透水層深基坑橋臺基礎(chǔ)施工方法的探索和運(yùn)用

何 必

(四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司,四川成都 610017)

1 工程概述

米亞羅中橋位于國道317線汶川至馬爾康公路米亞羅鎮(zhèn)，全橋為4×16 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋，橋臺為重力式U型橋臺，橋梁全長74.06 m，橋梁全寬10.50 m。橋位處于萊蘇河和米亞羅沖溝兩河匯流處，根據(jù)沖刷計算，橋臺基礎(chǔ)埋置深度為5.5 m。橋位地質(zhì)以漂卵石土、卵礫石以及粉土質(zhì)礫石土為主，具有強(qiáng)透水性，由于基礎(chǔ)位于流水面以下，基坑排水困難(圖1、圖2)。

圖1 米亞羅中橋全橋總體布置(單位：cm)

圖2 米亞羅中橋橋址現(xiàn)場

2 試驗研究的意義

米亞羅中橋0#橋臺位于萊蘇河和米亞羅沖溝兩河匯流處，基底深度為常水位以下約5 m，橋臺基礎(chǔ)以漂卵石土、卵礫石為主，其透水性良好。河床比降較大，水流速度較快。橋臺基坑開挖難以成型，基坑排水非常困難，如何解決橋臺基礎(chǔ)混凝土的澆筑成為0#臺施工的關(guān)鍵所在。

3 橋臺結(jié)構(gòu)形式的比選

在米亞羅中橋0#橋臺施工過程中，針對橋臺基礎(chǔ)開挖后排水非常困難的情況下，對橋臺的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了多方案的比選，提出了重力式U型橋臺、樁柱式橋臺設(shè)計方案。

3.1 重力式U型橋臺

優(yōu)點(diǎn)：橋臺施工工藝成熟，技術(shù)含量較低，工程進(jìn)度以及工程質(zhì)量易控制。與路基銜接協(xié)調(diào)自然，臺身前墻防沖刷能力強(qiáng)，保證臺后填土路基的穩(wěn)定性。

缺點(diǎn)：基坑滲水嚴(yán)重，排水非常困難，基礎(chǔ)混凝土澆筑困難。

經(jīng)濟(jì)性：工程數(shù)量、材料單價與施工單位投標(biāo)清單項一致，工程變更量小。

3.2 樁柱式橋臺

優(yōu)點(diǎn)：樁基礎(chǔ)施工方便，基坑水流對工程影響較小。

缺點(diǎn)：在樁基施工完成后，需對樁基礎(chǔ)加設(shè)L型擋墻進(jìn)行沖刷防護(hù)，擋墻基礎(chǔ)的施工將面臨重力式橋臺基礎(chǔ)深水施工的同樣問題；與路基的銜接難以協(xié)調(diào)一致，臺背路基壓實，特別是蓋梁底的壓實難以保證。

經(jīng)濟(jì)性：工程數(shù)量、材料單價與施工單位投標(biāo)清單項完全不一致，工程變更量較大。

通過橋臺施工方案比選，問題主要集中在如何解決結(jié)構(gòu)物水下混凝土施工。借鑒橋梁沉井施工部分工藝，根據(jù)實際情況進(jìn)行改進(jìn)和運(yùn)用，提出四側(cè)關(guān)模不封底進(jìn)行沉箱法施工。

4 施工方法的探索

4.1 施工準(zhǔn)備

在澆筑米亞羅中橋0#橋臺混凝土?xí)r，首先應(yīng)做好詳細(xì)的施工組織計劃。施工準(zhǔn)備包括檢查，做好材料的儲存和堆放，根據(jù)實際工程規(guī)模檢查混凝土的拌合能力、運(yùn)輸機(jī)械能力以及混凝土澆筑能力。做好人員(包括施工人員以及管理人員)的配備以及電力供應(yīng)，以防止外部因素對工程質(zhì)量的影響。

4.2 基礎(chǔ)的筑島開挖

基礎(chǔ)水下混凝土的澆筑，必須保證水下混凝土在澆筑過程中水泥漿不流失，由于橋臺處水流速度較快，施工時采用筑島圍堰進(jìn)行基礎(chǔ)的開挖。使橋臺基坑內(nèi)的水保持靜水狀態(tài)。基坑的筑島高度應(yīng)比施工時的最高流水位高出0.5 m，以保證基坑內(nèi)水不流動。筑島材料采用透水性好，易于壓實的碎石土，保證筑島不被水流沖毀。

由于橋臺基礎(chǔ)埋置深度較深，常水位線較高，受水流的影響，基坑塌孔時有發(fā)生。防止基坑的坍塌造成基坑尺寸的不足，基礎(chǔ)開挖時，根據(jù)現(xiàn)場實際地質(zhì)情況，采用擴(kuò)大開挖，嚴(yán)禁欠挖，必須保證橋臺基礎(chǔ)的基本尺寸。施工采用橋臺擴(kuò)大基礎(chǔ)基底平面和標(biāo)高的控制，對橋臺基坑的四個角點(diǎn)以及中心高程的控制，保證橋臺基礎(chǔ)尺寸。

4.3 關(guān)模

米亞羅中橋0#橋臺基礎(chǔ)原設(shè)計為7.7 m×13.3 m×1.3 m+5.5 m×11.9 m×1.3 m雙層C25片石混凝土基礎(chǔ)，總方量235 m3。施工時，設(shè)計優(yōu)化為7.7 m×13.3 m×1.3 m雙層C30水下混凝土基礎(chǔ)，優(yōu)化后設(shè)計混凝土方量：267 m3。施工時采用兩層基礎(chǔ)一次澆筑。外壁模板采用定型鋼模板。施工搭設(shè)模板時，采用角鋼和鋼管內(nèi)支撐和外支撐，以保證箱體不變形破壞(圖3、圖4)。

