李二偉 趙少?gòu)?qiáng)

(中鐵七局集團(tuán)有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 河南鄭州 450016)

1 引言

近年來，隨著高速鐵路建設(shè)的迅速發(fā)展，跨河橋梁工程的修建越來越多。復(fù)雜地質(zhì)與水文導(dǎo)致深水基礎(chǔ)施工安全風(fēng)險(xiǎn)越高、施工難度越大，特別是在建工程位于水電站蓄水回流區(qū)域內(nèi)所導(dǎo)致的河床凸凹不平、覆蓋層薄、水位變幅快等不利施工環(huán)境。

敦化至白河鐵路五道白河特大橋T構(gòu)連續(xù)梁30＃主墩臨近北岸山體的主河槽中，距離下游兩江水電站約16 km，位于回水范圍內(nèi)。該流域冬季蓄水發(fā)電，水深約12.5 m；夏季泄洪排水，水深約5.8 m，水位變幅最大6.7 m。存在河道不通航、水中粗圓礫土層堅(jiān)硬、結(jié)冰期長(zhǎng)且冰層厚、年有效施工期短等特點(diǎn)，為深水基礎(chǔ)施工帶來了較大難題。

深水基礎(chǔ)施工常采用鎖口鋼管樁[1-2]、雙壁鋼圍堰[3-4]等施工技術(shù)。但針對(duì)下游大壩放水檢修期20 d、水深約1.8 m的短暫低水位有利時(shí)機(jī)，采用上述方案都存在投入多、工期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

本文利用堆土筑壩改移河道，進(jìn)而抽排明挖基坑＋安裝鋼板樁圍堰的新工藝，合理利用短暫低水位期，達(dá)到圍堰與鋼護(hù)筒同步快速施工、降低施工難度、節(jié)約工期與成本的目的。

2 工程概況

2.1 工程簡(jiǎn)介

30＃主墩基礎(chǔ)采用鉆孔樁＋承臺(tái)結(jié)構(gòu)形式。鉆孔樁采用20根φ1.8 m灌注樁；承臺(tái)為矩形，承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為21.4 m×15.6 m×5.0 m。承臺(tái)底標(biāo)高527.717 m，承臺(tái)頂標(biāo)高532.717 m，河床面標(biāo)高為532.250 m。

圖1 3-(80＋80)m雙線T構(gòu)連續(xù)梁布置圖(單位:m)

2.2 工程地質(zhì)和水文氣象條件

如圖2所示，30＃主墩位置處上覆地層為中砂，灰褐色，稍密，含少量泥土；粗圓礫土，灰褐色，中密，飽和，成分主要為砂巖。下伏或出露侏羅系上統(tǒng)長(zhǎng)財(cái)組(J3c)砂巖，其中全風(fēng)化砂巖為褐灰色，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本已破壞，呈砂土狀，手掰易碎；強(qiáng)風(fēng)化砂巖為褐灰色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物成分由石英、長(zhǎng)石等組成，錘擊聲悶，易碎；弱風(fēng)化砂巖為灰褐色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物成分由石英、長(zhǎng)石等組成，錘擊聲脆，不易碎。

五道白河漲水季節(jié)為每年的10月至次年6月，水面寬度約為324 m，水位標(biāo)高在541.000～544.7 m左右；枯水季節(jié)為每年的7月至9月，水面寬度約為120 m，經(jīng)過汛期泄水后的水位標(biāo)高在538.000～540.000 m左右。

橋址區(qū)年平均氣溫4.3℃，極端最低氣溫-37.1℃，最冷月平均氣溫-15.2℃，最熱月平均氣溫20.8℃，最大積雪深度40 cm，平均風(fēng)速2.2 m/s，最大結(jié)冰層厚度1 m，結(jié)冰期為每年11月份至次年3月份。

圖2 30＃主墩地質(zhì)剖面圖(單位:m)

