姬宏奎，王海偉

（1.河北省水利水電第二勘測設計研究院，石家莊050020；2.中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山528403）

1 工程概況

池州長江公路大橋跨江主橋位于歐山鎮(zhèn)下王莊村西側(cè)山頭，橋梁全長5825.0m，包括跨長江主通航孔斜拉橋、副通航孔連續(xù)剛構橋、南岸大堤連續(xù)梁橋、引橋。長江主通航孔橋設計里程為K20+693～K22+141，全長1448.0m，采用等高塔不對稱混合梁雙塔斜拉橋。大橋Z5#墩基礎采用高樁承臺結(jié)構形式，承臺平面為59.3m×34.8m整體式四邊形帶圓弧承臺，高8.0m，頂標高+5.0m，承臺采用C35混凝土，索塔基礎采用36根直徑3.0m的鉆孔灌注樁，樁長82.0m，樁頂標高-3.0m，樁底標高-85.0m。 Z6#，Z7#基礎為深水高樁承臺，Z6#采用15根φ2.5m的鉆孔灌注樁，樁長55.0m；Z7#墩為12根φ2.5m的鉆孔灌注樁，樁長60.0m，均采用C30水下混凝土。

2 工程地質(zhì)

Z5#橋墩樁基覆蓋層以砂類土為主，厚33.30～36.50m，表層為松散—稍密狀的粉細砂，其下為中密狀中砂，下部為密實狀礫砂及密實狀中砂，砂層中多含有卵礫石，卵礫石含量高達20%～30%，粒徑0.2～6cm。基巖為白堊系上統(tǒng)宣南組粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、礫巖、砂巖等巖層及其風化層，巖面埋深33.3～36.5m，巖面極為平緩；Z6#，Z7#墩位于長江輔助航道段，河床高程-1.0～0.0m，地勢向南岸逐漸抬高。該區(qū)覆蓋層較厚深度38.9～53.2m，主要以含軟礫石砂層為主，容易被沖刷。

3 沖刷防護必要性

池州長江公路大橋南岸主橋Z5#，Z6#，Z7#基礎位于長江主航道深水區(qū)，Z5#墩承臺處枯水期水深15.0～25.0m，洪水期水深25.0～30.0m，橋位處洪水期最大流速2.1m/s，枯水期最大流速1.5m/s，平均水流速度大。近幾年河床橫斷面變化，Z5#～Z7#河床斷面以沖刷為主。自大橋臨時鋼護筒施工以來受長江洪水影響河床沖刷嚴重，迎水面平均沖刷深度達10.0m導致鋼護筒埋深減少較多沖刷后最大2m，為此，施工中采用鋼護筒跟進等措施以保證鋼護筒埋深成樁施工。由于工程投入人員（吊裝、護筒焊接）、機械（大型浮吊、液壓振樁錘）和材料（鋼護筒等）較多，嚴重影響工期制約關鍵線路的施工，且后期加固的成本極高，成橋后水中樁基礎隨著水流沖刷樁基礎裸露面增加，樁基自由高度增長，隨著長時間的沖刷，水中樁基礎自由長度增加，樁基表面混凝土受到?jīng)_蝕，嚴重影響索塔樁基礎的耐久性和結(jié)構安全。

本文重點圍繞Z5#，Z6#，Z7#墩鉆孔平臺基礎工程進行分析，Z7#墩鉆孔平臺平面設計為47.5m×28.32m，棧橋采用φ820mm×10mm鋼管樁基礎，Z7#墩鉆孔平臺布置如圖1，圖2。

圖1 Z7#墩鉆孔平臺布置

圖2 Z7#墩鉆孔平臺縱斷面

4 沖刷防護

4.1 沖刷防護布置

抗沖刷防護根據(jù)沖刷數(shù)值模擬計算結(jié)果及水下測量結(jié)果（沖刷范圍、沖刷深度），借鑒長江主航道類似工程防護經(jīng)驗，將沖刷防護區(qū)域分為4個區(qū)域：

