作者簡(jiǎn)介：楊萬(wàn)鵬（1989—），碩士，工程師，研究方向：橋梁工程。

摘要：深水基礎(chǔ)施工時(shí)由于受流水壓力和水浮力的作用，風(fēng)險(xiǎn)性很大，且在多因素的耦合下，其施工更為復(fù)雜。為了探究此類橋梁深水基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工的可行性，文章結(jié)合柳梧鐵路盤(pán)龍柳江特大橋?qū)嵗ㄟ^(guò)對(duì)其深水基礎(chǔ)約束條件進(jìn)行分析，提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：承臺(tái)基礎(chǔ)采用尖端形形狀，開(kāi)挖采用靜態(tài)裂解工藝，封底混凝土與鋼圍堰接觸面采取增加抗浮措施，從而使該橋深水基礎(chǔ)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求，施工工期滿足工程計(jì)劃工期。

關(guān)鍵詞：鋼混結(jié)合梁；多邊界；尖端形承臺(tái)；靜態(tài)裂解；抗浮

中圖分類號(hào)：U448.13

0 引言

隨著全國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)的完善，新建鐵路橋梁靠近既有鐵路或既有高速公路的情況將不斷涌現(xiàn)，此類項(xiàng)目在施工及設(shè)計(jì)中會(huì)出現(xiàn)多邊界條件的約束，如通航凈高凈寬的約束、在既有橋梁一定范圍內(nèi)不得采用爆破工藝、既有橋梁橋墩疊加的綜合阻水比影響、地質(zhì)復(fù)雜情況對(duì)深水基礎(chǔ)基坑開(kāi)挖工藝的影響等^[1-3]。

為了研究靠近既有公路或鐵路橋梁的深水基礎(chǔ)項(xiàng)目設(shè)計(jì)及施工的可行性，本文對(duì)盤(pán)龍柳江特大橋深水基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化分析，以期為同類項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

盤(pán)龍柳江特大橋位于既有柳北高速公路柳江橋下游，二者相距50 m。主橋全長(zhǎng)629.012 m，孔跨布置為（51.4+100+326+86.5+63）m鋼-混凝土混合箱梁斜拉橋，為柳梧客運(yùn)共線鐵路控制性工程。橋址距柳江紅花水利樞紐約84 km，距象州縣城12.8 km，距石龍三江口16 km，距大藤峽水利樞紐（在建）約129 km。通航孔跨度為1×326 m，通航凈寬為280 m，通航凈高為18 m。

兩個(gè)主塔下塔柱高度分別為46.5 m、49.5 m，橋塔主墩及承臺(tái)采用尖端型構(gòu)造，20年一遇水位與承臺(tái)底高差35 m，按常規(guī)的深水基礎(chǔ)圍堰設(shè)計(jì)，雙壁鋼圍堰高度達(dá)40 m。河床覆蓋層為0.7～5 m的卵石土，下為灰?guī)r，巖溶發(fā)育。按深水水壓計(jì)算的承臺(tái)封底混凝土厚度需要6 m。

2 約束條件

2.1 行洪阻水比

阻水比受水流流速、水深及結(jié)構(gòu)物形狀的影響，該橋由于靠近既有柳北高速公路，且僅有50 m的距離，所以在計(jì)算阻水比時(shí)還需考慮上游既有高速公路橋梁的疊加阻水影響。為了能在疊加阻水比后滿足行洪要求，需在基礎(chǔ)選型時(shí)更為嚴(yán)格。

深水基礎(chǔ)中，大多數(shù)承臺(tái)都是采用矩形或圓形，在規(guī)范^[4]中行洪阻水比計(jì)算受承臺(tái)露出河床時(shí)形狀系數(shù)影響，承臺(tái)尖頭時(shí)形狀系數(shù)最小。

2.2 承臺(tái)基坑開(kāi)挖工藝

該橋基礎(chǔ)承臺(tái)嵌入灰?guī)r中，受規(guī)范制約不得采用爆破工藝，且在選擇承臺(tái)基礎(chǔ)施工工藝時(shí)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的850型液壓破碎錘液壓破碎受水深的影響無(wú)法作業(yè)，大型的液壓破碎機(jī)械受通航巷道和水庫(kù)匝道影響無(wú)法運(yùn)至橋位處，采用鑿巖棒鑿除施工效率低，滿足不了工期要求。

2.3 地質(zhì)條件

橋位主河槽處覆蓋層為黏土、細(xì)角礫土、卵石土，覆蓋層薄，約為0.7～5 m，巖層中巖體裂隙及溶蝕現(xiàn)象極為發(fā)育，充填黏土，多分布于基巖面附近。由于橋位覆蓋層薄且基巖表面溶槽發(fā)育，承臺(tái)嵌入巖層，在深水中施工極其困難。

