謝尉鴻，陳 睿，牟 軍

（1.四川西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510095;2.四川西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510095；3.廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 511431）

1 工程概況

洛溪大橋拓寬工程為廣州市南北向主干道廣州大道快捷化改造系統(tǒng)工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，項(xiàng)目北接廣州大道、三滘立交南側(cè)，往南跨越珠江后航道瀝滘水道，南接105國道。道路等級(jí)為城市主干道，設(shè)計(jì)車速60 km/h。洛溪大橋舊橋于1984年動(dòng)工，1988年建成通車，主橋采用65 m+125 m+180 m+110 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，當(dāng)時(shí)為亞洲同類橋梁之冠，享有“洛溪飛虹”的美譽(yù)。拓寬工程采用雙側(cè)加寬的方式進(jìn)行拓寬，在既有洛溪大橋東、西兩側(cè)各新建一座與舊橋分離的橋梁[1],見圖1。

圖1 洛溪大橋效果圖

新建橋梁主橋采用雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，跨徑組成30m+95m+305m+110 m+30 m=570 m，見圖2。左、右分幅布置，兩側(cè)新橋中心與舊橋中心間距24 m，單幅橋?qū)挒?4.5 m，見圖3。

圖2 斜拉橋立面布置（單位：m）

圖3 斜拉橋橫斷面布置（單位：m）

2 主塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主塔采用變異鉆石型塔，塔墩基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)，承臺(tái)采用八邊形承臺(tái)，承臺(tái)橫橋向?qū)?9.4 m，順橋向?qū)?7.4 m，厚4.5 m。每個(gè)承臺(tái)下采用22根變截面鉆孔灌注樁，按梅花型布置，樁上段直徑為為210 cm（鋼護(hù)筒外徑），長18.5 m；下段直徑為180 cm，長度根據(jù)每個(gè)主墩地質(zhì)情況確定，11.5～23 m不等，總樁長30～41.5 m，見圖4、圖5。主塔基礎(chǔ)處地層主要有海陸交互沉積層、沖積層、殘積層、白堊系下統(tǒng)白鶴洞組猴崗段泥質(zhì)粉砂巖。樁基持力層為微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，單軸飽和抗壓強(qiáng)度約10 MPa,按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

圖4 北側(cè)主塔墩基礎(chǔ)（單位：m）

圖5 南側(cè)主塔墩基礎(chǔ)（單位：m）

為減少新建橋梁基礎(chǔ)對(duì)河道壓縮，降低阻水比，根據(jù)防洪論證報(bào)告要求，北側(cè)主墩承臺(tái)埋置進(jìn)河床覆蓋層，采用低樁承臺(tái)設(shè)計(jì)。南側(cè)主墩根據(jù)航道論證要求，為避免新橋建成后新舊橋橋面較寬形成巷道效應(yīng)，影響行船安全，要求新舊橋中心距盡量縮小，南岸主墩緊貼舊橋防撞圍堰，為避免圍堰施工擾動(dòng)舊橋基礎(chǔ)，影響舊橋安全，南側(cè)主墩采用高樁承臺(tái)設(shè)計(jì)。

3 變截面鉆孔樁發(fā)展歷程及應(yīng)用實(shí)例

3.1 變截面鉆孔樁的發(fā)展歷程

改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國橋梁工程建設(shè)也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。為適應(yīng)不同橋梁結(jié)構(gòu)和不同地質(zhì)情況要求，早在20世紀(jì)80年代我國橋梁建設(shè)者就已提出一套完整的變截面樁基技術(shù)，并成功的應(yīng)用在多個(gè)大型橋梁工程。表1列舉了部分采用變截面鉆孔樁作為橋梁基礎(chǔ)的工程[2]。

表1 采用變截面鉆孔樁工程表

1985年，廣東九江大橋國內(nèi)首次實(shí)行橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工總承包。原設(shè)計(jì)主墩樁基為24根?2.5 m鉆孔灌注樁，為降低工程造價(jià)同時(shí)加快施工進(jìn)度，主墩樁基設(shè)計(jì)優(yōu)化為 18 根（?3m/?2.5m/?2 m）變截面樁。修改設(shè)計(jì)后的18根變截面樁與原設(shè)計(jì)24根?2.5 m樁基抗水平力效果基本相等，并且由于樁尖嵌巖段沒有彎矩只有垂直支承力，在充分利用樁尖巖石強(qiáng)度情況下，又可將嵌巖段樁徑減小到?2 m，大大降低了工程造價(jià)[3]。2003年蘇通長江大橋1 088 m 斜拉橋主墩設(shè)計(jì)中，采用（?2.8 m/?2.5 m）變截面樁，更是打開了變截面樁在1 000 m以上超大跨度橋梁上應(yīng)用的大門。

