裸巖河床水中基礎(chǔ)圍堰施工技術(shù)
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裸巖河床水中基礎(chǔ)圍堰施工技術(shù)（交通）
李 鋒 申永利
（中國中鐵航空港建設(shè)集團(tuán)有限公司 北京 100093）
摘要某特大橋位于河流深水裸巖區(qū)域，需重點(diǎn)解決基巖水下爆破、雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)和安裝等
關(guān)鍵技術(shù)難題。文中介紹“先堰后樁”的施工順序解決裸巖河床鋼護(hù)筒漏漿問題，并對(duì)水下挖基（爆破）、圍堰施工、基礎(chǔ)施工、墩柱施工和圍堰拆除等工藝進(jìn)行了闡述。工程實(shí)踐證明，此方案簡(jiǎn)單實(shí)用，操作性強(qiáng)，施工順序合理，并且安全可靠，質(zhì)量有保證，經(jīng)濟(jì)效益好。
關(guān)鍵詞 深水基礎(chǔ) 裸巖 圍堰施工
1 工程概況
某特大橋橋梁采用48 m+2×80 m+48 m的懸臂澆筑連續(xù)梁跨越常水位寬約200 m的裸巖主河槽，橋梁軸線與河槽相交夾角170，其中1～3號(hào)墩位于主河槽內(nèi)，墩柱為圓端形實(shí)心墩。處于河中的2號(hào)墩處水深7～8 m，設(shè)計(jì)低樁承臺(tái)嵌入河床裸巖3～5 m，分2級(jí)承臺(tái)，一臺(tái)高3.5m，加臺(tái)高3m，承臺(tái)底部尺寸14.6 m×14.6 m，設(shè)16根直徑1.5 m鉆孔樁。
全橋位于重丘及丘間谷地，丘坡地勢(shì)起伏，自然坡度200～350，植被發(fā)育，谷地地勢(shì)狹窄，呈條帶狀。橋址區(qū)地層主要發(fā)育第四系全新統(tǒng)沖積層和白堊系上統(tǒng)，地層中主要包含粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂、中砂、細(xì)圓礫土、粗圓礫土、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖。河底平緩，局部有突變；河中基礎(chǔ)位于泥質(zhì)粉砂巖中，局部含粉砂巖，該段河床基巖裸露，幾乎無覆蓋層。橋址區(qū)地表水體主要為河水，水位較高，常年基本水位為227. 6～229.6 m，流速緩慢，水位季節(jié)性變化，春夏時(shí)水量最為豐富。
2水中墩基礎(chǔ)施工方案
水中墩基礎(chǔ)采用矩形雙壁鋼圍堰圍護(hù)的施工方案。由于低樁承臺(tái)嵌入河床基巖中，雙壁鋼圍堰施工前先進(jìn)行水下爆破開挖基坑，才能施工樁基、承臺(tái)等。爆破后基底坑洼不平，導(dǎo)致鉆孔樁鋼護(hù)筒插打之后底口不密實(shí)容易漏泥漿，綜合考慮決定采用“先堰后樁”的施工順序，并在圍堰封底前埋設(shè)鋼護(hù)筒，防止在基巖爆破后施工鉆孔樁時(shí)，護(hù)筒底不平整使孔內(nèi)漏漿。其中關(guān)鍵施工技術(shù)如下。
2.1水下巖石爆破、清基
該橋采用2號(hào)巖石乳化炸藥和非電微差雷管爆破巖石。為使炸藥可靠起爆，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，每個(gè)炮孔旋轉(zhuǎn)2組雷管。起爆網(wǎng)絡(luò)用微差復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)，孔內(nèi)高段別雷管，孔外低段別毫秒雷管簇連，從一端到另端逐孔起爆，整個(gè)基坑一起從中間向兩邊逐排連續(xù)爆破。水下石方爆破時(shí)需克服水體阻力，水下爆破的炸藥單耗較陸地大，根據(jù)水下巖石性質(zhì)、水下爆破產(chǎn)生的沖擊波的危險(xiǎn)半徑等考慮，適當(dāng)增加裝藥量。