3 圍堰施工方案研究

3.1 工期因素

敦化至白河鐵路工程總工期48個(gè)月，有效施工工期28個(gè)月。即每年可施工作業(yè)的時(shí)間為4月至10月，1月至3月及11月至12月為冬休期，不能進(jìn)行主體工程施工。由于施工標(biāo)段位于長(zhǎng)白山自然保護(hù)區(qū)境內(nèi)，其林木茂盛，無(wú)進(jìn)場(chǎng)道路，導(dǎo)致地質(zhì)勘探或補(bǔ)勘工作滯后，影響了設(shè)計(jì)圖紙的按期交付。五道白河特大橋?yàn)槿€控制性工程，在施工工期特別緊張的情況下，需優(yōu)先進(jìn)行主墩基礎(chǔ)施工，而30＃主墩臨近河岸側(cè)，相比河中26＃與28＃主墩，更易于開展作業(yè)面。

3.2 水文因素

2017年9月下旬進(jìn)場(chǎng)道路拉通后，恰逢下游兩江水利樞紐大壩壩體檢修，檢修期為20 d，檢修時(shí)對(duì)河道進(jìn)行泄水處理，泄水后橋址區(qū)水位高程不大于534.000 m。待檢修結(jié)束后的一個(gè)月內(nèi)水位會(huì)逐漸升高至544.7 m左右，兩江水利發(fā)電站進(jìn)入冬季發(fā)電時(shí)期。這段檢修期為30＃主墩基礎(chǔ)快速施工提供了有利條件。

3.3 地質(zhì)因素

30＃主墩位置處河床面覆蓋層較薄，下伏硬度較大的粗圓礫土與砂巖，且承臺(tái)埋置于粗圓礫土層中，這為鉆孔樁鋼護(hù)筒的插打、圍堰施工及清基帶來了極大困難。但可采取低水位期填土筑島[5]、改移河道的方式，將水中施工變?yōu)殛懮鲜┕?，進(jìn)而利用放坡開挖，解決鋼護(hù)筒插打、圍堰定位、清理基巖的技術(shù)難題。

6）加強(qiáng)庫(kù)內(nèi)通風(fēng)換氣。經(jīng)常檢查，一旦發(fā)現(xiàn)虎皮病有發(fā)生苗頭，立即組織出庫(kù)銷售，杜絕病害蔓延，避免整庫(kù)果實(shí)染病，造成重大損失。

3.4 方案比選

綜合工期、水文、地質(zhì)等情況，對(duì)30＃主墩圍堰總體施工方案及圍堰類型進(jìn)行了比選。圍堰總體施工方案比選見表1[6]，圍堰類型比選見表2[7-8]。

通過以上綜合分析可知，先堰后樁法更能充分利用檢修期的有利時(shí)機(jī)，為圍堰快速施工提供條件，達(dá)到降低施工難度，進(jìn)而有效縮短工期、降低成本的目標(biāo)。

由表2可知，在改移河道、抽水開挖基坑前提下，鋼板樁圍堰更具有優(yōu)越性。

表1 圍堰總體施工方案比選

表2 _圍堰類型比選

3.5 施工方案

在30＃主墩范圍外填土筑壩用于改移河道，然后基坑放坡明挖至封底混凝土底面[9]，在鋼板樁圍堰位置搭設(shè)定位支撐架，圍堰內(nèi)部安裝鋼護(hù)筒定位架，之后安裝鋼護(hù)筒及鋼板樁，待圍堰閉合后，干封澆筑封底混凝土，使底部鋼板樁與鋼護(hù)筒固結(jié)于封底混凝土中；再后拆除圍堰定位支撐架及鋼護(hù)筒定位架，接高鋼護(hù)筒、安裝剩余內(nèi)支撐，完成圍堰全部施工；最后利用鋼護(hù)筒搭設(shè)鉆孔平臺(tái)[10]，進(jìn)行鉆孔樁作業(yè)，待鉆孔樁施工完成后，抽水施工承臺(tái)及墩身出水。堆土筑壩平面見圖3，鋼板樁圍堰布置如圖4所示。