圖3 橋臺基礎(chǔ)關(guān)模施工

圖4 橋臺基礎(chǔ)外壁模板搭設(shè)

4.4 橋臺基礎(chǔ)分割

由于橋臺基礎(chǔ)體積較大，處于兩河匯流處，且水位較深，基礎(chǔ)以塊碎石土為主，透水性良好。基坑水難以排干，在施工單位施工能力有限的條件下，大體積水下混凝土澆筑施工難度較大且質(zhì)量難以保證。

根據(jù)以上具體的施工條件，根據(jù)施工單位水下混凝土的拌合和運(yùn)輸能力將基礎(chǔ)等分成3×5=15小塊，保證每一個混凝土導(dǎo)管澆筑混凝土量進(jìn)行體積控制。分割沉箱可根據(jù)實際的施工條件，采用竹膠板或帶肋定型鋼模板。由于施工后分割模板不取出，故分割模板還需考慮施工成本，竹膠板造價較低，定型鋼模施工成本較高。

4.5 基礎(chǔ)的連接

竹膠板分割關(guān)模，需設(shè)置連接筋，保證基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后基礎(chǔ)的整體性。連接筋采用φ12 mm鋼筋，按20 cm間距布設(shè)，連接筋長度為60 cm，相鄰分隔塊兩端各30 cm布設(shè)。保證混凝土澆筑完成后基礎(chǔ)的整體性。竹膠板分割關(guān)模施工成本較低，建議采用。

定型鋼模分割關(guān)模，采用帶肋的鋼模板，并用φ12 mm鋼筋設(shè)置拉桿，施工完成后不取出，模板的粗糙面、型鋼以及內(nèi)模板支撐可完全保證基礎(chǔ)的整體性。定型鋼模板施工成本較高，但施工質(zhì)量較好(圖5、圖6)。

圖5 橋臺基礎(chǔ)模板搭設(shè)

圖6 橋臺基礎(chǔ)模板體積的分割

4.6 澆筑平臺的搭設(shè)

在橋臺基礎(chǔ)關(guān)模完成后，進(jìn)行混凝土澆筑平臺的搭設(shè)。利用模板支撐以及腳手架進(jìn)行澆筑平臺的搭設(shè)，其上鋪設(shè)人行木板，作混凝土的澆筑的通道及施工平臺。待以上程序施工完成，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收后，進(jìn)行水下混凝土的澆筑。

4.7 水下混凝土的澆筑

水下混凝土澆筑時，應(yīng)計算好混凝土的方量，以及提管速度的控制，以避免出現(xiàn)夾層等事故的發(fā)生。由于橋臺擴(kuò)大基礎(chǔ)的深度不同于一般橋梁樁基礎(chǔ)的深度，靠水下混凝土自身重力保證其密實度，混凝土材料參照橋梁樁基礎(chǔ)水下混凝土的相關(guān)規(guī)定，混凝土坍落度控制在150～200 mm。灌注水下混凝土?xí)r，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管的作用半徑來計算導(dǎo)管的間隔和導(dǎo)管的根數(shù)。米亞羅中橋0#橋臺采用15等分小塊，每塊混凝土方量為17.8 m3。水下混凝土導(dǎo)管采用300 mm直徑，采用15根導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土的澆筑。建議有條件的情況下最好采用輸送泵進(jìn)行混凝土的輸送澆筑。

米亞羅中橋0#橋臺基礎(chǔ)施工時，水下混凝土導(dǎo)管采用300 mm直徑，混凝土罐車每次運(yùn)送混凝土方量不得小于7 m3。其他工點(diǎn)可根據(jù)施工單位混凝土的拌合能力，混凝土罐車的數(shù)量以及運(yùn)距進(jìn)行綜合考慮。目的為保證水下混凝土澆筑的連續(xù)性，保證混凝土澆筑質(zhì)量。

水下混凝土的澆筑可根據(jù)橋梁樁基澆筑的施工程序進(jìn)行，嚴(yán)格控制提管的速度，防止堵管以及由于提管較快引起混凝土夾層和緊縮情況的發(fā)生，保證工程施工質(zhì)量。

基礎(chǔ)澆出水面以后可按普通混凝土的澆筑方法進(jìn)行澆筑，采用振動棒配合混凝土的施工。橋臺基礎(chǔ)的表面應(yīng)保持粗糙，可根據(jù)臺身圬工性質(zhì)預(yù)埋連接石、預(yù)埋鋼筋或在基礎(chǔ)混凝土初凝前進(jìn)行臺身的澆筑，保證基礎(chǔ)和臺身的整體性，確保臺身質(zhì)量。

5 結(jié)論與建議

米亞羅中橋橋臺基礎(chǔ)的施工，將傳統(tǒng)的排干水基坑進(jìn)行混凝土澆筑優(yōu)化為在靜水狀態(tài)下進(jìn)行較大體積混凝土澆筑，解決了山嶺重丘區(qū)，特別是地震多發(fā)地區(qū)以塊碎石土或漂卵石土為主的地質(zhì)，結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)滲水嚴(yán)重，排水困難，混凝土澆筑困難的常見問題。在加快地震災(zāi)區(qū)災(zāi)后基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，保證工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，節(jié)約工程投資以及確保作業(yè)人員施工安全有著重要的意義和作用。