1、武穴長江公路大橋主墩基礎施工方案探討陳文彥 中國鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司摘要：不同地質條件下，采用先平臺后圍堰及先堰后樁法均各有其優缺點，針對武穴長江大橋的實際情況，對兩種施工方案的優劣性進行比選、分析，最終主墩基礎施工方案采用先平臺后圍堰法進行施工。關鍵詞：主墩基礎；平臺后圍堰；先堰后樁法；比選、分析一、概述1.1 項目背景意義長江是我國具有全球影響力的內河經濟帶、東中西互動合作協調發展帶、沿海沿江沿邊全面推進對內對外開放帶。建成通車后將與麻城、陽新、瑞昌，滬蓉、滬渝、杭瑞、濟廣、大廣、上海至武漢等多條高速公路連接組網。1.2 橋梁主要技術標準（1）公路等級：高速公路（2）設計速度
2、：100 km/h（3）汽車荷載等級：公路-級（4）橋梁結構設計基準期：100 年（5）武穴長江大橋標準橫斷面：組合梁及砼梁標準橫斷面寬度均為33.5m。（6）抗震設計標準：地震基本烈度為VI度。1.3 推薦橋型主橋采用（80+290+768+70+70+70+60）米雙塔雙索面組合梁斜拉橋，主橋長1415.3米。二、主墩基礎概述2.1 水文條件根據多年水文資料分析，長江中下游干流汛期出現在510月，4月份為漲水期，11月為退水期，12月和次年1、2、3月份為枯水期。根據武穴水位站統計，歷年最高水位為22.10m（1998年8月2日，黃海高程），歷年最低水位為6.01m（1961年2月3日），
3、多年平均水位為13.80m。2.2河道條件本項目所處河段為長江中游鯉魚山水道和武穴水道，屬分汊型河道。擬選橋位屬于鯉魚山水道。橋位河段因兩岸分布著眾多山體，多年來河道平面位置及主流走向變化較小，河勢整體基本穩定，局部河段岸線以及深槽隨著來水來沙條件的不同發生沖淤變化，但是變化幅度不大。2.3地質條件橋址區第四系覆蓋層厚度大，地質呈填土、粉土、粉質粘土、粉細砂、中粗砂、卵砂石等結構，摩阻力q1k120KPa，地基承載力500KPa，摩阻力及承載力值較低，不宜選作該大橋的基礎持力層；下伏志留頁巖和泥盆系砂巖夾頁巖，承載力、摩阻力相對較高，可作為大橋墩臺基礎持力層。2.4 主墩基礎南岸16#主橋樁基
4、礎采用嵌巖樁，直徑3.0m，樁長65m，44根，承臺尺寸為22.8*80.8*8m，整體式啞鈴型，基礎分布在江邊岸坡上，岸坡角度為300，岸坡表層堆積當地碎石加工廠廢棄碎石，最大厚度約16m，碎石堆積層下為全風化砂巖夾頁巖，樁基嵌入中風化砂巖夾頁巖巖層。圖2.1.1 16#主墩橋位地質構造立面圖圖2.1.2 16#主墩基礎平面布置圖三、基礎施工方案制定針對推薦的橋型布置南主橋16#主墩基礎制定兩套施工方案，即先平臺后圍堰和先堰后樁法。3.1先平臺后圍堰法（1）碎石堆積層清理及承臺基坑的開挖1）清理南岸邊坡表面的碎石堆積層，根據邊跨現澆箱梁鋼管支架、鋼棧橋的布距將強風化砂巖夾葉巖表層開挖成臺階狀
5、。2）在邊坡碎石清理完成后，采用水下挖泥船對主墩墩位處堆積碎石層進行清理，碎石層清理完成后，采用水下爆破法開挖基坑（強風化砂巖夾頁巖），爆破范圍需滿足封底砼3m厚度要求，開挖完成后進行清理整平，基底應滿足鋼套箱圍堰布置要求。（2）鋼棧橋、鋼平臺搭設在主橋17#16#號墩兩側設置鋼棧橋，橋面標高根據南岸現場的實際地形設置為42.5m（陽新縣富巢碎石場場地標高），利用已開挖完成的平臺進行支撐樁施工，完成后安裝鋼管樁，依次安裝支承橫梁、型鋼連接桁架，、貝雷梁縱梁、橫向分配梁及橋面板。1）水上工作鉆孔平臺是利用鋼管樁和樁基鋼護筒作為支撐結構，用多組雙排單層貝雷梁作平臺承重結構，其間設多道連接型鋼桁架形
