唐 誠(chéng)

(中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司 廣東珠海 519070)

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展和“一帶一路”偉大戰(zhàn)略的不斷實(shí)施，工程建設(shè)領(lǐng)域的深水基礎(chǔ)工程數(shù)量越來(lái)越多。淺細(xì)砂覆蓋層、較厚卵石層、傾斜河床面等山區(qū)性河流地形地貌特點(diǎn)的深水基礎(chǔ)施工，主要關(guān)鍵技術(shù)包括水上作業(yè)平臺(tái)、大直徑樁基、承臺(tái)防水圍堰、承臺(tái)大體積混凝土防裂等。其施工方法應(yīng)結(jié)合橋梁基礎(chǔ)形式[1]，橋址江河水域情況，墩位離岸遠(yuǎn)近，墩位河床地形、覆蓋層厚度和地質(zhì)狀況，水深及水位變幅、流速和流態(tài)，施工期通航要求等選擇確定。

2 工程概況

重慶潼南區(qū)東升大橋建設(shè)項(xiàng)目主橋采用(59＋258＋59)m的中承式系桿拱橋橫跨涪江，由兩主墩(P2＃、P3＃)的斜腿“Y”型剛構(gòu)框架體系及中間系桿拱三部分組成。主墩基礎(chǔ)由截面尺寸為橫橋向×縱橋向×高＝37 m×19.5 m×5 m、混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35的八邊形結(jié)構(gòu)承臺(tái)，下接22根樁徑為2.5 m、樁長(zhǎng)34 m、混凝土強(qiáng)度等級(jí)水下C35、梅花形布置的嵌巖(基底持力層承載力5.8 MPa)鉆孔樁組成。樁基及承臺(tái)平面、立面布置如圖1所示。

圖1 樁基及承臺(tái)布置示意(單位:mm)

P3＃主墩距涪江河岸約50 m，承臺(tái)頂標(biāo)高位于常水位下約1 m，底標(biāo)高靠岸側(cè)嵌入卵石層下約1.3～1.8 m、靠江側(cè)高出河床面約0.5～1 m；墩位地層巖性分布為:少量沖積細(xì)砂層(厚約0.5～1.5 m)、較厚卵石土(粒徑5～15 cm、厚約2～6 m)，下伏強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中等風(fēng)化泥巖、中等風(fēng)化砂巖；橋址處常水位為＋236.5 m(下游航電樞紐蓄水位)，近3年汛期(5～10月)最高水位達(dá)244 m(超常水位7.5 m、2020年8月)，實(shí)測(cè)岸端至墩位常水位下水深約9～11.5 m，汛期泄洪最大流速4 m/s。

結(jié)合P3＃主墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、橋位的水文地質(zhì)特點(diǎn)等，選取先搭設(shè)鉆孔平臺(tái)，安裝鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工，待樁基施工完成后再拆除平臺(tái)，安裝并下沉圍堰，即“先平臺(tái)后圍堰”方案[2]。

3 水上作業(yè)平臺(tái)施工

3.1 設(shè)計(jì)思路

橋位河流為內(nèi)河Ⅴ級(jí)航道，大型水上施工設(shè)備無(wú)法進(jìn)場(chǎng)使用，從岸側(cè)至墩位搭建鋼棧橋[3]為水上橋梁基礎(chǔ)、下部結(jié)構(gòu)、主橋上部結(jié)構(gòu)施工臨時(shí)通道，修建鋼平臺(tái)[4]為主橋樁基礎(chǔ)鉆孔平臺(tái)。

目前水中橋梁廣泛使用的鋼棧橋、鋼平臺(tái)常采用鋼管樁基礎(chǔ)，主要設(shè)計(jì)理念一般以縱梁底標(biāo)高高于最高水位以上，主承重梁多采用貝雷梁或軍用梁結(jié)構(gòu)形式，部件間的連接主要為卡扣或U型扣連接。涪江上下游建有多座水電站，橋址處常水位由下游約1 km的航電樞紐蓄水位控制，汛期水位具有“增長(zhǎng)快、回落快”的顯著特點(diǎn)。為降低棧橋及鉆孔鋼平臺(tái)頂面標(biāo)高、減少鋼管樁長(zhǎng)度，以漫水[5]結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)過(guò)水水上作業(yè)平臺(tái)。

