謝江松，王政平，湛 杰

(中水珠江規(guī)劃勘測設計有限公司，廣東 廣州 510610)

近年來，我國很多大跨度橋梁已在規(guī)劃或正在開工建設，在大跨度懸索橋的施工過程中，錨碇基礎工程的施工方案對施工安全和工程質量非常重要[1- 2]。錨碇基礎工程常采用排水明挖法，該方法將地下連續(xù)墻作為開挖支護結構，對施工精度和質量要求十分嚴格，如垂直度控制和防滲控制[3- 4]，因此地下連續(xù)墻的施工技術和方法是錨碇工程的技術關鍵。

目前，錨碇基礎的地下連續(xù)墻施工常采用筑島回填、島內開挖的方法，但該方法工程量大，工期長，投資大，一般適用于淺水域的平緩河床[5- 6]。因此，探索更加經(jīng)濟、科學、可靠的海域錨碇地下連續(xù)墻施工方案具有十分重要的意義。

某跨海大橋懸索錨碇地下連續(xù)墻平面布置呈“∞”型，豎向深度大，結構受力復雜[7]；工程地質為深厚軟土；工程海域水深，且受臺風影響，施工環(huán)境十分惡劣，施工難度大，是海上深水軟基地下連續(xù)墻施工的典型代表。因此，以該工程為例，對地連墻施工方案進行深入研究，提出搭設輔助鋼平臺、利用鋼導墻澆筑地連墻的施工方案，以求在保證施工安全和質量的前提下，盡量縮短工期、減少工程投資和降低工程風險，為類似工程提供參考借鑒。

1 工程概況

某大跨度懸索橋錨碇采用重力式錨碇，錨碇基礎平面形狀為“∞”型，直徑2×65m，地下連續(xù)墻厚1.5m，槽段共81個，地連墻嵌入中風化花崗巖5m，最大深度約52.5m，內襯厚度從上至下分別為1.5m、2.5m和3m，基礎頂標高+3.0m，底標高-38.0m。

錨碇位置海床底標高-2.61～-3.20m，常水位高+0.52m，水深3.0～3.7m，最高潮水位3.01m，最低潮水位-1.06m，最高浪高1.93m。錨碇區(qū)域內上部淤泥層厚12～16m，中部粉質黏土層厚2～3m，下部砂層厚12～15m。

2 施工方案

2.1 方案設計

2.1.1 鋼平臺+鋼導墻方案

采取搭設鋼平臺的方式，將水域施工環(huán)境轉換為陸域施工?？紤]到后續(xù)錨體施工及大橋上構施工放索場占用面積，錨碇鋼平臺設計為外側12m寬繞錨平臺，空缺處補設三角異型鋼平臺，內側為隔墻平臺區(qū)及泥漿平臺區(qū)。

導墻作為地下連續(xù)墻施工的引導工程，直接影響地下連續(xù)墻的成型質量。因此，導墻形式的選擇要依據(jù)地下連續(xù)墻結構、施工設備和施工環(huán)境等多方面考慮[8]。由于最高水位高于地連墻頂標高，且高于河底面5m，故采用鋼導墻作為地連墻施工護壁，以保證施工位置準確和成槽質量，結構形式為地下連續(xù)墻整體內外側分別布置一排鎖口鋼管樁，平面布置呈“∞”型。輔助鋼平臺及鋼導墻平面布置如圖1所示，鋼導墻立面圖如圖2所示。

鋼導墻施工前進行地基處理，采用DCM船施打深層DCM樁加固地連墻兩側淤泥覆蓋層。

圖1 輔助鋼平臺及鋼導墻平面布置示意圖

圖2 輔助鋼平臺+鋼導墻立面圖

鋼導墻擬采用鎖口鋼管樁型式。鎖口鋼管樁單個構件長1.9m，寬0.7m，由兩個Φ800鋼管樁通過鋼板焊接而成。鋼管厚度8mm，焊接鋼板厚度6mm，鋼管樁兩端貼焊20號槽鋼，相鄰鋼管樁咬合部位灌注砂漿，鎖口鋼管樁構件橫斷面圖如圖3所示。

