1、武穴长江公路大桥主墩基础施工方案探讨陈文彦 中国铁建大桥工程局集团第一工程有限公司摘要：不同地质条件下，采用先平台后围堰及先堰后桩法均各有其优缺点，针对武穴长江大桥的实际情况，对两种施工方案的优劣性进行比选、分析，最终主墩基础施工方案采用先平台后围堰法进行施工。关键词：主墩基础；平台后围堰；先堰后桩法；比选、分析一、概述1.1 项目背景意义长江是我国具有全球影响力的内河经济带、东中西互动合作协调发展带、沿海沿江沿边全面推进对内对外开放带。建成通车后将与麻城、阳新、瑞昌，沪蓉、沪渝、杭瑞、济广、大广、上海至武汉等多条高速公路连接组网。1.2 桥梁主要技术标准（1）公路等级：高速公路（2）设计速度2、：100 km/h（3）汽车荷载等级：公路-级（4）桥梁结构设计基准期：100 年（5）武穴长江大桥标准横断面：组合梁及砼梁标准横断面宽度均为33.5m。（6）抗震设计标准：地震基本烈度为VI度。1.3 推荐桥型主桥采用（80+290+768+70+70+70+60）米双塔双索面组合梁斜拉桥，主桥长1415.3米。二、主墩基础概述2.1 水文条件根据多年水文资料分析，长江中下游干流汛期出现在510月，4月份为涨水期，11月为退水期，12月和次年1、2、3月份为枯水期。根据武穴水位站统计，历年最高水位为22.10m（1998年8月2日，黄海高程），历年最低水位为6.01m（1961年2月3日），3、多年平均水位为13.80m。2.2河道条件本项目所处河段为长江中游鲤鱼山水道和武穴水道，属分汊型河道。拟选桥位属于鲤鱼山水道。桥位河段因两岸分布着众多山体，多年来河道平面位置及主流走向变化较小，河势整体基本稳定，局部河段岸线以及深槽随着来水来沙条件的不同发生冲淤变化，但是变化幅度不大。2.3地质条件桥址区第四系覆盖层厚度大，地质呈填土、粉土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂、卵砂石等结构，摩阻力q1k120KPa，地基承载力500KPa，摩阻力及承载力值较低，不宜选作该大桥的基础持力层；下伏志留页岩和泥盆系砂岩夹页岩，承载力、摩阻力相对较高，可作为大桥墩台基础持力层。2.4 主墩基础南岸16#主桥桩基4、础采用嵌岩桩，直径3.0m，桩长65m，44根，承台尺寸为22.8*80.8*8m，整体式哑铃型，基础分布在江边岸坡上，岸坡角度为300，岸坡表层堆积当地碎石加工厂废弃碎石，最大厚度约16m，碎石堆积层下为全风化砂岩夹页岩，桩基嵌入中风化砂岩夹页岩岩层。图2.1.1 16#主墩桥位地质构造立面图图2.1.2 16#主墩基础平面布置图三、基础施工方案制定针对推荐的桥型布置南主桥16#主墩基础制定两套施工方案，即先平台后围堰和先堰后桩法。3.1先平台后围堰法（1）碎石堆积层清理及承台基坑的开挖1）清理南岸边坡表面的碎石堆积层，根据边跨现浇箱梁钢管支架、钢栈桥的布距将强风化砂岩夹叶岩表层开挖成台阶状5、。2）在边坡碎石清理完成后，采用水下挖泥船对主墩墩位处堆积碎石层进行清理，碎石层清理完成后，采用水下爆破法开挖基坑（强风化砂岩夹页岩），爆破范围需满足封底砼3m厚度要求，开挖完成后进行清理整平，基底应满足钢套箱围堰布置要求。（2）钢栈桥、钢平台搭设在主桥17#16#号墩两侧设置钢栈桥，桥面标高根据南岸现场的实际地形设置为42.5m（阳新县富巢碎石场场地标高），利用已开挖完成的平台进行支撑桩施工，完成后安装钢管桩，依次安装支承横梁、型钢连接桁架，、贝雷梁纵梁、横向分配梁及桥面板。