3.2 近期類似工程與洛溪大橋拓寬工程對(duì)比

表2 、表3列舉了近年來幾座特大橋采用變截面鉆孔樁樁徑情況及樁身鋼筋配置情況。為充分發(fā)揮變截面樁上大下小，上抗彎下提供地基承載力的特點(diǎn)，樁身鋼筋布置基本采用雙層鋼筋籠型式，即直徑較大的上段樁身采用雙層鋼筋籠，可大大提高樁基抗彎能力，直徑較小的下段樁身采用單層鋼筋籠，方便施工。

表2 近期類似工程表

表3 五座特大橋主墩樁身配筋率對(duì)比表

4 采用變截面樁的設(shè)計(jì)意圖

4.1 符合樁基受力特點(diǎn)

本項(xiàng)目采用斜拉橋結(jié)構(gòu)，主墩基礎(chǔ)在運(yùn)營計(jì)算工況組合下彎矩達(dá)389 495 kN·m。樁基受力曲線表明，樁基礎(chǔ)靠近地面區(qū)域?yàn)閺澗剌^大區(qū)段，本項(xiàng)目主墩樁基上段直徑為210 cm，長18.5 m，采用雙層鋼筋籠，主筋直徑28 mm，內(nèi)圈外圈各布置36根，經(jīng)計(jì)算能有效保證主橋基礎(chǔ)抗水平推力及樁基抗彎性能，同時(shí)提高結(jié)構(gòu)抗震性能。而樁基下段直徑為180 cm，此區(qū)域彎矩已經(jīng)極小基本只有垂直支承力作用，經(jīng)計(jì)算足以滿足主墩承載力要求[4]。

4.2 改善經(jīng)濟(jì)性，節(jié)省造價(jià)

采用較大的上段樁徑，相對(duì)小直徑等截面樁，可以有效減少抵抗樁頂水平推力樁基根數(shù)，從而節(jié)省工程造價(jià)。

4.3 降低施工難度

為減緩水流對(duì)原洛溪大橋舊橋基礎(chǔ)的沖刷，舊橋養(yǎng)護(hù)時(shí)在主墩位置河床頂面采取了拋石防護(hù)措施，為方便樁基穿過拋石區(qū)，下段樁基采用較小直徑，可降低施工難度。

4.4 減少主墩承臺(tái)規(guī)模

本工程根據(jù)航道要求，盡量壓縮兩側(cè)新建橋梁與舊橋之間的間距，新橋承臺(tái)施工時(shí)圍堰會(huì)與舊橋圍堰發(fā)生沖突，需對(duì)舊橋圍堰進(jìn)行局部改造。采用變截面樁，主墩基礎(chǔ)樁間距按下段樁基樁徑180 cm控制，可壓縮樁間距，有效減少主墩承臺(tái)規(guī)模，不僅節(jié)省了工程量，同時(shí)減少了舊橋圍堰改造工作量。初步設(shè)計(jì)主墩承臺(tái)尺寸為19 m×21.2 m，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到上述因素，對(duì)主墩承臺(tái)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，主墩承臺(tái)尺寸調(diào)整為17.4 m×19.4 m，承臺(tái)規(guī)模大幅縮小，節(jié)省承臺(tái)工程量16%。

5 主塔基礎(chǔ)施工方案

5.1 變截面樁施工

根據(jù)本工程的地層情況、樁徑及鉆孔深度，選擇技術(shù)性能先進(jìn)、扭矩大、提升能力強(qiáng)的旋挖鉆機(jī)[5]進(jìn)行樁基施工。旋挖鉆機(jī)施工原理是利用可以伸縮的旋式鉆桿在鉆具重量、油缸壓力及動(dòng)力頭扭矩的共同作用下，將地下土、巖屑裝入鉆頭（筒），再用卷揚(yáng)機(jī)提升取土（巖）成孔。鉆機(jī)自動(dòng)定位，垂直旋孔，具有裝機(jī)功率大、機(jī)動(dòng)靈活、施工效率高等特點(diǎn)，配合不同鉆具，可適用于不同孔徑及地質(zhì)條件的成孔作業(yè)，特別適合本項(xiàng)目變截面樁施工，上段樁和下段樁通過選擇不同規(guī)格鉆具實(shí)現(xiàn)樁基截面大小的變化。主塔樁基施工選用徐工集團(tuán)XR400D旋挖鉆機(jī)，最大鉆孔深度110 m，最大鉆孔直徑3.0 m，最大輸出扭矩400 kN·m，整機(jī)工作狀態(tài)重約132 t。本項(xiàng)目實(shí)際施工約48 h即可完成一根樁基成孔作業(yè)，大大加快了施工進(jìn)度。