3.2 結(jié)構(gòu)形式

綜合近年涪江下游水位變化情況、墩位地質(zhì)鉆勘資料、棧橋搭設(shè)距離、通行的機(jī)械設(shè)備以及擬選用的鉆孔設(shè)備(含鉆桿、鉆具等整機(jī)重按150 t考慮的XR400E型旋挖鉆機(jī))等，進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析與平面布置，并以“常水位＋鋼管樁連接系操作空間高度＋結(jié)構(gòu)高度”確定棧橋及鉆孔鋼平臺(tái)頂面高度；為降低汛期泄洪阻力及頂面高度，主縱梁采用型鋼材料。

棧橋及鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)采用有限元軟件ANSYS建立有限元模型，按施工過(guò)程相關(guān)工況，充分考慮各機(jī)械荷載對(duì)不同構(gòu)件的最不利位置(機(jī)械荷載同時(shí)以不同的擺放姿態(tài)施加在模型的各不利位置)，做到結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果包絡(luò)住機(jī)械荷載在結(jié)構(gòu)中對(duì)不同構(gòu)件所產(chǎn)生的所有最大內(nèi)力，并充分考慮汛期水流沖擊影響。計(jì)算過(guò)程此不贅述。

棧橋及鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式為:基礎(chǔ)采用φ630×10 mm鋼管樁，樁間采用 28c槽鋼與鋼管樁焊接連接作為平聯(lián)與斜撐；鋼管樁頂切成凹槽，上面焊接16 mm鋼板，在鋼板上焊接雙拼 45c工字鋼作為支承 56c工字鋼主縱梁的橫向承重梁；主縱梁上等間距布設(shè)25b工字鋼橫向分配梁，其上鋪設(shè)δ10 mm厚花紋鋼板組成橋面系；橋面系兩側(cè)焊接φ48×3.5 mm鋼管欄桿。56c工字鋼縱梁與其下雙拼 45c工字鋼橫梁及其上 25b工字鋼橫向分配梁焊接連接，以限制 56c工字鋼橫向位移及保證 25b工字鋼分配梁縱橫向不產(chǎn)生相對(duì)位移。棧橋及鋼平臺(tái)橫斷面、縱斷面布置如圖2、圖3所示。

圖2 棧橋橫斷面、縱斷面布置示意(單位:mm)

圖3 鉆孔平臺(tái)橫斷面、縱斷面布置示意(單位:mm)

3.3 施工要點(diǎn)

(1)采用常規(guī)“釣魚法”施工工藝進(jìn)行作業(yè)平臺(tái)的搭設(shè)施工。采用90 t履帶吊吊裝打樁錘從岸側(cè)橋臺(tái)沿順橋向依次向前施打鋼管樁(采用工字鋼制作導(dǎo)向架進(jìn)行定位)，隨鋼管樁的逐步施打，依次架設(shè)聯(lián)系撐、樁頂大橫梁、主縱梁、分配梁、鋼面板及防護(hù)欄桿。

(2)由于河床細(xì)砂層較淺、卵石層深淺不一，作業(yè)平臺(tái)安全度汛尤為重要，為此:

①經(jīng)結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性計(jì)算分析，必須確保鋼管樁入土深度(含細(xì)砂層、卵石層)不低于5 m且嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖層，并以貫入度進(jìn)行控制，終錘貫入度取最后3陣，每陣10擊，平均貫入度不大于5 mm/擊方可停止施打；并嚴(yán)格控制樁頂平面偏差不超過(guò)100 mm。如遇插打深度不足時(shí)，采取沖擊鉆沖孔輔助下沉到位的措施。

②為確保鋼管樁順利插打入卵石層、強(qiáng)風(fēng)化巖層且樁頂、底口不卷曲，頂、底口設(shè)置加強(qiáng)箍，底口增設(shè)錳鋼刃角。

③為增加度汛抗沖擊防傾能力，墩位橫橋向上游側(cè)棧橋加寬，既便于施工設(shè)備的相互避讓又與主棧橋連接在一起；前期鉆孔樁施工期間墩位棧橋、鉆孔平臺(tái)與鋼護(hù)筒焊接在一起，后期上游迎水面棧橋與墩身連接在一起。

