上下層間距、同一層面的間距為1.0 m。承臺(tái)混凝土澆筑前，基坑底面應(yīng)予清理，采取措施保證無(wú)積水、無(wú)淤泥、無(wú)污物。混凝土澆筑采用分層連續(xù)推移方式進(jìn)行，每層混凝土攤鋪厚度為30 cm，以確保上層混凝土澆筑時(shí)下層混凝土未初凝?；炷琉B(yǎng)護(hù)采取蓄熱保溫措施、承臺(tái)內(nèi)置循環(huán)冷卻水管溫控措施，確保承臺(tái)構(gòu)件在任一時(shí)間內(nèi)混凝土內(nèi)部的最高溫度不高于60℃、混凝土內(nèi)部最高溫度與表面溫度之差以及混凝土表面與周圍大氣溫度之差不超過(guò)20℃。承臺(tái)混凝土澆筑完成后，首先在其頂表面進(jìn)行覆蓋，然后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)京滬高鐵四標(biāo)段淮河特大橋主橋基礎(chǔ)施工方案進(jìn)行了介紹?；春犹卮髽虻陌雌诮ǔ?，為京滬高速鐵路棗莊至蚌埠間的先導(dǎo)段聯(lián)調(diào)聯(lián)試綜合試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

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U443.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2013.05.12

1003-1995(2013)05-0038-04

2012-12-15;

2013-02-20

郝晉峰(1970— )，男，山西太谷縣人，高級(jí)工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)