石井兵

摘 要：為減緩河床沖刷下切速度，提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性角度而言，對閩江特大橋主墩基礎(chǔ)進(jìn)行沖刷防護(hù)工程設(shè)計(jì)。施工過程和主橋基礎(chǔ)施工重疊，施工難度大的特點(diǎn)，沖刷防護(hù)工程宜采用施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)預(yù)防護(hù)與橋梁永久防護(hù)互相結(jié)合的方案，既有安全防護(hù)作用，又降低橋基礎(chǔ)施工難度。本文就施工的閩江特大橋主墩防沖刷處理方案進(jìn)行論證。

關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ)沖刷；安全防護(hù)；結(jié)構(gòu)安全；施工方案

中圖分類號(hào)： U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）12-73-2

0 引言

福州繞城高速是福州市干線公路網(wǎng)重要路段。閩江特大橋跨越閩江航道，是福州繞城公路的重要樞紐工程，上部結(jié)構(gòu)引橋采用4×35m+5×35m+4×35m PC連續(xù)T梁+3×40m+3×40m+3×40m+4×40m PC連續(xù)T梁，主橋采用（70m+4×110m+70m）變截面連續(xù)-剛構(gòu)箱梁，下部結(jié)構(gòu)主橋采用箱墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主橋27#和31#墩處設(shè)GPZ盆式支座，28#～30#主墩與主梁固結(jié)剛構(gòu)；引橋采用柱式墩，鉆孔群樁或單排樁基礎(chǔ)。

閩江特大橋主橋27#～30#號(hào)主墩處于閩江之中，距離上游水口水電站50km，水口水電站在汛期頻繁泄洪和平時(shí)水流造成的主墩基礎(chǔ)處河床局部沖刷十分嚴(yán)重，在2010年5月23日最大泄洪量達(dá)到17500m3/s時(shí)候，正在鉆孔施工中的29#墩鉆孔平臺(tái)的鋼管樁被沖走，嚴(yán)重影響鉆孔平臺(tái)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為了摸清鉆孔平臺(tái)鋼管樁基礎(chǔ)處實(shí)際沖刷情況，項(xiàng)目部請福州陸海工程咨詢有限公司（第三方）對河床標(biāo)高進(jìn)行專業(yè)測深。福州陸海工程咨詢有限公司于2010年5月27日對橋位處河床進(jìn)行聲納測深，此次測深結(jié)果對比該公司2009年8月25日的測深結(jié)果顯示，9個(gè)月時(shí)間27#～30#主墩處河床沖刷下切嚴(yán)重，第三方兩次河床標(biāo)高測深結(jié)果對比與實(shí)際情況基本相符合，如果不及時(shí)采取沖刷防護(hù)措施，橋梁施工階段和成橋后的運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)的安全性將大大降低。

為減緩河床沖刷下切速度，提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性角度而言，對閩江特大橋主墩基礎(chǔ)進(jìn)行沖刷防護(hù)工程設(shè)計(jì)。施工過程和主橋基礎(chǔ)施工重疊，施工難度大的特點(diǎn)，沖刷防護(hù)工程宜采用施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)預(yù)防護(hù)與橋梁永久防護(hù)互相結(jié)合的方案，既有安全防護(hù)作用，又降低橋基礎(chǔ)施工難度。

1 防沖刷設(shè)計(jì)可采用的類型

經(jīng)查閱類似橋梁水中基礎(chǔ)沖刷防護(hù)、加固工程的相關(guān)資料，以下幾種防沖刷設(shè)計(jì)類型比較常見：

1.1 拋石進(jìn)行防護(hù)

拋石防護(hù)是主要的一種橋墩樁基防護(hù)工程措施，一是拋石對床沙保護(hù)，增加床沙起動(dòng)所需的流速；二是拋石增大橋墩位附近局部糙率，對減小橋墩附近流速起到積極作用。

1.2 擴(kuò)大橋墩基礎(chǔ)防護(hù)

擴(kuò)大橋墩基礎(chǔ)防護(hù)是在施工階段將鋼圍堰埋入河床面以下一定位置，然后進(jìn)行樁基施工，樁基施工完后在河床面以上預(yù)留一定距離封頂，然后在封頂上放橋墩的防護(hù)措施。該防護(hù)方法主要原理是用擴(kuò)大橋墩基礎(chǔ)頂面減弱樁基前的下降水流淘刷力。

1.3 混凝土塊防護(hù)