4 大直徑樁基施工

4.1 鉆孔設(shè)備選擇與配置

綜合對(duì)比沖擊鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)在不同地層鉆進(jìn)時(shí)間、設(shè)備場(chǎng)地布置、施鉆數(shù)量、泥漿及鉆渣清理等，根據(jù)地質(zhì)鉆勘及基底持力層承載力要求、鉆孔深度，旋挖鉆機(jī)配合加長(zhǎng)鋼護(hù)筒能適應(yīng)本橋大直徑樁基[6]施工。

(1)配置1臺(tái)XR400E型旋挖鉆機(jī)鉆孔，1臺(tái)75 t履帶吊吊DZJ-120型振動(dòng)錘插打鋼護(hù)筒，1臺(tái)25 t汽車吊輔助下放鋼筋籠，1臺(tái)挖掘機(jī)、1臺(tái)自卸車轉(zhuǎn)運(yùn)鉆渣，一套泥漿制備、循環(huán)系統(tǒng)。

(2)厚度10 mm鋼板焊制的渣箱一個(gè)；厚度25 mm(徑厚比不大于120)、單節(jié)長(zhǎng)度最長(zhǎng)6 m的Q235低合金熱軋鋼板卷制拼焊成直徑2.8 m的鋼護(hù)筒若干節(jié)；槽鋼 32 mm焊制高3 m的一個(gè)限位架；φ32.5×8 mm、長(zhǎng)度0.5～3 m的導(dǎo)管若干節(jié)。

4.2 施工要點(diǎn)

(1)由于卵石層松散，為防止鉆進(jìn)與混凝土灌注過(guò)程塌孔、掉渣等現(xiàn)象出現(xiàn)，鋼護(hù)筒需接長(zhǎng)、跟進(jìn)插打入強(qiáng)風(fēng)化巖層，筒頂、底口設(shè)置加強(qiáng)箍避免插打時(shí)卷曲，嚴(yán)格控制鋼護(hù)筒垂直度偏差≤1%及中心線與設(shè)計(jì)樁位中心線偏差≤50 mm；鋼護(hù)筒接長(zhǎng)時(shí)接頭焊縫飽滿，并等間距加焊豎向拼接綴板，以保證接頭不開裂、不漏水。

(2)鉆進(jìn)過(guò)程，制備的泥漿性能需與地層相適應(yīng)。廢棄泥漿晾曬后掩埋處理，不得直排入河流污染環(huán)境。

(4)用帶活門的筒形專用清孔鉆頭清孔，控制孔底沉渣不超過(guò)5 cm，嚴(yán)禁超鉆代替清孔。

(5)采用扁擔(dān)起吊法、兩段起吊鋼筋籠，直螺紋套筒連接主筋，縮短鋼筋籠下放接長(zhǎng)時(shí)間；鋼筋籠下放到位予以固定，避免灌注混凝土?xí)r上?。蝗绯猎^(guò)要求，利用空氣吸泥機(jī)二次清孔。

(6)加強(qiáng)混凝土原材料控制；結(jié)合混凝土攪拌時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸設(shè)備數(shù)量、單根樁灌注量等，加緩凝減水劑使混凝土初凝時(shí)間滿足要求；采用豎向?qū)Ч芊?導(dǎo)管使用前做水密試驗(yàn)確保密封良好)、連續(xù)灌注水下混凝土。

5 承臺(tái)施工

5.1 圍堰方案選擇

深水淺細(xì)砂層、厚卵石層、傾斜河床面，承臺(tái)采用雙壁鋼圍堰、鎖扣鋼管樁圍堰、鋼板樁圍堰等圍堰[7-11]方案成功的案例較多。

綜合分析各種圍堰結(jié)構(gòu)的適宜性(見(jiàn)表1)、施工時(shí)期，在“一種水下無(wú)封底混凝土鋼混組合吊箱圍堰結(jié)構(gòu)”[12]的思路下，設(shè)計(jì)了雙壁鋼混組合吊箱漫水圍堰作為承臺(tái)防水圍堰結(jié)構(gòu)。

表1 圍堰結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

5.2 圍堰結(jié)構(gòu)