施工時(shí)先用駁船托運(yùn)長(zhǎng)臂挖機(jī)清理爆破范圍內(nèi)的河床淤泥、砂礫等。清理完畢后，將2艘間距5m鋼體駁船通過槽鋼、工字鋼焊接為鉆孔平臺(tái)，把4臺(tái)KSZ-100型地質(zhì)鉆機(jī)用鋼管固定在駁船平臺(tái)上并錨固駁船。鉆孔時(shí)根據(jù)水位、超深值計(jì)算該點(diǎn)的鉆孔深度進(jìn)行鉆孔，成孔后插設(shè)PVC管進(jìn)行標(biāo)識(shí)，用高壓清洗炮孔，測(cè)量實(shí)際鉆孔深度，集中裝藥。為了確保安全，用粗砂將炮孔堵滿，防止沖炮。在每只炮孔孔口用砂袋封口覆蓋，砂袋系一浮球露出水面，便于連接導(dǎo)爆管腳線。水中置放浮胎，并錨定飄浮在水面上，將同排導(dǎo)爆管綁扎1只輪胎上，按設(shè)計(jì)的簇連組數(shù)，將各炮孔導(dǎo)爆管收攏，連結(jié)成加強(qiáng)復(fù)式網(wǎng)絡(luò)。為防止傳爆雷管將其他導(dǎo)爆管炸斷造成拒爆，連接時(shí)將雷管置于浮胎上，用泡沫盒包住扎緊，不能浮在水面隨波漂移。起爆網(wǎng)絡(luò)連接完檢查無誤后，人員、設(shè)備撤離至安全地帶，人在岸上操作，封航后起爆。起爆后檢查無問題，方可解除警戒線，使用駁船上的長(zhǎng)臂挖機(jī)清基，駁船上石渣上岸后運(yùn)至棄渣場(chǎng)。
2.2護(hù)筒施工
在河中拋錨定位駁船并安裝距棧橋最近一排護(hù)筒鋼定位架框，棧橋上80 t履帶吊使用DZ-120型振動(dòng)錘夾持鋼護(hù)筒進(jìn)行插打，逐排完成、聯(lián)結(jié)成組，全部完成、聯(lián)結(jié)成片。在護(hù)筒上焊接牛腿，安裝圍堰內(nèi)側(cè)的貝雷梁、型鋼、方木等形成堰內(nèi)工作平臺(tái)。利用堰內(nèi)工作平臺(tái)和棧橋站立吊機(jī)，設(shè)置平臺(tái)定位導(dǎo)向架，使用振動(dòng)錘完成堰外剩余輔助鋼管樁施工，并用型鋼聯(lián)結(jié)固定，形成堰外輔助工作平臺(tái)。在外圈鋼護(hù)筒和其相鄰的管樁外壁橫向焊接型鋼作為后期圍堰拼裝的支承點(diǎn)。
2.3圍堰施工
此橋鋼圍堰數(shù)量較少，長(zhǎng)期使用大型浮吊或履帶吊不夠經(jīng)濟(jì)合理，因此圍堰設(shè)計(jì)采用多隔艙、分塊小的思路設(shè)計(jì)，以便后續(xù)可以人工簡(jiǎn)易工具安裝，輔助用建筑信息模型技術(shù)設(shè)計(jì)，較好的進(jìn)行三維展示、輔助下料等，確保圍堰的制造工作精細(xì)化。矩形雙壁鋼圍堰為Q235鋼材的焊接結(jié)構(gòu)，見圖1，平面尺寸為16.6 m×16.6 m（外）、15 m×15 m(內(nèi))，內(nèi)外壁間距0.8 m，內(nèi)外壁均采用6mm厚鋼板，豎肋采用L75×6角鋼、間距0.5 m，橫肋采用[8槽鋼、間距0.5 m，內(nèi)支撐采用L75×6角鋼組成桁架結(jié)構(gòu)，桁架水平、豎向間距均1m，四周角點(diǎn)處采用十字形加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，底口設(shè)鋼刃腳以增強(qiáng)剛度、利于下沉。封底厚度按抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，封底混凝土厚度按2m計(jì)算，施作時(shí)適當(dāng)增厚0. 3～0.5 m以抵消浮漿、不平整、測(cè)量誤差等影響，抽水后內(nèi)外水壓差9. 182 m，抗浮力一封底混凝土重量十護(hù)筒粘結(jié)力=35 976
k N>浮力=20 660 k N，滿足要求，計(jì)算得圍堰高度為10 m。