5.2 北側(cè)主塔承臺(tái)施工

北側(cè)主墩承臺(tái)頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高-2.7 m（廣州城建高程），底面設(shè)計(jì)標(biāo)高-7.2 m；封底混凝土厚2.5 m，封底底面標(biāo)高-9.7 m。承臺(tái)施工期間施工高水位+6.80 m，施工低水位+3.69 m，最大水頭差達(dá)14.0 m，水頭差大、施工風(fēng)險(xiǎn)高，經(jīng)比選采用安全性好的雙壁鋼圍堰進(jìn)行施工。

雙壁鋼圍堰平面采用八邊型，總高度18.5 m，高度方向分3節(jié)制作，從下往上節(jié)段高度依次為7.5 m+6.0 m+5.0 m。壁體寬度1.5 m，圍堰設(shè)置兩層內(nèi)撐系統(tǒng)。雙壁鋼圍堰施工照片見圖6。

圖6 北側(cè)主墩雙壁鋼圍堰施工照片

雙壁鋼圍堰[6]在工廠加工制作、拼裝，驗(yàn)收合格后船運(yùn)至施工現(xiàn)場。平潮水位時(shí)采用“粵東莞工0198”800T起重船吊裝下放至清除后的泥巖上，平穩(wěn)后焊接定位牛腿固定。為保證抽水后高水位工況下圍堰和封底混凝土的抗浮能力，且增加最下一節(jié)圍堰的側(cè)向剛度，圍堰內(nèi)外側(cè)壁之間灌注C20填芯混凝土。承臺(tái)封底混凝土厚度2.5 m，分兩次澆筑完成，第一次澆筑2.2 m水下封底混凝土，養(yǎng)生等強(qiáng)后抽水，澆筑第二層0.3 m混凝土找平層。主墩承臺(tái)混凝土厚度4.5 m，分兩次澆筑成型，澆筑高度2.0 m+2.5 m。

5.3 南側(cè)主塔承臺(tái)施工

南側(cè)主墩承臺(tái)頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高+5.3 m,底面設(shè)計(jì)標(biāo)高+0.8 m；封底混凝土厚2.0 m，封底底面標(biāo)高-1.2 m。承臺(tái)施工期間最大水頭差為8 m，經(jīng)比選采用經(jīng)濟(jì)性較好，施工難度較小的單壁鋼套箱進(jìn)行施工。

套箱采用單壁有底鋼套箱[7]，側(cè)模高度為9.5 m。套箱上承重系統(tǒng)采用2I45b工字鋼作承重梁，下承重系統(tǒng)采用2I45b工字鋼主梁、I45b工字鋼次梁和20 cm厚鋼筋混凝土底板，整個(gè)系統(tǒng)用?32精軋螺紋鋼做吊桿連接，上承重梁支撐在樁基護(hù)筒凹槽內(nèi)。套箱內(nèi)設(shè)置兩道內(nèi)撐圈梁，同時(shí)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處添加豎向支撐桿和水平向點(diǎn)支撐桿。單壁套箱圍堰施工照片見圖7。

圖7 南側(cè)主墩單壁鋼套箱施工照片

套箱在工廠加工制作、拼裝，驗(yàn)收合格后分塊運(yùn)至施工現(xiàn)場，利用16臺(tái)液壓千斤頂同步下放。套箱下放到位后，進(jìn)行承臺(tái)封底施工，封底厚度為2.0 m，分兩次施工，第一層封底采用水下混凝土澆筑，厚1.5 m。套箱抽水后進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換工作，然后澆筑第二層封底混凝土，厚0.5 m。之后綁扎承臺(tái)鋼筋，分層進(jìn)行混凝土澆筑。

6 結(jié) 語

洛溪大橋位于廣州市中心城區(qū)，是連接海珠區(qū)與番禺區(qū)的重要過江通道，是珠江主航道上的標(biāo)志性建筑之一。主塔基礎(chǔ)因地制宜，結(jié)合舊橋基礎(chǔ)及地質(zhì)情況，采用變截面鉆孔灌注樁，充分發(fā)揮了變截面樁的優(yōu)點(diǎn)，既保證了樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力，又減少了承臺(tái)規(guī)模，降低了新建橋梁基礎(chǔ)對(duì)舊橋基礎(chǔ)的影響，節(jié)省了工程造價(jià)。北岸、南岸主墩承臺(tái)分別采用雙壁鋼圍堰、單壁鋼套箱進(jìn)行施工，工藝成熟，施工有保證，目前，本項(xiàng)目主塔基礎(chǔ)施工進(jìn)展順利，已完成全部樁基施工及一個(gè)承臺(tái)澆筑。洛溪大橋主塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工可為以后同類型橋梁建設(shè)提供參考。