6、成整體，貝雷梁上鋪設工字鋼作荷載分配梁，槽鋼作平臺鋪面。2）利用已搭設的鋼棧橋，配合履帶吊進行平臺搭設，鋼管樁采用振動錘或沖擊錘進行插打，鋼護筒采用APE400打樁錘插打，插打深度進入強風化巖層不小于50cm，由于樁位處已進行爆破開挖，外露巖層為強風化砂巖夾頁巖，地基承載力基本允許值為500kpa，具體插打情況及設備選用考慮在岸邊已清理出的場地進行試打，根據試打情況再安排下一步的平臺搭設方案。3）鋼管樁試打后，若巖層鋼管樁無法進行插打，可采用錨樁方案，利用履帶吊配合振動錘插打鋼管樁搭設局部鉆孔平臺，在平臺上進行錨樁施工，在錨樁施工完成后搭設鉆孔平臺，拆除錨樁施工平臺，多次重復上述工序后，完成鉆
7、孔平臺的搭設。（3）承臺施工主墩承臺采用雙壁鋼套箱圍堰施工。在樁基施工完成后，拆除鉆孔平臺保留鋼護筒。首先在下游靠近橋位的江州造船廠加工鋼套箱，首節鋼套箱（高出多年平均水位約1m，多年平均水位為13.8m）下河后浮運至墩位，封底砼厚度按3米，封底砼底標高為-1.0米，首節鋼套箱加工高度為13.8+1+1=16米。采用浮吊吊裝首節鋼套箱圍堰，利用鋼護筒作為導向架進行精準定位，鋼套箱精準定位后注水下沉，隨時測量套箱各注水點隔艙內水面高程，嚴格控制各隔艙內的水面高差，保持各隔艙水面高程基本一致。對套箱頂面各特征點的平面位置及高程進行同步跟蹤測量，確保套箱注水對稱、均勻，避免套箱偏位、傾斜。對河床面底
8、面形態變化進行跟蹤測量，確保著床時河床面基本平整。考慮20年一遇最高水位21.5m，圍堰頂標高設計為22.5m，第二節高度為7.5m，分塊加工、制作，現場浮吊組拼。圍堰吊裝完成后澆筑水下封底砼。 封底砼強度達到設計要求后，抽干圍堰內水，人工檢平基底，破除樁頭，安裝承臺鋼筋模板，澆筑承臺大體積砼。承臺砼分兩次澆筑，并設置冷卻管。圖3.1.1 鉆孔樁平臺平面布置圖3.1.4 鋼套箱圍堰布置圖3.2先堰后樁法（1）碎石堆積層清理及承臺基坑開挖（施工方法與3.1相同）（2）鋼棧橋、鋼平臺搭設（施工方法與3.1相同）（3）鋼套箱圍堰施工在下游江州造船廠加工鋼套箱，武穴水文站觀測多年平均水位為13.8m，
9、考慮封底砼厚3米，封底底標高為-1米，首節鋼套箱加工16米，（高出水位約1m），考慮20年一遇最高水位21.5m，圍堰頂標高設計為22.5m，第二節高度為7.5m，首節鋼套箱下河后采用全回轉拖船浮運至墩位，浮運航速小于3km/h，轉彎航速1.8km/h，風速小于8m/s（五級），水流流速不大于1m/s，天氣晴朗的條件下進行。鋼套箱浮運到位后，先進行初步定位，再進行精確定位。采用錨墩進行精確定位，在岸上設置2個樁基加承臺錨墩，在水中設置2個鋼錨墩，鋼錨墩平面尺寸30*24m，基礎采用25根100020mm鋼管樁，入粉細砂層15m，強風化巖層5m。主梁采用2根HN800300，分配梁采用25a工字
10、鋼，10t卷揚機8組，滑輪8組，上下各設4個拉攬，上拉攬采用390鋼絲繩，下拉攬采用590鋼絲繩。岸上錨墩承臺尺寸30*24*2m，基礎由15根1.5m鋼筋砼樁基組成，樁基入巖深度不小于10m，在承臺中預埋相應的桿件，卷揚機、滑輪、拉攬布置形式同鋼錨墩結構形式相同。具體步驟如下：1）鋼套箱浮運前先將2根上拉纜與臨時定位船連接，并進行預拉。套箱浮運至設計墩位處先與臨時定位船連接。2）利用套箱頂面布置的卷揚機，通過轉纜船將另外一根上拉纜由錨墩處牽引至套箱系纜處固定牢靠。依次將臨時定位船上的上拉纜轉纜至套箱上。轉纜完成后，依次掛設其它下拉纜，利用錨墩定位系統各方向上的拉纜對套箱進行平面位置調整定位；