（1）群樁基礎防護區(qū)。

（2）群樁外上下游40m范圍核心區(qū)。

（3）核心區(qū)分別向上下游外延40m永久保護區(qū)。

（4）永久保護區(qū)分別向上下游外延30m護坦區(qū)。

防護布置如圖3。根據(jù)沉排船作業(yè)平臺長度，Z5#橋墩核心區(qū)和永久防護區(qū)將垂直水流向250m寬度，順水流向長度280m的主航道（除樁群基礎）分為42塊依次沉放，主橋墩Z6#，Z7#因距離較近，墩中心距為100m彼此防護區(qū)重疊，因此采用聯(lián)合防護布置，將Z6#，Z7#橋墩聯(lián)合防護區(qū)內(nèi)核心區(qū)和永久防護區(qū)垂直水流向290m寬度，順水流向長度280m的主航道（除樁群基礎）分為54塊依次沉放，每塊排自上而下進行沉排，袋裝砂和拋石隨后跟進，如圖4?？偡雷o區(qū)防護范圍四周采用拋石壓重，保證軟體排不被掀起?？紤]航道內(nèi)落淤過程及施工難度，選擇在長江汛期結(jié)束后枯水期施工。

圖3 Z5#橋墩防護布置

圖4 Z6#，Z7#橋墩防護布置

4.2 沖刷防護結(jié)構

護底防護結(jié)構有剛性和柔性兩種性質(zhì)護底形式。鋼絲石籠和混凝土護底屬于剛性防護，軟體排則屬于柔性防護。

4.2.1 鋼絲石籠

在主航道護底工程中施工難度較大，且鋼絲耐久性不易保證，采用合金鋼絲可以大大延長其壽命，但是造價較高；拋石防護應用較多，因塊石粒徑大，塊石間空隙率較大，需要設置可靠的反慮防止拋石下的泥沙顆粒通過拋石孔隙被淘刷，在軟體排和拋石之間設置砂袋過渡層，以達到更好的防護效果。橋墩沖刷防護應在吸取國內(nèi)外類似大橋防護工程成功經(jīng)驗的基礎上，結(jié)合橋位處水文、地質(zhì)條件和施工條件等確定可行有效的防護方案、防護時機及實施方案。

根據(jù)國內(nèi)外相似工程實例的調(diào)研和研究，護底結(jié)構選型：

（1）群樁基礎處采用加長袋裝砂+級配碎石+拋石壓重。

（2）核心區(qū)采用砂肋軟體排（380g/m2）+袋裝砂+拋石防護。

（3）永久保護區(qū)采用砂肋軟體排（230g/m2）+拋石防護，護坦采用拋石防護，護坦上下游采用1∶3的坡比與河床銜接。結(jié)構如圖5，圖6。

圖5 樁群基礎沖刷防護結(jié)構

圖6 核心區(qū)、永久防護區(qū)沖刷防護結(jié)構

4.2.2 袋裝砂

群樁基礎防護區(qū)采用8m×1.2m×0.6m長條袋裝砂，核心區(qū)袋裝砂采用1.6m×1.6m×0.6m方形袋裝砂，袋裝砂采用河砂，粒徑大于0.07mm，土工編織袋內(nèi)層為毛氈、外層為丙綸的復合編織土工布。經(jīng)砂袋試拋試驗，當砂袋個重6.5t時，不再發(fā)生位移。主墩外側(cè)流速最大區(qū)域在鋪設6.5t時，呈穩(wěn)定無位移狀態(tài)，因此采用加長袋裝砂（6.5t）。

根據(jù)類似工程試驗觀察發(fā)現(xiàn)，處于相同區(qū)域，同一重量沙袋的形狀、鋪設方式所引起砂袋穩(wěn)定狀況差別較大。矩形砂袋采用豎向鋪設后比采用橫向鋪設穩(wěn)定。矩形砂袋豎向鋪設時，翻滾半徑較長，不易縱向翻滾。此外，應控制護底砂袋的充盈度，一般在0.7～0.8較好?？紤]群樁基礎施工特點，采用加長矩形袋裝砂尺寸8m×1.2m×0.6m，在每排鋼護筒之間拋投，可利用平臺鋼管樁、鋼護筒阻止其翻滾，達到較好穩(wěn)定性。