雙壁鋼混組合吊箱圍堰結(jié)構(gòu)主要由強(qiáng)度等級(jí)C50、厚30 cm的混凝土預(yù)制塊件與濕接縫組成的格構(gòu)式底板，拉森Ⅳ型鋼板樁壁板與厚12 mm的內(nèi)層(兼作承臺(tái)模板)、外層鋼板組焊形成的壁體塊件，直徑φ108×8 mm的鋼管和 14工字鋼組成的壁體塊件“CIC”型鋼鎖扣連接件，壁體與底板連接φ32 mm精軋螺紋鋼，壁體內(nèi)兩道三拼 36b型鋼環(huán)外支撐圍檁、φ630×16 mm鋼管支撐等組成。圍堰如圖4所示。

圖4 雙壁鋼混組合吊箱圍堰示意(單位:mm)

圍堰結(jié)構(gòu)采用有限元軟件建立模型，分整體下放、體系轉(zhuǎn)換、內(nèi)支撐拆除等工況進(jìn)行圍堰結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，計(jì)算過(guò)程此不贅述。

5.3 圍堰施工要點(diǎn)

(1)圍堰總體施工工藝流程:混凝土底板塊件預(yù)制、樁基檢測(cè)、鉆孔平臺(tái)拆除→長(zhǎng)臂挖機(jī)清理整平河床至預(yù)制底板標(biāo)高下30～50 cm→鋼護(hù)筒開槽安裝擱置牛腿→對(duì)稱安裝底板預(yù)制件并調(diào)整定位→安裝底模、綁扎鋼筋、澆筑底板塊件濕接縫→對(duì)稱安裝圍堰壁體塊件并調(diào)整定位、插入鎖扣型鋼，鎖扣空腔內(nèi)填充黏土棉絮和鋸末的混合物并搗實(shí)→安裝壁體與底板間精軋螺紋鋼吊桿及止推塊限位板，壁體與底板形成整體，壁體與底板接觸面澆筑50 mm厚封堵砂漿→圍檁與鋼管支撐安裝、定位→安裝φ219×16 mm圓鋼管拉壓桿(一端與底板鉸接，另一端在圍堰下沉到位后與鋼護(hù)筒焊接)→鋼護(hù)筒上安裝、調(diào)試圍堰下放系統(tǒng)(挑梁、扁擔(dān)梁、拉壓桿、下放千斤頂及鋼絞線組成)→圍堰下放到位(先提升圍堰10 cm并拆除擱置牛腿，而后千斤頂連續(xù)作用、同步下放)→焊接拉壓桿，底板與鋼護(hù)筒間封堵混凝土澆筑→圍堰內(nèi)抽水→焊接剪力板、拆除拉壓桿→鋼護(hù)筒割除、樁頭鑿除，綁扎鋼筋、澆筑承臺(tái)混凝土。

這是典型的民營(yíng)企業(yè)“離場(chǎng)論”，與此類似的還有公私“合營(yíng)論”、黨建工會(huì)“控制論”等觀點(diǎn)在網(wǎng)上流行。可以說(shuō)，從下到上，都不同意這類觀點(diǎn)。加之中美貿(mào)易戰(zhàn)的影響，民營(yíng)經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)了一些不安定的現(xiàn)象。

(2)預(yù)制底板結(jié)合承臺(tái)截面尺寸分塊分類制作，每塊底板需根據(jù)每根樁鋼護(hù)筒的位置、垂直度精確放樣，內(nèi)開孔以鋼護(hù)筒在底板垂直投影放大20 cm，安裝時(shí)嚴(yán)格控制內(nèi)開孔與鋼護(hù)筒間的間歇，避免底板下放過(guò)程中抵觸鋼護(hù)筒造成圍堰下放不到位；預(yù)制時(shí)確保底板表面平整度。

(3)壁體鋼板樁拼接注意鎖口內(nèi)灌注黃油并輔以麻絮嵌縫，內(nèi)、外鋼板焊接在壁板上組成雙壁；單塊壁板底、頂焊接 40 mm槽鋼；塊件兩端接合面焊接“CIC”型鎖扣連接件；頂、底及鎖扣連接處及內(nèi)外壁鋼板焊接質(zhì)量決定著防滲止水效果。