圖3 鎖口鋼管樁構件橫剖圖

2.1.2 圍堰筑島方案

圍堰筑島方案采用單排鋼管(板)樁結合的型式，鋼管直徑2.5m，鋼板樁寬度900mm，有效高度230mm，厚10.8mm，平均深度43.5m，筑島外徑150m，圍堰頂面標高﹢6.0m，圍堰外側設置鋼箱圍箍，島內回填中粗砂，回填至標高﹢3.0m。地下連續(xù)墻兩側各采用2排D85cm搭接長度25cm的三軸攪拌樁加固，島內淤泥層采用D80cm間距2m的攪拌樁加固。圍堰筑島方案平面布置如圖4所示，立面圖如圖5所示。

圖4 圍堰筑島方案平面布置圖

圖5 圍堰筑島方案立面圖

2.2 方案比選

根據(jù)本工程鋼平臺+鋼導墻方案和圍堰筑島方案的布置和工藝，分別計算工程量；根據(jù)定額和當?shù)夭牧蟽r格信息分別進行單價分析和投資估算；根據(jù)施工工藝和施工組織設計采用網(wǎng)絡節(jié)點法分別編排施工工期。單價分析和投資估算主要成果對比列表見表1，方案比選見表2。

經(jīng)比較，鋼平臺+鋼導墻方案雖然受力復雜，施工技術要求高，難度較大，但不需要筑島，避免了島下地基處理和島內土體的填筑、密實和拆除；工程量較小；可避免大土方開挖和搬運，對水土流失、環(huán)境影響較小，投資相對節(jié)省3009萬元，工期節(jié)省了87d，因此選用鋼平臺+鋼導墻方案。

表1 兩方案工程量與投資對比表

表2 兩方案比選

2.3 施工安全分析

為了評估鋼平臺+鋼導墻施工方案的安全性和可行性，采用三維非線性有限元法模擬，并分析鋼導墻施工、槽段銑槽和地連墻澆筑全過程的力學特性[9- 10]。計算模型如圖6—7所示。

圖6 鋼導墻有限元模型

圖7 地連墻澆筑時的導墻變位云圖

通過數(shù)值分析計算，得到以下結論：

(1)鋼導墻施工方案安全可靠，可行性較高。

(2)鋼導墻變位最大值為15.8cm，位于墻頂，發(fā)生在鋼導墻施工遭遇設計風浪情況；鋼導墻應力最大值為149MPa，位于河床面以上1.2m附近，發(fā)生在地連墻澆筑情況。

(3)在砂漿澆灌前，鋼導墻結構段為懸臂結構，獨立承受風浪荷載；砂漿澆灌形成整體后，鋼導墻產(chǎn)生拱效應，整體剛度大大增強，抗風浪能力也得到顯著提升，變位和應力均有一定程度的減小。因此，相鄰鋼導墻的咬合處宜盡快進行砂漿灌注。

2.4 施工工藝

為保證地下連續(xù)墻施工期間槽壁的穩(wěn)定，采用DCM船施打深層DCM樁加固地連墻兩側淤泥覆蓋層[9]。再進行輔助鋼平臺的搭設，平臺搭設后，插打鎖口鋼管樁，最后再施工地連墻，具體施工流程如圖8所示。

圖8 鋼平臺+鋼導墻方案工藝流程圖

2.4.1 DCM樁打設

地連墻兩側分別布置4排深層三軸水泥攪拌樁，直徑85cm，搭接長度25cm。內側兩排穿過砂層，平均深度30m，外側兩排穿入砂層1～2m，平均深度16m。具體步驟如下：

(1)測量放樣和場地清理

根據(jù)設計要求，首先進行放樣，該項工作的測量放樣包括兩個內容：一是根據(jù)設計資料放出打設寬度；二是根據(jù)設計畫出布樁平面圖，標明排列編號，放出具體樁位，施工前必須經(jīng)過監(jiān)理復核。

(2)DCM船就位

由現(xiàn)場施工員、樁機班長統(tǒng)一DCM船就位，移動結束后檢查定位情況，及時糾正，樁位偏差不大于50mm。樁機應平穩(wěn)、平正，并用經(jīng)緯儀或線錘進行觀測，確保鉆機的垂直度，攪拌樁垂直度精度不低于1/200。