圍堰依靠鉆孔樁護(hù)筒、平臺(tái)輔助鋼管樁逐塊拼裝，用倒鏈下放、汽車吊接高。按照吊裝能力將圍堰水平分為12隔艙即12塊，豎向分為3段即3 m+3 m+4 m，重量依次為33，33，44 t。圍堰下沉前先在周邊鋼護(hù)筒外壁距離圍堰安裝位置內(nèi)壁10～15 cm豎向焊接[10槽鋼作為下沉導(dǎo)向，再把底節(jié)圍堰逐塊運(yùn)輸、吊裝到位先臨時(shí)固定再焊接，做焊縫水密性試驗(yàn)合格后，使用鋼護(hù)筒和其外側(cè)管樁上架設(shè)8組212 5a，其上掛倒鏈拉住底節(jié)圍堰，解除底部支承后對(duì)稱均勻地下沉底節(jié)圍堰到位。底節(jié)圍堰下沉到位后，對(duì)稱接高第2節(jié)圍堰，臨時(shí)固定和增加架設(shè)212 5a掛設(shè)倒鏈進(jìn)行倒換，檢驗(yàn)合格對(duì)稱下沉第2節(jié)圍堰，灌注刃腳混凝土、內(nèi)倉注水，依次接高、檢驗(yàn)、注水下沉第3節(jié)圍堰。當(dāng)刃腳尖距設(shè)計(jì)位置50 cm左右停止下沉，測(cè)量后用倒鏈調(diào)整圍堰精確定位，慢慢注水使圍堰平緩著床。著床前用楔形盒支墊鋼刃腳，以確保圍堰穩(wěn)定，及時(shí)用砂袋填筑圍堰刃腳，用袋裝快硬水泥封堵護(hù)筒底部，護(hù)筒內(nèi)拋填不小于5m的砂袋。澆筑封底混凝土前，對(duì)圍堰內(nèi)壁、鋼護(hù)筒外壁封底混凝土厚度范圍內(nèi)進(jìn)行徹底清洗，以保證混凝土和鋼圍堰、鋼護(hù)筒有足夠的粘結(jié)力。最后采用多管2點(diǎn)同時(shí)灌注水下混凝土進(jìn)行封底，同時(shí)抽出圍堰內(nèi)封底混凝土置換的水量。澆筑一段時(shí)間后，檢查各個(gè)區(qū)域混凝土擴(kuò)散情況，流動(dòng)有困難的區(qū)域，增加導(dǎo)管進(jìn)行灌注。
2.4鉆孔、承臺(tái)和墩柱施工、圍堰拆除
封底混凝土等強(qiáng)后，完成鉆孔平臺(tái)剩余部分的型鋼、方木安裝，使用沖擊鉆機(jī)鉆孔，相鄰孔位作為先期施工鉆孔樁的泥漿池，在平臺(tái)上設(shè)置鋼箱泥漿池，使用泵作為泥漿循環(huán)工具。整個(gè)平臺(tái)使用4臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行平行、流水作業(yè)。
鉆孔灌注樁施工完成等強(qiáng)后，抽除圍堰內(nèi)水進(jìn)行承臺(tái)施工，排水的過程中同步安裝2道圍檁支撐。抽水后切割鋼護(hù)筒、鑿除樁頭，清除樁頭附著物綁扎鋼筋，利用圍堰作為模型，泵送混凝土灌注承臺(tái)。圍堰內(nèi)綁扎墩柱鋼筋，立模、灌注混凝土，強(qiáng)度滿足要求后拆除模型。
結(jié)構(gòu)施工完成后在低水位時(shí)切割鋼圍堰，先給圍堰內(nèi)灌水，由潛水員在圍堰內(nèi)水下切割圍堰外壁。切割線設(shè)在底層承臺(tái)頂面處。切割前先沿圍堰內(nèi)壁切割線處設(shè)4對(duì)支撐，以便在切割后保證上下部鋼殼的連接。在墩身和圍堰之間設(shè)2層支撐，以承受切割時(shí)或切割后圍堰受到的水壓力。外壁切割完后，內(nèi)壁板內(nèi)側(cè)做周圈切割線，以便潛水員沿此線進(jìn)行水下切割，切割分塊將圍堰吊出。
3結(jié)語
本特大橋主墩處于河流正中，河床面幾乎沒有泥沙、砂礫等覆蓋層，全是裸露的泥質(zhì)粉砂巖，而且水位較深。針對(duì)河流流速緩，水位深（可行船）、基巖裸露的特點(diǎn)，通過確定“先堰后樁”施工工藝順序，并采用水下控制爆破結(jié)合浮運(yùn)長(zhǎng)臂挖掘機(jī)清底，解決了裸巖鋼圍堰下沉就位控制難題，同時(shí)也預(yù)防了基巖爆破后進(jìn)行鉆孔樁施工時(shí)，護(hù)筒底不密實(shí)導(dǎo)致孔內(nèi)漏漿的現(xiàn)象發(fā)生。實(shí)踐表明，該施工方案質(zhì)量可控、安全可靠，總體施工順序合理，操作性強(qiáng)且成本低、效益好，對(duì)類似橋梁基礎(chǔ)施工具有參照意義。