4.2.3 壓重塊石

根據(jù)試拋試驗成果，單塊塊石最小穩(wěn)定重量定為18kg，考慮施工條件及水流復雜情況，采用單塊最小重量20kg。護面塊石規(guī)格20～80kg，且要求50～80kg塊石不少于50%。表層盡量選用較大粒徑的塊石護面。不同防護區(qū)域頂高程不同處銜接坡比不小于1∶3。

4.3 軟體排施工質(zhì)量控制

為滿足工程施工精度要求，采用倒垂線法及人工潛水方法進行軟體排搭接檢測。探摸沉排完成后，監(jiān)理人員參加對每幅排的6點浮標檢測，即排頭、排尾邊沿兩點，沿堤軸線排體邊沿兩點進行檢測，檢查排體的鋪設位置與上幅排的搭接寬度是否滿足設計要求，并作記錄。同時根據(jù)檢驗標準，進行潛水探摸，確保排與排之間搭接大于等于2m。按照上幅排布收縮最大處位置，在保障有2m排體搭接的基礎上，進行下一幅排體檢測。

4.4 拋投壓重施工質(zhì)量控制

由于水流條件復雜和水下施工難度較大，水下拋投袋裝砂及拋石存在諸多不確定性，施工過程中及時測量拋后水下地形。每完成一個區(qū)域即進行測量檢驗，對誤差較大的區(qū)域進行補拋，以保證達到設計的拋填厚度。

拋投過程中每天采用單波束測深儀觀測河床變化情況，分析拋投效果。同時每周采用多波速測深儀全面觀測拋投效果，該技術具有測量范圍大、速度快、精度高等諸多優(yōu)點。能精確反映河床的細微變化。

軟體排施工及拋投檢測結(jié)果如表1。

表1 防護施工檢測結(jié)果

由檢測結(jié)果可知，軟體排鋪設、壓重料拋投均滿足要求。

防護施工在汛期后施工，由于河道落淤，沖坑有回填現(xiàn)象，防護施工時經(jīng)測量沖坑深度最大為4.3m，在鋪設軟體排之前將最大沖深處進行拋石處理 （拋石厚度2m）后實施軟體排鋪排。防護施工完成后防護結(jié)構層表面基本與原河床面持平。防護剖面如圖7。

圖7 防護后剖面河床剖面

4.5 防沖刷效果及后期維護

沖刷是與流場相關的，流場變化沖刷情況會隨著變化。因此采用多波速檢測方法，每年汛期前后檢測沖刷防護結(jié)構沖淤情況，對于不滿足要求的防護部位，采用拋石補拋及綠格石籠護腳等修復措施。

根據(jù)后期沖刷測量結(jié)果，群樁基礎防沖刷防護區(qū)域邊緣及核心區(qū)、永久防護區(qū)、護坦區(qū)接觸部位有不同程度沖蝕，與設計防護結(jié)構最大差值達0.8m。經(jīng)分析采用補拋4m×4m×1.2m綠格石籠網(wǎng)在防護區(qū)域四邊及各防護區(qū)域接茬部位進行防沖刷管理維護。

5 結(jié)語

（1）長江深水群樁基礎砂肋軟體排+袋裝砂+拋石防護組合成套防護施工技術，保證池州長江公路大橋高效高質(zhì)量地完成施工。為類似工程的橋墩沖刷處理提供借鑒。

（2）防水軟排施工對于測量定位的精度要求較高，對大型鋪排船、拋石船施工組織要求較高，小型項目難以承擔。建議繼續(xù)研究群樁沖刷防護措施及施工技術，以便于中小型工程能夠應用。

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