1）水上工作钻孔平台是利用钢管桩和桩基钢护筒作为支撑结构，用多组双排单层贝雷梁作平台承重结构，其间设多道连接型钢桁架形6、成整体，贝雷梁上铺设工字钢作荷载分配梁，槽钢作平台铺面。2）利用已搭设的钢栈桥，配合履带吊进行平台搭设，钢管桩采用振动锤或冲击锤进行插打，钢护筒采用APE400打桩锤插打，插打深度进入强风化岩层不小于50cm，由于桩位处已进行爆破开挖，外露岩层为强风化砂岩夹页岩，地基承载力基本允许值为500kpa，具体插打情况及设备选用考虑在岸边已清理出的场地进行试打，根据试打情况再安排下一步的平台搭设方案。3）钢管桩试打后，若岩层钢管桩无法进行插打，可采用锚桩方案，利用履带吊配合振动锤插打钢管桩搭设局部钻孔平台，在平台上进行锚桩施工，在锚桩施工完成后搭设钻孔平台，拆除锚桩施工平台，多次重复上述工序后，完成钻7、孔平台的搭设。（3）承台施工主墩承台采用双壁钢套箱围堰施工。在桩基施工完成后，拆除钻孔平台保留钢护筒。首先在下游靠近桥位的江州造船厂加工钢套箱，首节钢套箱（高出多年平均水位约1m，多年平均水位为13.8m）下河后浮运至墩位，封底砼厚度按3米，封底砼底标高为-1.0米，首节钢套箱加工高度为13.8+1+1=16米。采用浮吊吊装首节钢套箱围堰，利用钢护筒作为导向架进行精准定位，钢套箱精准定位后注水下沉，随时测量套箱各注水点隔舱内水面高程，严格控制各隔舱内的水面高差，保持各隔舱水面高程基本一致。对套箱顶面各特征点的平面位置及高程进行同步跟踪测量，确保套箱注水对称、均匀，避免套箱偏位、倾斜。对河床面底8、面形态变化进行跟踪测量，确保着床时河床面基本平整。考虑20年一遇最高水位21.5m，围堰顶标高设计为22.5m，第二节高度为7.5m，分块加工、制作，现场浮吊组拼。围堰吊装完成后浇筑水下封底砼。 封底砼强度达到设计要求后，抽干围堰内水，人工检平基底，破除桩头，安装承台钢筋模板，浇筑承台大体积砼。承台砼分两次浇筑，并设置冷却管。图3.1.1 钻孔桩平台平面布置图3.1.4 钢套箱围堰布置图3.2先堰后桩法（1）碎石堆积层清理及承台基坑开挖（施工方法与3.1相同）（2）钢栈桥、钢平台搭设（施工方法与3.1相同）（3）钢套箱围堰施工在下游江州造船厂加工钢套箱，武穴水文站观测多年平均水位为13.8m，9、考虑封底砼厚3米，封底底标高为-1米，首节钢套箱加工16米，（高出水位约1m），考虑20年一遇最高水位21.5m，围堰顶标高设计为22.5m，第二节高度为7.5m，首节钢套箱下河后采用全回转拖船浮运至墩位，浮运航速小于3km/h，转弯航速1.8km/h，风速小于8m/s（五级），水流流速不大于1m/s，天气晴朗的条件下进行。钢套箱浮运到位后，先进行初步定位，再进行精确定位。采用锚墩进行精确定位，在岸上设置2个桩基加承台锚墩，在水中设置2个钢锚墩，钢锚墩平面尺寸30*24m，基础采用25根100020mm钢管桩，入粉细砂层15m，强风化岩层5m。主梁采用2根HN800300，分配梁采用25a工字10、钢，10t卷扬机8组，滑轮8组，上下各设4个拉揽，上拉揽采用390钢丝绳，下拉揽采用590钢丝绳。岸上锚墩承台尺寸30*24*2m，基础由15根1.5m钢筋砼桩基组成，桩基入岩深度不小于10m，在承台中预埋相应的杆件，卷扬机、滑轮、拉揽布置形式同钢锚墩结构形式相同。具体步骤如下：1）钢套箱浮运前先将2根上拉缆与临时定位船连接，并进行预拉。套箱浮运至设计墩位处先与临时定位船连接。2）利用套箱顶面布置的卷扬机，通过转缆船将另外一根上拉缆由锚墩处牵引至套箱系缆处固定牢靠。依次将临时定位船上的上拉缆转缆至套箱上。