沅江特大橋深水基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

梅文勇

(石長(zhǎng)鐵路有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

1 工程概況

石長(zhǎng)鐵路增建第二線(xiàn)沅江特大橋位于常德市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，橋址區(qū)為平原丘陵地區(qū)，地形平坦，堤壩縱橫，港汊交織，渠塘密布，橋梁全長(zhǎng)3.748 km，跨越沅江段為(62+4×96+92+66)m連續(xù)梁，6個(gè)水中墩，其中66#～69#為4個(gè)深水墩，每墩9根樁，樁徑2.5 m，最大樁長(zhǎng)69 m。沅江水系流域面積F=87 475 km2，百年設(shè)計(jì)流量Q1%=38 800 m3/s，百年設(shè)計(jì)水位H100=41.53 m，設(shè)計(jì)流速Vp=3.10 m/s，水深、湍急。工期緊，水中基礎(chǔ)要求在2010年6月30日前全部完成，工期短，任務(wù)急。因此，采取何種施工方案，既要確保安全，滿(mǎn)足施工進(jìn)度的要求，又要技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理，對(duì)本橋的施工至關(guān)重要。

2 深水基礎(chǔ)施工總體方案及難點(diǎn)

本橋施工的關(guān)鍵在于主橋64#～71#墩的施工，特別是深水基礎(chǔ)的施工，該部分方案是否合理，不僅關(guān)系到施工成本、工期，而且也關(guān)系到施工質(zhì)量和施工安全，因此需要進(jìn)行全方位系統(tǒng)分析論證。針對(duì)本橋深水基礎(chǔ)施工方案，經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)文件的分析，根據(jù)目前掌握的相關(guān)資料，對(duì)深水中的66#～69#墩提出如下施工方案。

采用水上施工平臺(tái)和雙壁鋼套箱的施工方案，即先采用浮吊搭建鋼管樁和貝雷梁的水上施工平臺(tái)，然后插打鋼護(hù)筒，采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工，鉆孔樁施工完成后，拆除施工平臺(tái)，浮吊安裝雙壁鋼套箱，鋼套箱下沉到位后進(jìn)行封底混凝土施工及承臺(tái)混凝土施工。施工平臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸為30 m×27 m，平臺(tái)頂面標(biāo)高為36.0m。采用φ1 020 mm鋼管樁作基礎(chǔ)，貝雷梁和I 45工字鋼做橫、縱梁，Ⅰ25工字鋼作分配梁，8 mm厚壓花鋼板作平臺(tái)面。

在進(jìn)行水上施工平臺(tái)施工時(shí)，進(jìn)行鋼棧橋施工，鋼棧橋采用鋼管樁和貝雷梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)鋼棧橋來(lái)完成施工過(guò)程中設(shè)備和材料的水平運(yùn)輸。同時(shí)在本橋65#～66#墩之間棧橋下游一側(cè)修建臨時(shí)碼頭。鋼棧橋全長(zhǎng)453 m，橋面寬6 m，采用φ1 020 mm鋼管樁作基礎(chǔ)，鋼管樁橫向中心間距400 cm。Ⅰ45工字鋼作橫梁，貝雷梁作縱梁，［20槽鋼滿(mǎn)鋪?zhàn)鳂蛎?。臨時(shí)碼頭尺寸為6 m×24 m矩形布置，具體施工工藝同平臺(tái)。

本工程的主要施工難點(diǎn)為:①深水鋼棧橋設(shè)計(jì);②深水基礎(chǔ)水上施工平臺(tái)設(shè)計(jì);③深水基礎(chǔ)鋼護(hù)筒定位技術(shù)。

3 深水基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鋼棧橋設(shè)計(jì)

沅江百年設(shè)計(jì)水位H100=41.53 m，河床底最低標(biāo)高11 m，根據(jù)分析鋼棧橋頂面標(biāo)高設(shè)為36.00 m，鋼棧橋樁基礎(chǔ)在水中的懸臂長(zhǎng)度達(dá)35 m，這給鋼棧橋的穩(wěn)定性和抗洪水沖刷能力提出了極大的挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析本方案從2個(gè)方面加以解決。

(1)基礎(chǔ):如果采取常規(guī)的φ500鋼管樁做基礎(chǔ)，棧橋穩(wěn)定問(wèn)題存在極大的安全隱患。為此本棧橋下部結(jié)構(gòu)采用φ1 020，壁厚10 mm的鋼管基礎(chǔ)，鋼管樁橫向中心間距400 cm。每墩設(shè)2根鋼管樁(除制動(dòng)墩外)，在水面以上采用φ600的鋼管進(jìn)行橫向連接，形成整體，確保橫向穩(wěn)定。同時(shí)為了增加鋼棧橋的橫向穩(wěn)定性能，要求在鋼棧橋與施工平臺(tái)對(duì)應(yīng)的位置，與施工平臺(tái)進(jìn)行橫向連接。

