作者簡介：梁瑋瑋（1991—），工程師，主要從事高速公路工程項目管理工作。

摘要：文章依托合山紅水河特大橋斜井樁基礎(chǔ)施工實例，介紹了擴大基礎(chǔ)及斜井樁基礎(chǔ)的設(shè)計形式、受力特點及施工工藝，對兩種結(jié)構(gòu)形式的工程效益進(jìn)行對比分析，并就后期斜井樁基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化、施工工藝等方面進(jìn)行了探討。研究表明，斜井樁作為一種新的橋梁基礎(chǔ)形式，在拱橋建設(shè)中具有獨特優(yōu)勢。其結(jié)構(gòu)受力方向與拱肋方向相符，合理簡單高效，能有效減少土石方開挖，在鋼材用量、混凝土用量、永臨征地等方面優(yōu)勢明顯，能夠產(chǎn)生較好的工程效益。

關(guān)鍵詞：拱橋；基礎(chǔ)；斜井樁；工程效益

0 引言

拱橋是人類發(fā)展史上較早應(yīng)用的一種橋型，其具有結(jié)構(gòu)跨度大、安裝方便、造型美觀等優(yōu)點，在現(xiàn)代社會建設(shè)中極為常見?，F(xiàn)代拱橋拱座基礎(chǔ)一般采用擴大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，本文以柳州經(jīng)合山至南寧高速公路合山紅水河特大橋建設(shè)為例，介紹了擴大基礎(chǔ)及斜井樁基礎(chǔ)的設(shè)計形式、受力特點及施工工藝，對兩種結(jié)構(gòu)形式工程效益對比分析，并就后期斜井樁基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化、施工工藝等方面進(jìn)行探討，可為今后同類型橋梁建設(shè)中基礎(chǔ)設(shè)計選型與施工提供借鑒參考。

1 案例背景

合山紅水河特大橋是新柳南高速公路合山連接線上跨越紅水河設(shè)置的一座特大橋，主橋為228 m中承式鋼管混凝土拱橋，凈跨徑210 m，矢跨比為1/4.0，拱軸系數(shù)m=1.45，拱肋橫向中心間距為17.8 m，拱肋采用變截面桁式結(jié)構(gòu)，拱頂截面高3.8 m，拱腳截面高6 m。吊桿順橋向的標(biāo)準(zhǔn)間距為8.0 m，橋面采用格構(gòu)式鋼-混組合結(jié)構(gòu)，總寬度為15 m。合山岸及溯社岸引橋均采用3×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁的結(jié)構(gòu)形式。如圖1所示。

2 建設(shè)條件

合山紅水河特大橋所在航段屬于橋鞏樞紐庫區(qū)，平時水流較為平緩，河床穩(wěn)定，水深較深。橋址區(qū)為紅水河階地地貌單元，階面殘丘發(fā)育，地形起伏較大，場地內(nèi)地層主要由第四系人工填筑層（Q）、第四系沖洪積層（Q）、第四系殘坡積層（Q）及二迭系上統(tǒng)合山組（P2h）組成。該橋溯社岸地勢較為平緩寬闊，種植玉米、紅薯、花生等農(nóng)作物，完整基巖覆蓋層較淺。合山岸橋址位于合山市里蘭鎮(zhèn)附近，周邊存在市政道路及大量民屋，該處覆蓋層屬碎石黏土層，厚度較大，承載力低，完整基巖埋置在較深位置，不利于抵抗推力的擴大基礎(chǔ)設(shè)置，因此該橋基礎(chǔ)設(shè)計方案為溯社岸采用擴大基礎(chǔ)，合山岸采用斜井樁+豎樁基礎(chǔ)。

3 設(shè)計情況

3.1 合山岸斜井樁+豎樁基礎(chǔ)（圖2）

合山岸為分離式拱座基礎(chǔ)，分為左、右2個，采用斜井樁+豎樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式。豎樁直徑3.5 m、樁長10 m，采用人工挖孔樁；斜井樁高6 m、寬6 m，隧洞的上半部分為半圓形，下半部分為矩形和弧形的組合形狀，斜井樁左側(cè)長30 m，右側(cè)長28 m，斜井樁開挖角度為與水平面成46.185°，采用C30混凝土澆筑。