11、然后通過上下拉纜對鋼套箱的垂直度進行調整，最后拖輪全部退出。3）精確定位在套箱注水離河床還有2m時進行。將拉纜與錨墩平臺上滑車組前端的尾繩用繩卡連接。啟動卷揚機系統，同時觀測拉力計與應變器，對每根拉纜拉力進行動態觀測。繼續收纜，同時觀測拉力計與應力應變器，對每根拉纜進行動態觀測；動滑車組牽引到位后，如果拉纜沒有收緊，還處于松弛狀態，此時將備用尾繩與拉纜用繩卡連接，把拉纜上的力傳到備用尾繩上，通過備用尾繩打梢。4）松開卷揚機，將動滑車移到平臺前端，用繩卡把拉纜和動滑車上尾繩連接。重復上述步驟，完成套箱精確定位。5）鋼套箱精確定位后注水下沉，套箱各注水點隨時測量隔艙內水面高程，嚴格控制各隔艙內的水
12、面高差，保持各隔艙水面高程基本一致。對套箱頂面各特征點的平面位置及高程進行同步跟蹤測量，確保套箱注水對稱、均勻，避免套箱偏位、傾斜。對河床面底面形態變化進行跟蹤測量，確保著床時河床面基本平整。跟蹤測量套箱的傾斜度，可利用拉纜及時動態進行調節。首節套箱就位后，其它節段套箱通過駁船運輸至墩位，利用浮吊逐節拼裝。6）砼封底、鋼護筒、鉆孔樁施工鋼套箱圍堰就位后，利用浮吊布置鋼護筒，鋼護筒安裝完成后進行水下砼封底施工，封底砼強度達到要求后布置鉆機進行鉆孔樁施工。四、基礎施工方案比選不同地質條件下，采用先平臺后圍堰及先堰后樁法均各有其優缺點，針對武穴長江大橋的實際情況，對兩種施工方案的優劣性進行比選、分析
13、如下：4.1方案一（先平臺后圍堰法）（1）方案施工流程覆蓋層清理鋼棧橋施工鋼平臺施工水下爆破基礎開挖鉆孔樁施工（鋼護筒）基底清理拼裝鋼圍堰及下沉（兩次下沉）封底砼施工承臺施工（2）施工優點1）利用已完成的樁基鋼護筒進行鋼圍堰定位，定位偏差小、鋼圍堰定位準確。2）利用已完成的樁基鋼護筒進行鋼套箱定位，可有效防止水流沖刷、岸坡碎石體溜滑、底部及周邊覆蓋層的變化對鋼套箱的影響，避免了鋼套箱在施工過程中的局部偏移、傾斜，安全施工風險小。3）鋼套箱下沉定位后，在施工封底砼時，由于封底砼與已完成的樁基護筒銜接、穩定性能更好，封底砼的成功率更高。4）鋼套箱加工、制作有充足的準確時間。（3）施工缺點1）鋼套箱
14、采取分段、分節拼裝，鋼套箱吊放、安裝時間長，對總體工期不利。2）鋼套箱下沉時需對鋼平臺進行局部拆除，鋼套箱完成后還需進行局部組裝以便于施工，增加了鋼平臺施工工程量。4.2方案二（先堰后樁法）（1）方案施工流程覆蓋層清理水下爆破基礎開挖基底清理整體拼裝下沉首節鋼圍堰整體拼裝下沉第二節鋼圍堰 封底砼施工鉆孔樁施工承臺施工（2）施工優點1）鋼套箱采取整體浮運下沉，可提前在江州造船廠下游進行組裝，鋼套箱吊裝、安裝時間短，工序銜接連續，對總工期有利。2）可節約部分成本。（3）施工缺點1）鋼套箱定位采用錨墩固定，精準定位困難。2）采用錨墩固定鋼套箱，在外力作用下易使鋼套箱產生局部移位、傾斜，對鋼套箱定位固定安全產生不利影響。3）鋼套箱采用錨墩固定，纜繩具有一定的柔韌度，在封底過程中對封底砼會產生一定影響，封底砼會有一定安全風險；4）16#主墩與長江主航道距離較近，采用錨墩、纜繩對鋼套箱進行固定，受到通行船只影響，安全風險較高。五、結論通過先平臺后圍堰、先堰后樁法的方案優劣比選，采用先平臺后圍堰法雖然鋼套箱在安裝、下沉過程中占用時間較長，但鋼套箱加工會有充足的準備時間，鋼套箱封底砼、鋼套箱的精準定位、鋼套箱的偏移、傾斜度控制等均有一定的安全保障。因此最終主墩基礎施工方案采用先平臺后圍堰法進行施工。
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