(2)上部:常規(guī)貝雷梁鋼棧橋的跨徑多以12 m、15 m較為經(jīng)濟(jì)合理，但是考慮到沅江的特點(diǎn)，如果將棧橋的跨徑取的過(guò)小，會(huì)嚴(yán)重增加對(duì)河道的阻流作用，進(jìn)而增加水流對(duì)棧橋的沖擊荷載，不利于棧橋的安全，為此根據(jù)橋梁的跨徑組合特點(diǎn)，提出采取大跨徑棧橋設(shè)計(jì)理念，在構(gòu)造合理的前提下，主要采用18 m跨徑的上部結(jié)構(gòu)形式。

本工程鋼棧橋的總體布置形式如圖1所示。64#墩側(cè)，鋼棧橋長(zhǎng)330 m，分3聯(lián)，用以滿(mǎn)足66#、67#、68#墩的施工需求;71#墩側(cè)鋼棧橋長(zhǎng)123 m，為整體1聯(lián)，主要用于滿(mǎn)足69#墩的施工需求。

3.2 大噸位水上施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

本工程水上施工平臺(tái)的總體布置形式如圖2所示，施工平臺(tái)的頂面標(biāo)高為36.00 m，平臺(tái)寬25 m，寬30 m，平臺(tái)上布置有施工設(shè)備材料存放區(qū)和錯(cuò)車(chē)平臺(tái)。由于該橋所處的沅江汛期水位較高，流速大，為此水上施工平臺(tái)的下部結(jié)構(gòu)采用φ1 020，壁厚10 mm的鋼管樁做基礎(chǔ)。平臺(tái)采取上下兩層井字形結(jié)構(gòu)形式，平臺(tái)底層順橋向設(shè)有4組8片I 45工字鋼，頂層橫向設(shè)有9組18片單層貝雷梁，在貝雷梁上布置間距為40～50 mm的I 25工字鋼，平臺(tái)面板采用8 mm厚的壓花鋼板。

根據(jù)計(jì)算本橋的水上施工平臺(tái)公設(shè)置24根φ1020鋼管樁來(lái)承受豎向施工荷載，在下游設(shè)置2根斜度為1∶5的斜樁來(lái)抵抗水流壓力，增加水上施工平臺(tái)的橫向穩(wěn)定性能。

圖1 鋼棧橋布置示意

圖2 鋼棧橋示意

圖3 鋼護(hù)筒定位示意

3.3 深水鋼護(hù)筒定位技術(shù)

鋼護(hù)筒的定位關(guān)系到鉆孔樁的平面位置和垂直度，因此其定位非常重要。結(jié)合本工程的具體特點(diǎn)，在經(jīng)過(guò)大量調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上提出，采用已經(jīng)施工好的水上施工平臺(tái)的下層橫撐和上面的貝雷梁作為支撐面，然后針對(duì)每根鋼護(hù)筒分別在施工平臺(tái)的下層橫撐和貝雷梁頂面設(shè)置定位器(圖3)，鋼護(hù)筒定位器的中心位置采用全站儀精確定位，誤差控制在10 mm范圍內(nèi)，上下兩個(gè)定位器的高度不小于500 cm，定位器的邊長(zhǎng)比鋼護(hù)筒外徑大50 mm。并通過(guò)上、下兩個(gè)定位器來(lái)調(diào)整鋼護(hù)筒下沉的垂直度。

在鋼護(hù)筒下沉著床時(shí)，盡量選擇風(fēng)平浪靜的條件下施工，在鋼護(hù)筒插入河底100 cm后，要重新測(cè)量鋼護(hù)筒的垂直度，如果不滿(mǎn)足要求(1/200)，則提起重新就位下沉。

為避免鋼護(hù)筒在水流荷載作用下，在定位器位置發(fā)生變形，在鋼護(hù)筒頂端向下7 m范圍內(nèi)每隔2 m焊接一道“米”字撐。

4 結(jié)論及建議

本文以石長(zhǎng)鐵路沅江特大橋?yàn)榫唧w工程實(shí)例對(duì)深水基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和探討，提出了一整套深水基礎(chǔ)施工方案和關(guān)鍵技術(shù)，取得了較好的工程應(yīng)用效果。在2010年沅江洪水位達(dá)到37.65 m的情況下，本橋上游和下游的類(lèi)似工程棧橋和平臺(tái)均被沖毀的情況下，本文提出的方案在洪水作用下安然無(wú)恙，不僅保證了棧橋和平臺(tái)的安全，避免了經(jīng)濟(jì)損失，更關(guān)鍵的是在工期緊張的情況下，為施工爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。通過(guò)本工程的具體使用情況，對(duì)今后類(lèi)似工程建議如下:

(1)在深水湍急的河道內(nèi)搭設(shè)鋼棧橋，盡量采用較大的跨徑，適當(dāng)增加下部結(jié)構(gòu)的剛度。

(2)深水基礎(chǔ)鋼護(hù)筒的定位技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)施工影響非常大，要盡量利用平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行上下限位方式進(jìn)行鋼護(hù)筒的定位，以提高定位的精度。

［1］周水興，何兆益，鄒毅松，等．路橋施工計(jì)算手冊(cè)［M］．人民交通出版社，2001

［2］TB 10002.5－2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［3］JTJ024－85公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］