3.2 溯社岸擴大基礎(chǔ)（圖3）

溯社岸采用擴大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，縱橋向?qū)挾葹?1 m，橫橋向?qū)挾葹?2.8 m，采用C30內(nèi)養(yǎng)生混凝土，設(shè)計基礎(chǔ)置于穩(wěn)定的、完整的中風(fēng)化基巖上。

4 拱座基礎(chǔ)受力特點分析

合山紅水河特大橋作為有推力鋼管混凝土拱橋，基礎(chǔ)需要承受由上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的豎向力和水平力，并將其傳入地基，如圖4所示。由于水平推力的作用，常規(guī)的樁基礎(chǔ)形式不適用于有推力拱橋，工程上一般采用明挖擴大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式。該項目溯社岸橋址處地質(zhì)條件好，完整基巖埋藏淺，采用擴大基礎(chǔ)方案合理可行。合山岸受地質(zhì)地貌的限制，如拱座基礎(chǔ)設(shè)計采用明挖擴大基礎(chǔ)，則需要進(jìn)行深開挖，基礎(chǔ)尺寸過大，影響到周邊的市政道路及民屋，且工程造價較高，因而創(chuàng)新地采用了斜井樁基礎(chǔ)的形式。

如圖5所示，合山岸拱座基礎(chǔ)采用的是大斷面斜井樁+普通豎樁的設(shè)計形式，通過斜井樁和豎樁共同形成受力體系承擔(dān)主拱產(chǎn)生的巨大豎向力和水平推力。斜井樁順著拱肋軸線切線方向進(jìn)行設(shè)置，能使其同時具有較好的水平及豎向承載力，傳力過程合理、簡單、高效。拱座下方布置豎樁，可分擔(dān)很大一部分豎向荷載，并有效約束拱座的豎向位移和轉(zhuǎn)動，使大部分拱肋彎矩被消止于拱座處，從而使斜井樁以受軸向力為主，更好地發(fā)揮其結(jié)構(gòu)受力性能^[1]。

5 拱座基礎(chǔ)施工工藝

5.1 斜井樁基礎(chǔ)

合山岸兩斜井樁之間距離為8.8 m，施工時采取同時開挖的方式進(jìn)行，開挖前運用物探+地質(zhì)鉆孔的方式進(jìn)行綜合超前地質(zhì)探測預(yù)報^[2]，分析地層巖性及含水狀況，預(yù)測隧洞施工前方不良地質(zhì)情況。斜井樁洞口段采取超前大管棚進(jìn)行支護(hù)，采用長臂挖機進(jìn)行前4 m開挖，其余部分采用人工開挖，開挖采用兩臺階的方式進(jìn)行施工，出碴采用鋪設(shè)軌道利用料斗車裝運和卷揚機斜拉牽引運送，再利用自卸汽車運至棄碴場，如圖6所示。圖7為施工整體順序：施工測量→洞口防護(hù)→洞口土石方開挖→套拱施工→超前管棚支護(hù)→洞身開挖→初噴混凝土支護(hù)→鋼拱架支護(hù)→復(fù)噴混凝土支護(hù)→鋼筋制作及安裝→樁基混凝土澆筑→樁基檢測^[3]。

5.2 擴大基礎(chǔ)

溯社岸明挖擴大基礎(chǔ)采用機械開挖、人工輔助配合的方式，開挖前結(jié)合橋址區(qū)地質(zhì)、水文及現(xiàn)場情況，明確基坑開挖方案，對開挖范圍、開挖坡度、邊坡防護(hù)、棄土方案及防排水措施等做出具體安排。擴大基礎(chǔ)整體施工順序為：測量定位→基坑開挖→基坑排水→基底處理→基底檢查處理報驗→安裝模板→綁扎鋼筋→基礎(chǔ)混凝土澆筑→脫模養(yǎng)生→回填。

6 工程效益對比（表1）

（1）斜井樁+豎直樁組成的合山岸拱座基礎(chǔ)相比擴大基礎(chǔ)永久及臨時用地更少，能夠避免大規(guī)模開挖，減小施工對原地貌的破壞，有效規(guī)避水土流失及防范施工造成的水質(zhì)污染，踐行綠色品質(zhì)“雙示范”建設(shè)理念^[4]。

（2）斜井樁+豎直樁組成的合山岸拱座基礎(chǔ)相比溯社岸擴大基礎(chǔ)在土石方開挖、鋼材用量、混凝土用量方面具有顯著的優(yōu)勢，能夠節(jié)省資源，降低工程投資。