混凝土塊最早用于海岸的沖刷防護(hù)。1994年，專家對混凝土塊進(jìn)行局部沖刷防護(hù)的研究。發(fā)現(xiàn)橋墩本身的勾連性使與拋石石塊尺寸和質(zhì)量相當(dāng)?shù)幕炷翂K的穩(wěn)定性更好，效果更佳。

1.4 河床注漿防護(hù)

注漿作為一種成熟的地基處理工藝在工程實(shí)踐中得以廣泛應(yīng)用，其工作原理為通過在軟土或松散碎石中注入高強(qiáng)度膠漿凝結(jié)，使局部地基土加固，形成復(fù)合地基。河床注漿是將陸上注漿工藝引入水下施工環(huán)境進(jìn)行施工，通過固結(jié)橋墩樁基周圍土壤，達(dá)到防止河床沖刷，保證橋梁穩(wěn)固性的目的。

2 防沖刷設(shè)計(jì)方案比選

針對閩江特大橋主墩基礎(chǔ)處河床沖刷特點(diǎn)，在選定主墩基礎(chǔ)沖刷防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循下列原則：

①?zèng)_刷防護(hù)結(jié)構(gòu)安全，簡單耐用；

②沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)考慮施工期預(yù)防護(hù)和永久防護(hù)；

③設(shè)計(jì)方案應(yīng)滿足工藝簡單、施工難度低的要求；

④盡可能壓縮沖刷防護(hù)工程的施工成本；

2.1 拋石防護(hù)

拋石防護(hù)優(yōu)點(diǎn)原材料方便，施工容易，是使用較早、頻率較高的防護(hù)措施。缺點(diǎn)是維護(hù)費(fèi)用較高，周期較短。單純的拋石防護(hù)效果不佳。

2.2 擴(kuò)大橋墩基礎(chǔ)防護(hù)

擴(kuò)大橋墩基礎(chǔ)防護(hù)方法是傳統(tǒng)的橋墩局部沖刷防護(hù)方法，石泉漢江大橋墩基沖刷防護(hù)使用該法，取得很好的效果。但由于閩江特大橋橋下閩江航道等級為內(nèi)河IV級，若采用擴(kuò)大橋墩樁基基礎(chǔ)方式進(jìn)行沖刷防護(hù)，阻水面積擴(kuò)大，航道凈寬減小，會(huì)對航道運(yùn)行產(chǎn)生影響；其次由于受采砂河床下切和汛期閩江上游水口電站泄洪時(shí)，該處水位落差較大的影響，非但不能有效的防止沖刷，反而可能加快沖刷速度。所以沖刷防護(hù)設(shè)計(jì)不宜采用此法。

2.3 混凝土塊防護(hù)

用混凝土塊防護(hù)代替拋石防護(hù)還有難度，因?yàn)榛炷翂K的造價(jià)要高得多；另一方面，混凝土塊要準(zhǔn)確布置在橋墩周圍，施工的難度大。所以沖刷防護(hù)設(shè)計(jì)不宜采用此法。

2.4 注漿防護(hù)防護(hù)

注漿防護(hù)加固法，加固基礎(chǔ)質(zhì)量可靠，加固效果明顯，且施工簡單，目前逐漸成為常用的對橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)加固處理方法。宜采用此法進(jìn)行沖刷防護(hù)設(shè)計(jì)。

3 防沖刷方案設(shè)計(jì)

根據(jù)目前橋位處閩江的水文資料、施工現(xiàn)場鉆孔平臺(tái)實(shí)際沖刷受損情況和上述幾種防沖刷方案的可行性分析。閩江特大橋主橋基礎(chǔ)防沖刷設(shè)計(jì)采用拋石結(jié)合注漿防護(hù)做永久防護(hù)方案，同時(shí)考慮主橋基礎(chǔ)防護(hù)工程施工和主橋基礎(chǔ)施工同時(shí)進(jìn)行。為了防止塊石拋填過程對現(xiàn)有主橋樁基鋼護(hù)筒和棧橋、平臺(tái)等臨時(shí)結(jié)構(gòu)造成危害，在主橋基礎(chǔ)鉆孔平臺(tái)周圍的沖刷防護(hù)核心區(qū)投放袋裝砂對進(jìn)行施工期間的局部沖刷預(yù)防護(hù)，待主橋基礎(chǔ)施工完，鉆孔平臺(tái)拆除后再進(jìn)行級配碎石和塊石拋填，同外圍區(qū)永久防護(hù)形成永久沖刷防護(hù)體系。

3.1 防護(hù)的設(shè)計(jì)條件

防護(hù)結(jié)構(gòu)層表層材料（塊石）的穩(wěn)定重量按永久防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)確定，特征水動(dòng)力條件采用100期，同時(shí)采用2.2m/s的水動(dòng)力條件對塊石的穩(wěn)定校核。下層材料的穩(wěn)定重量按施工期防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)確定，特征水動(dòng)力條件采用15年一遇。

