張明剛（中國鐵建大橋工程局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧沈陽　110043）

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懷邵衡鐵路沅江特大橋水中墩基礎(chǔ)施工方案優(yōu)化

張明剛
（中國鐵建大橋工程局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧沈陽110043）

摘要沅江特大橋采用（60 + 100 + 60）m連續(xù)梁、（90 + 180 + 90）m矮塔加勁斜拉連續(xù)梁孔跨結(jié)構(gòu)，其中有6座連續(xù)梁橋墩基礎(chǔ)位于水中。結(jié)合工程實(shí)際情況、工期、水文、地質(zhì)等因素，參照類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)對大橋深水基礎(chǔ)圍堰設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，并闡述了優(yōu)化方案技術(shù)難點(diǎn)的解決方法。優(yōu)化方案利用淺灘上的卵石筑島，從而將水中施工改為陸上施工，加快了施工進(jìn)度。

關(guān)鍵詞橋墩基礎(chǔ)；深水基礎(chǔ)；圍堰；優(yōu)化比選

1　工程概況

沅江特大橋位于湖南省洪江市安江鎮(zhèn)，跨越沅江。橋址下游33. 8 km為銅灣水電站，水庫正常蓄水位152. 5 m，回水長度40. 21 km，橋址上游約13 km處為安江水電站。沅江特大橋全長1 479. 61 m，里程DK38 + 568. 65—DK40 + 048. 26，孔跨樣式為7×32 m簡支梁+（60 + 100 + 60）m連續(xù)梁+（90 + 180 + 90）m矮塔斜拉橋+ 20×32 m簡支梁。7#～13#墩上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)梁和矮塔斜拉橋，其中7#～12#墩為深水基礎(chǔ)，施工受汛期影響大。

1. 1水中墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)

沅江特大橋7#～12#墩位于沅江銅灣水庫的尾水段內(nèi)，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。橋址常水位為151. 5 m。

表1　7#～12#水中墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)

1. 2地質(zhì)特征

橋址區(qū)河床上主要為第四系上更新統(tǒng)沖洪積卵石層，下伏基巖為元古界板巖、白堊系泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)砂礫巖和砂礫巖。

1. 3水文特征

橋軸法線方向與沅江河道水流方向斜交角度為18°，橋址處上游匯水面積為10 350 km2，設(shè)計(jì)流量為26 400 m3/s，設(shè)計(jì)水位158. 15 m，設(shè)計(jì)流速2. 08 m/s。橋址區(qū)地表水主要為沅江河水。河面寬494 m，水深0～12 m。其水位、流量受大氣降水影響較大，每年洪水期為5—8月，9月—次年4月為枯水期。地下水有孔隙潛水和基巖裂隙水?？紫稘撍饕植加诼咽瘜樱杆院?，以接受河水補(bǔ)給為主，水位隨季節(jié)變化，其流向受地形條件控制，一般向地形低洼的水溝排泄?；鶐r裂隙水主要分布在元古界板巖、含礫泥質(zhì)砂巖、砂礫巖裂隙中，富水性與節(jié)理、裂隙的發(fā)育程度及性狀有關(guān)，富水性一般，主要受大氣降水及河流水補(bǔ)給，水量不大。

2　原設(shè)計(jì)施工方案

首先，由兩側(cè)岸邊向江中墩位處搭設(shè)棧橋，小里程棧橋設(shè)置在6#～11#墩間、大里程棧橋設(shè)置在13#～12#墩間，11#～12#墩間預(yù)留150 m作為通航河道。其次，分別在7#～12#各墩搭設(shè)鉆孔平臺，進(jìn)行鉆孔樁施工。最后，7#墩插打鋼板樁施作承臺，8#～12#在鉆孔平臺上拼裝鋼圍堰，整體下放到位后封底并施作承臺。

原設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)：采用雙臂鋼圍堰施作承臺，可提高圍堰的設(shè)防水位標(biāo)高，受汛期影響較少。缺點(diǎn)：施工周期較長，無法滿足指導(dǎo)施組的節(jié)點(diǎn)工期要求；雙臂鋼圍堰投入的材料較多，不經(jīng)濟(jì)；部分承臺入巖在樁基施工之前，需進(jìn)行水下爆破，否則雙壁鋼圍堰無法下放。

3　施工方案優(yōu)化

為滿足節(jié)點(diǎn)工期并從節(jié)省投入出發(fā)對原方案進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)現(xiàn)場地形和水深條件，充分利用7#～11#墩淺灘豐富的卵石資源，采用卵石筑島將水中墩變?yōu)殛懙囟帐┳鳂痘?，降低施工難度。

考慮現(xiàn)場的工裝、基礎(chǔ)地質(zhì)、基坑開挖深度、江水水位標(biāo)高、基礎(chǔ)施工周期，并結(jié)合樁基預(yù)計(jì)完成的時(shí)間（10#墩→8#墩、9#墩→7#墩、11#墩→12#墩）。承臺施工擬采用如下方案：