2.4 承臺(tái)封底厚度

在深水基礎(chǔ)中，為了確保承臺(tái)施工時(shí)的抗浮要求，封底一般都做得比較厚，如商合杭鐵路蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋主橋水深30.6 m，承臺(tái)封底厚度為5.4 m；宜昌香溪河大橋主橋^[5]4號(hào)橋塔在高水位時(shí)水頭差29.32 m，承臺(tái)封底厚度為5.0 m，蒙華鐵路洞庭湖特大橋主橋^[6]5號(hào)橋塔設(shè)計(jì)水深19 m，承臺(tái)厚度為3.5 m。而該橋圍堰按20年一遇水位設(shè)計(jì)，水深達(dá)約35 m，則按常規(guī)的滿足抗浮計(jì)算的封底厚度需6 m，這意味著承臺(tái)開(kāi)挖量增加，工期加長(zhǎng)。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 承臺(tái)基礎(chǔ)形狀優(yōu)化

該橋若是采用常規(guī)的矩形或圓端形橋墩承臺(tái)，自身橋梁的阻水比雖然滿足防洪評(píng)價(jià)要求，而由于上游柳北高速公路既有橋梁橋墩阻水比的疊加影響，計(jì)算出的阻水比不滿足防洪評(píng)價(jià)的要求。基于此，該橋主墩及承臺(tái)形狀采用尖頭型，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，如下頁(yè)圖1所示。

經(jīng)過(guò)對(duì)橋墩及承臺(tái)尺寸和形狀的優(yōu)化，在5%、1%、0.33%設(shè)計(jì)頻率洪水條件下，運(yùn)行期擬建橋梁橋墩基礎(chǔ)與上游50 m處的柳北高速公路盤(pán)龍?zhí)卮髽驑蚨栈A(chǔ)的疊加計(jì)算綜合阻水比分別為5.18%、5.40%、5.36%。橋址上游水位有所抬升，擬建工程與上游柳北高速公路盤(pán)龍柳江特大橋最大綜合壅高值分別為0.038 m、0.049 m和0.056 m，滿足了防洪評(píng)價(jià)阻水比要求。

3.2 基坑開(kāi)挖工藝選擇

承臺(tái)基坑開(kāi)挖施工工藝經(jīng)過(guò)綜合比選，結(jié)合工期、造價(jià)和可行性因素選擇了靜態(tài)裂解工藝，基坑開(kāi)挖工藝比選如表1所示。

由于兩個(gè)橋塔在基坑開(kāi)挖工序中必須在2.5個(gè)月內(nèi)完成，經(jīng)過(guò)調(diào)研及對(duì)比分析，只有靜態(tài)裂解滿足工期要求，且經(jīng)濟(jì)性也最優(yōu)。

3.3 承臺(tái)封底厚度優(yōu)化

深水基礎(chǔ)中承臺(tái)底封底厚度對(duì)抗浮起著至關(guān)重要的作用，而抗浮既取決于結(jié)構(gòu)及外加的自重，還與封底混凝土與樁基及鋼圍堰底部的摩阻作用有關(guān)，抗浮計(jì)算根據(jù)規(guī)范^[7]4.6.1條要求，抗浮安全系數(shù)應(yīng)滿足如下3個(gè)公式：

式中：τ₂——鋼圍堰與封底混凝土的粘結(jié)力，規(guī)范中鋼圍堰與混凝土封底取值為200 kPa。

該橋增加鋼圍堰與封底混凝土的接觸面，把規(guī)范^[8]中的抗剪措施運(yùn)用到本橋深水基礎(chǔ)的抗浮設(shè)計(jì)中，以增加粘結(jié)力，如圖2所示。

優(yōu)化鋼圍堰與封底混凝土接觸面設(shè)計(jì)后，不同封底混凝土厚度的抗浮系數(shù)及封底混凝土受力如表2所示。

通過(guò)比選，承臺(tái)封底混凝土厚度選用3.8 m時(shí)，圍堰隔艙所需配重、封底混凝土拉應(yīng)力、承臺(tái)基坑開(kāi)挖工程量都相對(duì)較優(yōu)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)盤(pán)龍柳江特大橋的深水基礎(chǔ)約束條件進(jìn)行分析，采取了對(duì)應(yīng)的措施對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可為類似靠近既有橋梁的新建橋梁深水基礎(chǔ)工程提供參考：

（1）采用尖頭型承臺(tái)及橋墩，對(duì)減小綜合阻水比起到很好的效果；

（2）如果水深＞30 m，巖層為灰?guī)r而又不得采用爆破開(kāi)挖工藝時(shí)，可采用靜態(tài)裂解工藝，其工效及經(jīng)濟(jì)性都相對(duì)較優(yōu)；

（3）承臺(tái)底基巖溶槽發(fā)育，可在鋼圍堰與封底混凝土接觸面增加抗滑構(gòu)造措施以提高抗浮系數(shù)，減小承臺(tái)封底混凝土厚度及基坑開(kāi)挖工程量。

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