3.2 防護(hù)的平面設(shè)計(jì)

根據(jù)防護(hù)工程的功能要求，在平面上將整個(gè)防護(hù)區(qū)分為核心區(qū)和外圍防護(hù)區(qū)，見圖1。

核心區(qū)按照樁基礎(chǔ)鉆孔平臺(tái)施工期間預(yù)防護(hù)的需要，取主墩樁基礎(chǔ)施工平臺(tái)外8m，范圍為24.2m×46.3m。外圍防護(hù)區(qū)為核心區(qū)外圍適應(yīng)河床沖刷變形的平面尺度，取核心區(qū)外8m寬的范圍，保護(hù)核心區(qū)防護(hù)區(qū)外圍床面，進(jìn)而確保核心防護(hù)區(qū)的穩(wěn)定。

3.3 防護(hù)的立面設(shè)計(jì)

防護(hù)立面采用反濾層和護(hù)面層結(jié)合型式。反濾層是由袋裝砂和級配碎石構(gòu)成，護(hù)面層采用塊石，詳見圖2。

砂袋袋體采用針刺復(fù)合編織布，尺寸1.6×1.6×0.6m。采用橋位附近的江砂，用船運(yùn)到指定位置，用高壓水槍和泥漿泵，沖砂成水砂漿狀灌到袋內(nèi)。充灌時(shí)邊拉伸袋子，邊擠壓排水，扎緊袖口，砂袋充灌完成。袋體不能充填太滿，要留變形余地，利于袋體間的咬合。根據(jù)蘇通大橋主墩基礎(chǔ)沖刷工程施工總結(jié)，推薦按80%±4%控制充填。

級配石料粒徑4～24cm，其中粒徑4～12cm和粒徑12～24cm各占50%左右。核心區(qū)的護(hù)面塊石單塊重量150～280kg，外圍區(qū)護(hù)面塊石單塊重240～440kg。

3.4 防護(hù)工程施工

首先進(jìn)行試驗(yàn)性施工，初步掌握了拋投成型的規(guī)律，然后開展大面積施工。

整個(gè)沖刷防護(hù)體系分兩次施工完成：第一次是核心區(qū)的袋裝砂、外圍區(qū)的袋裝砂，級配碎石、護(hù)面塊石拋填和外圍區(qū)護(hù)面塊石注漿施工，此次施工時(shí)間同主橋基礎(chǔ)施工同步進(jìn)行。第二次是核心區(qū)的級配碎石、護(hù)面塊石拋填和核心區(qū)護(hù)念塊石注漿施工，此次施工時(shí)間為主橋基礎(chǔ)施工完畢，鉆孔平臺(tái)拆除后。經(jīng)過兩次施工后形成整個(gè)永久沖刷防護(hù)體系。

3.5 注漿防護(hù)工程施工

水下不離析砂漿配合比設(shè)計(jì)：為保證漿液能注入并填充在拋石間的質(zhì)量，必須具備足夠的流動(dòng)性、黏稠性，所以水下砂漿配比時(shí)主要考慮砂漿強(qiáng)度、流動(dòng)性和黏稠度要求。根據(jù)廈門港海滄港區(qū)7#碼頭水下拋石壓力注漿基床加固工程施工總結(jié)數(shù)據(jù)，推薦按C30水下不發(fā)生離析砂漿配比：1：2.02：1.97：0.08，每立方米砂漿含水、P.O 42.5R水泥、細(xì)砂、絮凝劑（UWB-Ⅱ型水下不分散混凝土絮凝劑）的重量分別為400kg、844kg、760kg、29kg進(jìn)行試配調(diào)整。在施工中，要嚴(yán)格遵守此規(guī)定，以保證施工質(zhì)量。

陸上模擬注漿試驗(yàn)：為檢驗(yàn)初步施工方案的可實(shí)施性和注漿效果，確定注漿比率、注漿數(shù)量和注漿的壓力等參數(shù)，保證水下注漿順利，在施工前進(jìn)行陸上注漿試驗(yàn)。注漿試驗(yàn)在陸上開挖的基坑中進(jìn)行，基坑長6米、寬3.5米、深2.5米，用單個(gè)重量在150～450kg的塊石填滿后注水，為真實(shí)模擬水下拋石基床環(huán)境，拋填石料時(shí)混合一定量的泥砂。然后在預(yù)埋孔里進(jìn)行注漿，確定施工工藝參數(shù)。