①完成10#墩卵石帷幕注漿圍堰及承臺施工，以總結(jié)卵石帷幕注漿圍堰的施工參數(shù)。

②8#，9#樁基完成時(shí)間基本一致。9#墩承臺底為卵石且距泥質(zhì)砂巖面有5 m厚，采用鋼板樁施工可滿足其插打深度和封底厚度。9#，8#墩承臺同時(shí)施工，若采用同一措施將增加設(shè)備成本。因此，9#墩采用鋼板樁方案、8#墩采用卵石帷幕注漿方案。

③7#墩為連續(xù)梁邊墩，不制約總工期，安排在枯水期施工。在9#墩承臺完成后將鋼板樁拔除移至7#墩，采用鋼板樁圍堰施工7#墩承臺。

④11#墩因在河道中央，筑島圍堰受江水沖刷嚴(yán)重。若采用卵石帷幕注漿方案則汛期時(shí)筑島體可能被沖走，極不安全。此外，因承臺底50 cm為泥質(zhì)砂巖，在前期試驗(yàn)時(shí)鋼板樁在泥質(zhì)砂巖中只能打入15 cm左右，無法滿足鋼板樁埋入深度及封底厚度的要求。因此，采用鋼筋混凝土沉井方案，在汛期到來前完成沉井下沉，汛期結(jié)束后施作承臺。

⑤12#墩位于沅江大里程岸邊附近，水深13. 5 m，承臺嵌巖3. 9 m，需進(jìn)行水下爆破以滿足下沉鋼圍堰的施工條件，采用先樁后堰的施工方案。在12#墩大里程岸邊搭設(shè)一座大平臺，從岸邊整體推進(jìn)至12#墩處。平臺兩側(cè)設(shè)置龍門吊軌道走行棧橋，樁基完成后利用2臺80 t的龍門吊將拼裝完成的鋼圍堰吊裝下沉，然后封底及施工承臺。

3. 1鋼板樁圍堰

9#墩承臺基礎(chǔ)施工采用鋼板樁圍堰。采用拉森Ⅳ型鋼板樁，鋼板樁插打錨固深度及內(nèi)支撐參數(shù)通過結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。鋼板樁施工完畢后使用長臂鉤機(jī)開挖承臺，同時(shí)跟進(jìn)施作鋼板樁的內(nèi)支撐，達(dá)到標(biāo)高后封底，及時(shí)施作承臺。9#墩鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)見圖1。

3. 2卵石帷幕注漿圍堰

8#墩、10#墩樁基施工完畢后，在筑島圍堰頂面使用特種水泥膏漿將圍堰四周卵石與特種漿液固結(jié)成整體，從而形成不透水的堰體。之后使用長臂鉤機(jī)放坡開挖到標(biāo)高后施作承臺。為確保承臺施工不受洪水影響，在筑島頂面施作一圈鋼筋混凝土擋水圍堰。

3. 3鋼筋混凝土沉井結(jié)合帷幕注漿圍堰

11#墩樁基施工完畢后，利用已填筑的筑島面制作鋼筋混凝土沉井，采用長臂鉤機(jī)將沉井內(nèi)的卵石挖除使沉井下沉。沉井下沉至河床面后，在沉井外部進(jìn)行注漿隔水處理，在沉井內(nèi)部澆筑封底混凝土。沉井設(shè)計(jì)見圖2。

圖1　鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)（單位：mm）

圖2　11#墩鋼筋混凝土沉井設(shè)計(jì)（單位：mm）

3. 4雙臂鋼圍堰

12#墩位于沅江大里程岸邊附近，水深為13. 5 m，承臺嵌巖3. 9 m，需進(jìn)行水下爆破以滿足下沉鋼圍堰的施工條件，采用先樁后堰的施工方案。在12#墩大里程岸邊搭設(shè)一座大平臺，從岸邊整體推進(jìn)至12#墩處，平臺兩側(cè)設(shè)置龍門吊軌道走行棧橋，樁基完成后利用2臺80 t的龍門吊將拼裝完成的鋼圍堰吊裝下沉，并封底及施工承臺。鋼圍堰設(shè)計(jì)見圖3。

圖3　12#墩雙臂鋼圍堰設(shè)計(jì)（單位：mm）

3. 5優(yōu)化方案分析

優(yōu)化方案的優(yōu)點(diǎn)：筑島完成后即能開始樁基施工，節(jié)點(diǎn)工期得到保證；在承臺處筑島將水上作業(yè)變?yōu)殛懙刈鳂I(yè)，可選用的施工設(shè)備增多，經(jīng)濟(jì)性好。缺點(diǎn)：因筑島頂面設(shè)防水位標(biāo)高不能過高，故在洪水期施工將受影響。