(4)鋼護(hù)筒橫橋向開槽口安裝雙拼 56a工字鋼擱置牛腿，注意確保擱置牛腿標(biāo)高在同一水平面且高出常水位50 cm左右(便于擱置牛腿拆除)。

(5)壁體安裝時(shí)注意在預(yù)制底板環(huán)向主梁上分別設(shè)置20 mm厚的砂漿找平層及20 mm厚的橡膠墊層；壁體對(duì)稱安裝避免底板一側(cè)產(chǎn)生過(guò)大偏載；單塊壁體吊裝到位后采用型鋼支撐避免側(cè)翻；壁體與底板間精軋螺紋鋼吊桿是鋼吊箱受力與下放時(shí)的主要功能構(gòu)件，必須確保質(zhì)量。

(6)采用12臺(tái)TS200-250型千斤頂同步下放圍堰；下放過(guò)程通過(guò)控制油壓表的度數(shù)及在鋼絞線上刻畫的標(biāo)線來(lái)控制下放的同步性。

5.4 大體積承臺(tái)施工

(1)總體施工工藝流程:樁身超聲波透射法檢測(cè)→切割鋼護(hù)筒至樁頂標(biāo)高→樁頭鑿除→承臺(tái)鋼筋安裝(φ10 mm底層鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)→底面鋼筋→架立鋼筋→側(cè)面鋼筋→頂面鋼筋→塔座及墩柱豎向鋼筋預(yù)埋)→冷卻水管安裝→第一層承臺(tái)混凝土(2 m高)澆筑(見(jiàn)圖5)及養(yǎng)生→拆除圍堰第一層內(nèi)支撐及圍檁→第二層(3 m高)承臺(tái)混凝土澆筑及養(yǎng)生→拆除圍堰第二層內(nèi)支撐及圍檁→塔座鋼筋安裝(下橫梁支架預(yù)埋件及預(yù)壓反拉精軋螺紋鋼埋設(shè))→塔座混凝土澆筑及養(yǎng)生→拆除圍堰。

圖5 承臺(tái)大體積混凝土澆筑

(2)本橋承臺(tái)截面尺寸大，大體積混凝土澆筑過(guò)程中，由于水泥等膠凝材料的水化放熱，會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度迅速上升，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度較高。此外，由于混凝土內(nèi)部與表面溫差大，容易產(chǎn)生過(guò)大的溫度應(yīng)力，從而引起混凝土結(jié)構(gòu)開裂[13]。根據(jù)澆筑施工時(shí)期，采取預(yù)埋冷卻管、減少水泥用量、降低骨料入倉(cāng)溫度、加適量外加劑和精心養(yǎng)生等有效措施減小水化熱的影響；并在承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋溫度計(jì)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)承臺(tái)內(nèi)混凝土溫度，便于調(diào)節(jié)冷卻管的通水流量和通水時(shí)間等，保證承臺(tái)大體積混凝土的施工質(zhì)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

東升大橋P3＃主墩基礎(chǔ)選取“先平臺(tái)后圍堰”方案，經(jīng)技術(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了施工安全可控、質(zhì)量可靠、有效提高施工工效、節(jié)約成本的目的。

(1)棧橋及鉆孔平臺(tái)采用“漫水”結(jié)構(gòu)形式，并與鋼護(hù)筒及后續(xù)墩身連在一起，截止目前，2年內(nèi)已安全度汛5次(其中2020年8月16日洪水漫過(guò)平臺(tái)高約4 m)，驗(yàn)證了方案設(shè)計(jì)的合理性。

(2)采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行大直徑樁基的施工，并采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)插打避免細(xì)砂及松散卵石在施鉆及灌注混凝土?xí)r塌孔、掉渣等引起樁基質(zhì)量缺陷，平均一根樁用時(shí)2 d，施工快捷且環(huán)保。

(3)經(jīng)對(duì)比研究，采用雙壁鋼混組合吊箱圍堰作為承臺(tái)防水圍堰結(jié)構(gòu)，利用30 cm厚的預(yù)制底板替代2 m厚的封底混凝土、鋼板樁與內(nèi)外層鋼板組拼作為圍堰壁體及模板結(jié)構(gòu)、千斤頂同步下放等工藝實(shí)施，有效降低圍堰高度、減輕材料用量及重量、減少施工難度、降低成本、縮短施工工期，設(shè)計(jì)與應(yīng)用取得了成功。

(4)經(jīng)采取有效措施，避免了承臺(tái)大體積混凝土開裂，保證了施工質(zhì)量。