(3)制備水泥漿液及漿液注入

開鉆前對拌漿工作人員做好交底工作，在施工現(xiàn)場配備電腦計量的自動攪拌系統(tǒng)和散裝水泥罐，以確保漿液質量的穩(wěn)定。水泥漿配制好后，停滯時間不得超過2h，因故擱置超過2h以上的拌制漿液，應作廢漿處理，嚴禁再用。

(4)鉆進攪拌提升

水泥攪拌樁止水帷幕采用兩噴兩攪的施工工藝，水泥和原狀土須均勻攪拌，下沉和提升過程中均為注漿攪拌，同時嚴格控制下沉和提升速度：下沉速度為0.5～1.0m/min，提升速度為1.0～1.5m/min，在樁底部分宜重復攪拌注漿。

(5)DCM船移位

施工完一組樁后DCM船移至下一根樁位，重復以上步驟進行下一根樁的施工。

2.4.2 鋼平臺

輔助鋼平臺施工采用打樁船打樁，起重船配合抄平、吊裝2I45b墊梁、貝雷梁、分布梁及槽鋼。形成工作面后，用兩臺100t履帶吊同步推進。內側平臺與輔助鋼平臺同時施工，最后施工三角異型鋼平臺。

內外側圓弧段鎖口鋼管樁打設完成后需搭設內外側平臺的連接通道，以滿足機械設備進入內側平臺打設直線段鎖口鋼管樁，鋼平臺施工流程如圖9所示。

圖9 鋼平臺搭設流程圖

三角異型鋼平臺及內側平臺承重梁采用雙拼HM588型鋼，12m寬輔助平臺采用雙拼I45b工字鋼，采用對接接長的方式進行加工。為適應現(xiàn)場的靈活施工，雙拼承重梁根據(jù)現(xiàn)場需用長度提起在岸上拼裝好。

承重梁通過鋼護筒開槽的方式焊接于槽口內，安裝時承重梁應盡量擺在護筒中心，如護筒偏位較大，為了便于貝雷梁安裝施工，承重梁可適當移位。現(xiàn)場承重梁采用浮吊進行安裝，待后續(xù)形成工作面且履帶吊進場后則采用履帶吊安裝。為加快施工進度，打樁完成后改裝成浮吊，從另外一側開始吊裝承重梁。

I25a分配梁和[28a面板采用運輸船運輸至現(xiàn)場，然后用浮吊進行安裝。I25a分配梁間隔75cm布設一條，每條分布梁通過兩端卡板固定在貝雷上。[28a槽鋼為臥放，腹板朝上，在平臺上滿鋪。[28a行車道與I25a分布梁之間焊接固定。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，分配梁、面板首先采用浮吊進行安裝，待形成工作面且履帶吊進場后，再采用履帶吊進行安裝。

2.4.3 導墻施工

鋼導墻對保障地下連續(xù)墻施工質量十分關鍵，因而必須認真設計和施工[9]。鋼導墻采用整體內外側鎖口鋼管樁作為地連墻施工護壁，其中內側共216組標準鎖口鋼管樁，外側共174組。

鋼導墻施工前進行地基處理，采用DCM船施打深層DCM樁加固地連墻兩側淤泥覆蓋層及砂層。考慮砂層較厚，如果DCM樁處理不理想，可在鋼導墻安裝后采用高壓旋噴樁處理。鋼導墻施工流程如圖10所示。

圖10 鋼導墻施工流程圖

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，鋼管樁采用100t履帶吊+振動錘進行吊打施工，為了精確把握首根鋼管樁的平面位置和垂直度，首根鋼管樁采用導向架進行定位。

鋼導墻施工重點、難點在于定位插打。單個鋼導墻構件由兩根鋼管樁用兩塊6mm厚鋼板并焊而成，利用鎖口對接逐個插打施工，通過測量控制鎖口轉角來控制鋼導墻弧度，最后根據(jù)實際情況合攏鋼導墻，打設過程實時觀測鋼管樁鎖口方向及插口平面扭角位置，確保打設過程中鋼管樁的平面位置、垂直度及轉角方向準確，降低施工難度，提高打設精度。