3. 6優(yōu)化方案中技術(shù)難題的解決方法

3. 6. 1卵石及泥質(zhì)砂巖地層鋼板樁施工

因填筑材料均為卵石且7#墩承臺嵌入泥質(zhì)砂巖內(nèi)，為保證鋼板樁插打及埋入深度，選用功率較大的振動錘；在插打時(shí)遇大塊卵石無法打入時(shí)采用復(fù)打的施工工藝，將石塊打碎后繼續(xù)施打；對7#墩承臺嵌巖部分采用旋挖鉆引孔，以確保鋼板樁打入深度及埋設(shè)長度。

3. 6. 2卵石地層鋼筋混凝土沉井下沉施工

因大粒徑卵石較多且其摩阻力較大，為保證沉井順利下沉，應(yīng)注意以下3點(diǎn)：①選擇長臂挖掘機(jī)在沉井內(nèi)刃角下部跳槽均勻開挖，下沉困難時(shí)同步清理沉井外部卵石，并配備吸泥機(jī)對開挖不到的地方采用吸泥石的方式將卵石排除；②沉井施作時(shí)外部預(yù)留泥漿槽，充當(dāng)沉井外壁與卵石接觸面的潤滑劑；③因河道基巖面不平整沉井下到位后部分刃角無法與巖面密貼，故采用注漿堵漏的方式保證外部河水不會從沉井刃角與巖面的夾層中涌入。

4原方案與優(yōu)化方案工期比較

原方案與優(yōu)化后方案工期對比見表2。根據(jù)對現(xiàn)場實(shí)際施工工期的統(tǒng)計(jì)，優(yōu)化后方案比原方案樁基施工開始時(shí)間提前40 d，圍堰注漿施工時(shí)間縮短30 d，沉井施工時(shí)間縮短15 d。水中墩基礎(chǔ)施工整體工期縮短45 d，為保證大橋上部施工工期提供了有利條件。

表2　原方案與優(yōu)化后方案工期對比

5　結(jié)語

通過對沅江特大橋深水基礎(chǔ)施工方案加以優(yōu)化，解決了原方案中雙臂鋼圍堰下放清基的難題，減少了大量雙臂鋼圍堰的材料。優(yōu)化方案充分利用現(xiàn)場淺灘的卵石筑島從而將水中墩變?yōu)殛懙囟?，繼而采用常規(guī)的鋼板樁圍堰、鋼筋混凝土沉井圍堰并結(jié)合卵石圍堰帷幕注漿堵水的工藝，解決了常規(guī)圍堰施工漏水的難題，節(jié)省了水中墩基礎(chǔ)施工費(fèi)用。優(yōu)化方案取得了良好效果，可供類似工程借鑒。

參考文獻(xiàn)

［1］毛偉琦.鋼吊箱圍堰的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中的幾種方法［J］.公路交通技術(shù)，2002（1）：40-43.

［2］王貴春，皇甫昱.橋梁深水基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰施工技術(shù)分析［J］.鐵道建筑，2007（8）：22-24.

［3］蔡紅珍.新白沙沱長江特大橋3#主墩基礎(chǔ)施工方案比選［J］.鐵道建筑，2014（2）：14-17.

［4］張沱.黃河深水承臺咬合樁圍堰施工技術(shù)［J］.鐵道建筑技術(shù)，2015（9）：68-71.

［5］蔣鵬程，陳讓利.思賢窖特大橋鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與監(jiān)測［J］.鐵道建筑，2012（8）：11-15.

［6］金廣遠(yuǎn).雙壁鋼圍堰在水中橋中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2012 （16）：214-215.

［7］羅瑞華.武漢鸚鵡洲長江大橋主橋基礎(chǔ)工程施工技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2014（5）：9-14.

（責(zé)任審編李付軍）

Optimum of Construction Scheme of Pier Foundation in Water for Yuanjiang River Super-Long Bridge on Huaihua -Shaoyang -Henyang Railway

ZHANG Minggang
（Third Engineering Co.，Ltd.，Chinese Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group，Shenyang Liaoning 110043，China）

AbstractRuanjiang river super-long bridge across Yuanjiang river takes（60 + 100 + 60）m continuous beams，（90 + 180 + 90）m low-tower cable-stayed bridge with stiffened continuous beams. Six piers supporting continuous beams are located in the water. T he deep foundation construction using cofferdam was optimized according to the project situation，time，hydrological and geological conditions，and the previous construction experience. T he solution to the construction difficulties was demonstrated in this paper. T he pebble island facilitated the foundation construction. T he transfer from deep-water construction to onshore construction contributed to shorter time.

Key wordsBridge pier foundation；Deep water foundation；Cofferdam；Optimization

中圖分類號U445. 55

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 13

文章編號：1003-1995（2016）06-0048-04

收稿日期：2016-01-10；修回日期：2016-04-10

作者簡介：張明剛（1974—），男，高級工程師。