（3）合山岸斜井樁+豎直樁施工期為180 d，溯社岸擴大基礎(chǔ)施工期為183 d，因斜井樁+豎直樁施工作業(yè)面較小，無法進(jìn)行機械開挖，主要采用人工開挖方式，擴大基礎(chǔ)采用機械方式進(jìn)行開挖，在進(jìn)度控制方面擴大基礎(chǔ)具有一定的優(yōu)勢。

7 設(shè)計優(yōu)化建議

（1）設(shè)計勘察階段，應(yīng)加強拱座基礎(chǔ)周邊地質(zhì)及水文情況的勘察，如地質(zhì)條件較差，地表水及縫隙水較豐富時，應(yīng)慎重考慮斜井樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的選取。

（2）斜井樁傾斜角度過陡不利于后期的施工作業(yè)，設(shè)計時應(yīng)盡可能減小斜井樁與水平面的傾斜角度，建議以≤45°為宜。

（3）根據(jù)迷你型挖掘機使用經(jīng)驗，建議斜井樁高、寬尺寸設(shè)計≥6 m，施工階段可通過卷揚機將迷你型挖掘機吊運進(jìn)斜井樁內(nèi)，采取機械開挖+人工輔助配合的方式，加快施工進(jìn)度及節(jié)省施工成本。

（4）對于完整基巖埋設(shè)較深、隧洞洞身表層圍巖松散、存在突水安全隱患的，設(shè)計中可考慮增加隧洞洞身地表注漿^[5]，隧洞超前管棚支護(hù)等方式，提高后期施工的安全性。

8 施工工藝建議

（1）斜井樁開挖前應(yīng)采用物探+地質(zhì)鉆孔的方式進(jìn)行隧洞綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，探明掌子面處地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及不良地質(zhì)發(fā)育情況等，對可能存在突水、突泥和其他有害地質(zhì)情況的段落，應(yīng)采用有效處治措施，確保開挖過程的施工安全。

（2）斜洞開挖過程中遇到小股涌水或裂隙滲漏水宜采用巖面注漿或?qū)Ч芤藕笤匍_挖，如遇較大涌水情況，采用水泵抽水無法滿足施工要求時，可采用玻璃膠壓密注漿設(shè)置止水帷幕^[6]。

（3）該項目采用有軌礦車出渣的方式，通過將卷揚機錨定在洞口平臺，開挖面底部鋪設(shè)鋼軌，斜拉牽引進(jìn)行出渣，采取此種出渣方式時建議軌道設(shè)置在斜洞邊緣，有利于渣土搬運及出渣。

（4）有軌礦車出渣過程安全風(fēng)險較高，可通過在出渣軌道安裝安全圍擋，設(shè)置料斗自動防墜落保護(hù)器，礦車下部安裝打掩裝置等措施，降低施工安全風(fēng)險。

（5）斜井樁測量可通過在斜井樁洞口周邊建立控制點，在隧洞內(nèi)壁設(shè)置反光貼，采用后方交匯法測量每個反光貼的位置，從而畫出斜井樁三維圖并依此判斷，提高進(jìn)洞角度的精準(zhǔn)性。

（6）隧洞施工過程應(yīng)全程進(jìn)行監(jiān)控量測，及時掌握圍巖開挖過程中的動態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，提供有關(guān)隧洞施工全面、系統(tǒng)信息資料，通過對量測數(shù)據(jù)的分析和判斷，對圍巖－支護(hù)體系的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測，從而及時調(diào)整施工措施，確保隧洞巖體的穩(wěn)定以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

9 結(jié)語

通過新柳南高速公路合山紅水河特大橋的建設(shè)實例，可以看到斜井樁作為一種新的橋梁基礎(chǔ)形式，在拱橋建設(shè)中具有獨特優(yōu)勢。其結(jié)構(gòu)受力方向與拱肋方向相符，合理簡單高效，能有效減少土石方開挖，在鋼材用量、混凝土用量、永臨征地等方面優(yōu)勢明顯，能夠產(chǎn)生較好的工程效益，符合綠色品質(zhì)“雙示范”建設(shè)理念，后續(xù)可在橋梁工程建設(shè)中通過不斷總結(jié)優(yōu)化，有望得到更廣闊的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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