转缆完成后，依次挂设其它下拉缆，利用锚墩定位系统各方向上的拉缆对套箱进行平面位置调整定位；11、然后通过上下拉缆对钢套箱的垂直度进行调整，最后拖轮全部退出。3）精确定位在套箱注水离河床还有2m时进行。将拉缆与锚墩平台上滑车组前端的尾绳用绳卡连接。启动卷扬机系统，同时观测拉力计与应变器，对每根拉缆拉力进行动态观测。继续收缆，同时观测拉力计与应力应变器，对每根拉缆进行动态观测；动滑车组牵引到位后，如果拉缆没有收紧，还处于松弛状态，此时将备用尾绳与拉缆用绳卡连接，把拉缆上的力传到备用尾绳上，通过备用尾绳打梢。4）松开卷扬机，将动滑车移到平台前端，用绳卡把拉缆和动滑车上尾绳连接。重复上述步骤，完成套箱精确定位。5）钢套箱精确定位后注水下沉，套箱各注水点随时测量隔舱内水面高程，严格控制各隔舱内的水12、面高差，保持各隔舱水面高程基本一致。对套箱顶面各特征点的平面位置及高程进行同步跟踪测量，确保套箱注水对称、均匀，避免套箱偏位、倾斜。对河床面底面形态变化进行跟踪测量，确保着床时河床面基本平整。跟踪测量套箱的倾斜度，可利用拉缆及时动态进行调节。首节套箱就位后，其它节段套箱通过驳船运输至墩位，利用浮吊逐节拼装。6）砼封底、钢护筒、钻孔桩施工钢套箱围堰就位后，利用浮吊布置钢护筒，钢护筒安装完成后进行水下砼封底施工，封底砼强度达到要求后布置钻机进行钻孔桩施工。四、基础施工方案比选不同地质条件下，采用先平台后围堰及先堰后桩法均各有其优缺点，针对武穴长江大桥的实际情况，对两种施工方案的优劣性进行比选、分析13、如下：4.1方案一（先平台后围堰法）（1）方案施工流程覆盖层清理钢栈桥施工钢平台施工水下爆破基础开挖钻孔桩施工（钢护筒）基底清理拼装钢围堰及下沉（两次下沉）封底砼施工承台施工（2）施工优点1）利用已完成的桩基钢护筒进行钢围堰定位，定位偏差小、钢围堰定位准确。2）利用已完成的桩基钢护筒进行钢套箱定位，可有效防止水流冲刷、岸坡碎石体溜滑、底部及周边覆盖层的变化对钢套箱的影响，避免了钢套箱在施工过程中的局部偏移、倾斜，安全施工风险小。3）钢套箱下沉定位后，在施工封底砼时，由于封底砼与已完成的桩基护筒衔接、稳定性能更好，封底砼的成功率更高。4）钢套箱加工、制作有充足的准确时间。（3）施工缺点1）钢套箱14、采取分段、分节拼装，钢套箱吊放、安装时间长，对总体工期不利。2）钢套箱下沉时需对钢平台进行局部拆除，钢套箱完成后还需进行局部组装以便于施工，增加了钢平台施工工程量。4.2方案二（先堰后桩法）（1）方案施工流程覆盖层清理水下爆破基础开挖基底清理整体拼装下沉首节钢围堰整体拼装下沉第二节钢围堰 封底砼施工钻孔桩施工承台施工（2）施工优点1）钢套箱采取整体浮运下沉，可提前在江州造船厂下游进行组装，钢套箱吊装、安装时间短，工序衔接连续，对总工期有利。2）可节约部分成本。（3）施工缺点1）钢套箱定位采用锚墩固定，精准定位困难。2）采用锚墩固定钢套箱，在外力作用下易使钢套箱产生局部移位、倾斜，对钢套箱定位固定安全产生不利影响。3）钢套箱采用锚墩固定，缆绳具有一定的柔韧度，在封底过程中对封底砼会产生一定影响，封底砼会有一定安全风险；4）16#主墩与长江主航道距离较近，采用锚墩、缆绳对钢套箱进行固定，受到通行船只影响，安全风险较高。五、结论通过先平台后围堰、先堰后桩法的方案优劣比选，采用先平台后围堰法虽然钢套箱在安装、下沉过程中占用时间较长，但钢套箱加工会有充足的准备时间，钢套箱封底砼、钢套箱的精准定位、钢套箱的偏移、倾斜度控制等均有一定的安全保障。因此最终主墩基础施工方案采用先平台后围堰法进行施工。