圖3 30＃主墩堆土筑壩平面布置(單位:m)

4 圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 基坑筑壩開挖

從北岸山體側(cè)開始沿30＃墩承臺(tái)臨水三面填筑隔水壩，改移河道走向，水壩寬度不小于6 m，壩頂面標(biāo)高不小于535.000 m。采用3臺(tái)挖掘機(jī)配合破碎錘同時(shí)放坡開挖基底至承臺(tái)底以下2 m處，進(jìn)入砂巖頂面位置。開挖過程中在臨水側(cè)設(shè)置3套抽水泵進(jìn)行抽水，開挖至基底后設(shè)置排水溝，并在四角設(shè)集水井，繼續(xù)抽排基坑內(nèi)積水。

圖4 30＃主墩鋼板樁圍堰總布置圖

4.2 條基施工

在鋼板樁底口位置處用高壓水槍將基底洗凈，支模澆筑0.8 m高度條形基礎(chǔ)，一是便于鋼板樁安裝時(shí)底口平齊，保證垂直度；二是用于埋設(shè)鋼板樁定位支撐架預(yù)埋件，便于鋼板樁的定位安裝及提高施工過程中的整體穩(wěn)定性。預(yù)埋件在圍堰內(nèi)外側(cè)各設(shè)置16件，如圖5所示。

圖5 鋼板樁定位支撐架預(yù)埋件平面布置(單位:mm)

4.3 支撐架安裝

4.3.1 鋼板樁定位支撐架安裝

鋼板樁定位支撐架由導(dǎo)向立柱、斜撐桿、環(huán)向限位框梁及圍堰第二層內(nèi)支撐組成[11]。導(dǎo)向立柱栓接在內(nèi)外側(cè)的條基基礎(chǔ)預(yù)埋件上，采用長(zhǎng)度為7.5 m的φ325×8 mm鋼管，每根鋼管側(cè)面焊接25b斜撐桿。在外導(dǎo)向立柱的內(nèi)側(cè)壁頂?shù)卓谖恢锰幐骱附右坏拉h(huán)向限位框梁，在內(nèi)導(dǎo)向立柱的外側(cè)壁底口位置焊接一道環(huán)向限位框梁，頂口頂面安放圍堰第二層內(nèi)支撐圈梁及斜對(duì)撐鋼管，如圖6所示。

4.3.2 鋼護(hù)筒定位架安裝

由于開挖后的砂巖頂面不平整，為方便鋼護(hù)筒安裝及定位準(zhǔn)確，在鋼護(hù)筒位置處用砂漿找平，并安裝利用槽鋼焊接的井字形骨架，如圖7所示。

4.4 鋼板樁及鋼護(hù)筒吊裝

鋼板樁吊裝采用1臺(tái)80T履帶吊沿順時(shí)針方向進(jìn)行。首先吊裝第一根角樁，調(diào)整角樁位置及垂直度，滿足要求后與圍堰第二層內(nèi)支撐圈梁焊接牢固。開始吊裝第二根鋼板樁，調(diào)整位置后與上一根鋼板樁咬合緊密，依此類推完成鋼板樁拼裝合龍。

圖6 鋼板樁定位支撐架安裝現(xiàn)場(chǎng)

圖7 鋼護(hù)筒定位架安裝

在鋼板樁吊裝的同時(shí)，利用另外1臺(tái)80T履帶吊吊裝鋼護(hù)筒。護(hù)筒高度22 m，分2節(jié)吊裝，每節(jié)11 m。第一根護(hù)筒位置、垂直度檢查合格后，與圍堰第二層內(nèi)支撐的斜對(duì)撐鋼管進(jìn)行臨時(shí)連接，繼續(xù)吊裝第二根鋼護(hù)筒，依此類推安裝完成20根鋼護(hù)筒安裝，如圖8所示。