2.4.4 槽段銑槽

銑槽前，在鎖口鋼管樁頂面加焊4～5根槽鋼支撐，并在外側鎖口鋼管樁與平臺鋼管樁間設置橫向支撐，保證鋼導墻的穩(wěn)定性。

地連墻槽段分Ⅰ期40個槽段、Ⅱ期41個槽段，共81個槽段，Ⅱ期與Ⅰ期槽段在地連墻軸線處搭接長度為0.271m。Ⅰ期槽段采用間隔法施工，至少間隔一個單元槽段，Ⅰ期槽段強度達到80%后施工中間Ⅱ期槽段。成槽采用復合成槽法，“先抓后銑”，先采用液壓抓斗將槽段處覆蓋層(包含淤泥、沙礫、部分全風化巖層)抓離槽段成槽，待抓斗無法繼續(xù)進尺后采用雙輪銑槽機對巖層進行銑槽施工，直至達到設計槽底標高。鋼筋先預制成型再整體吊裝，然后澆筑水下混凝土。銑槽時需時刻注意，保證槽內泥漿不低于鋼導墻外側水位，成槽施工工藝流程如圖11所示。

圖11 地連墻成槽施工工藝[13]

地連墻鋼筋籠超長超重，需在胎架上分兩節(jié)整體預制，每節(jié)長23～27m，Ⅰ期槽重約32～38t，Ⅱ期槽重約15～18t，用浮吊轉移和下放，下放過程中對接，下放完成立即分節(jié)安裝導管及灌筑斗。

2.4.5 地連墻澆筑

地連墻水下砼采用高臺儲料灌注，I期槽采用三套導管同時澆筑，II期槽用一套導管澆筑。

為了防止泥漿外漏，在I期槽兩端設置泥漿擋板，在擋板外側填砂，同時，為了保證II期槽開孔位置準確，導向穩(wěn)定，在泥漿擋板內側設置接頭板，即在I期槽澆筑砼前，在孔口接頭位置下設長10m的接頭板，砼初凝后再將泥漿擋板和接頭板拔出，預留出II期槽孔的準確位置，起到良好的導向作用。

3 工程監(jiān)測

3.1 DCM樁

(1)認真填寫每班組水泥記錄及相應報表。

(2)施工過程中隨時檢查施工記錄，并參照規(guī)定的施工工藝對每組樁和檢驗批進行質量評定，檢查重點是：水泥用量、樁長、制樁過程中有否斷樁現(xiàn)象、攪拌提升時間。

(3)水泥攪拌樁三根試樁成樁后按相關質量標準要求應進行鉆芯取樣檢測，檢測28d無側限抗壓強度及滲透系數(shù)。

(4)攪拌樁施工應有自動記錄樁身長度、單位樁長水泥用量并能監(jiān)測水泥是否到達噴漿孔底的自動記量裝置。試樁過程中應對該自動裝置進行校核，正式施工過程中應不定期檢查。

3.2 鋼導墻

(1)鋼導墻的定位由測量人員在岸上設置GPS定位系統(tǒng)完成，標高由全站儀控制。

(2)鋼導墻須定位及調整好垂直度后才可開始打入下沉。

(3)貫入過程中，通過不同地質層時要對樁的垂直度進行復測，避免出現(xiàn)斜樁。

(4)打樁過程中應根據(jù)不同地質層的貫入度控制錘的力度，防止將鋼管頂部打卷。

(5)鋼管打至接近設計標高時要注意控制錘的力度防止超打，當鋼導墻頂面高出設計標高5cm內時可視為標高達到要求，可停錘。

4 結語

以某跨海大橋錨碇基礎工程為背景，基于施工方案布置、安全分析、施工工藝和工程監(jiān)測，提出了輔助鋼平臺+鋼導墻新型施工方案。經(jīng)分析，該方案與常規(guī)的筑島回填、島內開挖的方法相比，可縮短工期、降低工程投資，可為類似工程的施工設計提供參考。