圖8 鋼板樁與鋼護(hù)筒安裝

4.5 干封封底混凝土

鋼板樁及第一節(jié)鋼護(hù)筒安裝完成后，拆除鋼板樁定位支撐架的導(dǎo)向立柱、斜撐桿、環(huán)向限位框梁，以及鋼護(hù)筒定位架，采用高壓水槍清洗基坑底，待基坑內(nèi)雜物清理干凈時(shí)，利用2臺(tái)汽車泵澆筑封底混凝土，歷時(shí)18 d，完成了鋼板樁圍堰第一階段的拼裝施工。

4.6 鋼護(hù)筒接高及圍堰第一層內(nèi)支撐安裝

在鋼板樁圍堰施工時(shí)北岸側(cè)棧橋也同期開展，當(dāng)大壩檢修期結(jié)束、水位開始上漲時(shí)，利用棧橋站位履帶吊繼續(xù)進(jìn)行第二節(jié)鋼護(hù)筒的接高及鋼護(hù)筒間聯(lián)結(jié)系焊接工作。鋼護(hù)筒接高完成后，繼續(xù)施工圍堰第一層內(nèi)支撐，待第一層內(nèi)支撐施工完成后，圍堰內(nèi)回灌水，保持內(nèi)外水平衡。至此完成了鋼板樁圍堰的全部安裝施工。

4.7 鉆孔樁平臺(tái)搭設(shè)

待11月河面結(jié)冰后，利用冰面焊接鋼護(hù)筒牛腿。為保證焊接質(zhì)量，在焊接部位設(shè)置暖棚進(jìn)行保暖，之后安裝分配梁，搭設(shè)貝雷片，鋪裝鋼橋面板，形成鉆孔樁作業(yè)平臺(tái)。

4.8 承臺(tái)及墩身出水施工

2018年4月至7月完成了鉆孔樁施工，此時(shí)圍堰外水位不超過540.000 m，圍堰設(shè)防水位541.000 m。拆除鉆孔樁平臺(tái)后，圍堰內(nèi)抽水至封底混凝土頂面，割掉鋼護(hù)筒，鑿除樁頭，支模綁扎承臺(tái)及破冰棱鋼筋，進(jìn)行承臺(tái)混凝土澆筑。承臺(tái)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，拆除模板，回填承臺(tái)與圍堰內(nèi)壁孔隙，并澆筑混凝土圈梁與承臺(tái)頂面平齊，然后拆除圍堰第二層內(nèi)支撐中的對(duì)撐，支模綁扎墩身鋼筋[12]，澆筑墩身混凝土，待強(qiáng)度滿足要求后，翻模并回灌水，拆除圍堰第一層內(nèi)支撐中的對(duì)撐，繼續(xù)施工墩身直至出水。墩身施工見圖9。

圖9 墩身施工

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)五道白河特大橋30＃主墩圍堰施工技術(shù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論:(1)圍堰施工方案及類型應(yīng)結(jié)合地質(zhì)、水文、氣象、工期等因素認(rèn)真細(xì)致比選，既能正確指導(dǎo)施工又能降低施工難度；(2)合理利用低水位期，結(jié)合堆土筑壩改移河道，采用抽排明挖基坑＋鋼板樁圍堰拼裝方式施工圍堰，解決了鋼板樁與鋼護(hù)筒堅(jiān)硬地層插打不到位難題，又提高了施工精度，實(shí)現(xiàn)了快速施工的目的；(3)采取先裝底層圈梁與內(nèi)支撐，后施作鋼板樁，一方面提高了鋼板樁受力性能，能適應(yīng)更高水頭差，相比鎖口鋼管樁或鋼套箱，節(jié)約成本，另一方面作為鋼板樁安裝的限位裝置，節(jié)省了臨時(shí)支撐設(shè)施的投入；(4)圍堰與鋼護(hù)筒同期施工，且利用河道結(jié)冰面進(jìn)行鉆孔樁平臺(tái)搭設(shè)，有效節(jié)約了工期。