沅江特大橋深水基礎施工關鍵技術

梅文勇

(石長鐵路有限責任公司，湖南長沙410007)

1 工程概況

石長鐵路增建第二線沅江特大橋位于常德市經濟開發區內，橋址區為平原丘陵地區，地形平坦，堤壩縱橫，港汊交織，渠塘密布，橋梁全長3.748 km，跨越沅江段為(62+4×96+92+66)m連續梁，6個水中墩，其中66#～69#為4個深水墩，每墩9根樁，樁徑2.5 m，最大樁長69 m。沅江水系流域面積F=87 475 km2，百年設計流量Q1%=38 800 m3/s，百年設計水位H100=41.53 m，設計流速Vp=3.10 m/s，水深、湍急。工期緊，水中基礎要求在2010年6月30日前全部完成，工期短，任務急。因此，采取何種施工方案，既要確保安全，滿足施工進度的要求，又要技術可行，經濟合理，對本橋的施工至關重要。

2 深水基礎施工總體方案及難點

本橋施工的關鍵在于主橋64#～71#墩的施工，特別是深水基礎的施工，該部分方案是否合理，不僅關系到施工成本、工期，而且也關系到施工質量和施工安全，因此需要進行全方位系統分析論證。針對本橋深水基礎施工方案，經過對設計文件的分析，根據目前掌握的相關資料，對深水中的66#～69#墩提出如下施工方案。

采用水上施工平臺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，然后插打鋼護筒，采用反循環鉆機進行鉆孔樁施工，鉆孔樁施工完成后，拆除施工平臺，浮吊安裝雙壁鋼套箱，鋼套箱下沉到位后進行封底混凝土施工及承臺混凝土施工。施工平臺設計尺寸為30 m×27 m，平臺頂面標高為36.0m。采用φ1 020 mm鋼管樁作基礎，貝雷梁和I 45工字鋼做橫、縱梁，Ⅰ25工字鋼作分配梁，8 mm厚壓花鋼板作平臺面。

在進行水上施工平臺施工時，進行鋼棧橋施工，鋼棧橋采用鋼管樁和貝雷梁結構，通過鋼棧橋來完成施工過程中設備和材料的水平運輸。同時在本橋65#～66#墩之間棧橋下游一側修建臨時碼頭。鋼棧橋全長453 m，橋面寬6 m，采用φ1 020 mm鋼管樁作基礎，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槽鋼滿鋪作橋面。臨時碼頭尺寸為6 m×24 m矩形布置，具體施工工藝同平臺。

本工程的主要施工難點為:①深水鋼棧橋設計;②深水基礎水上施工平臺設計;③深水基礎鋼護筒定位技術。

3 深水基礎施工關鍵技術

3.1 鋼棧橋設計

沅江百年設計水位H100=41.53 m，河床底最低標高11 m，根據分析鋼棧橋頂面標高設為36.00 m，鋼棧橋樁基礎在水中的懸臂長度達35 m，這給鋼棧橋的穩定性和抗洪水沖刷能力提出了極大的挑戰。經過仔細分析本方案從2個方面加以解決。

(1)基礎:如果采取常規的φ500鋼管樁做基礎，棧橋穩定問題存在極大的安全隱患。為此本棧橋下部結構采用φ1 020，壁厚10 mm的鋼管基礎，鋼管樁橫向中心間距400 cm。每墩設2根鋼管樁(除制動墩外)，在水面以上采用φ600的鋼管進行橫向連接，形成整體，確保橫向穩定。同時為了增加鋼棧橋的橫向穩定性能，要求在鋼棧橋與施工平臺對應的位置，與施工平臺進行橫向連接。

(2)上部:常規貝雷梁鋼棧橋的跨徑多以12 m、15 m較為經濟合理，但是考慮到沅江的特點，如果將棧橋的跨徑取的過小，會嚴重增加對河道的阻流作用，進而增加水流對棧橋的沖擊荷載，不利于棧橋的安全，為此根據橋梁的跨徑組合特點，提出采取大跨徑棧橋設計理念，在構造合理的前提下，主要采用18 m跨徑的上部結構形式。

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

3.2 大噸位水上施工平臺設計

本工程水上施工平臺的總體布置形式如圖2所示，施工平臺的頂面標高為36.00 m，平臺寬25 m，寬30 m，平臺上布置有施工設備材料存放區和錯車平臺。由于該橋所處的沅江汛期水位較高，流速大，為此水上施工平臺的下部結構采用φ1 020，壁厚10 mm的鋼管樁做基礎。平臺采取上下兩層井字形結構形式，平臺底層順橋向設有4組8片I 45工字鋼，頂層橫向設有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，平臺面板采用8 mm厚的壓花鋼板。

根據計算本橋的水上施工平臺公設置24根φ1020鋼管樁來承受豎向施工荷載，在下游設置2根斜度為1∶5的斜樁來抵抗水流壓力，增加水上施工平臺的橫向穩定性能。

圖1 鋼棧橋布置示意

圖2 鋼棧橋示意

圖3 鋼護筒定位示意

3.3 深水鋼護筒定位技術

鋼護筒的定位關系到鉆孔樁的平面位置和垂直度，因此其定位非常重要。結合本工程的具體特點，在經過大量調研和分析的基礎上提出，采用已經施工好的水上施工平臺的下層橫撐和上面的貝雷梁作為支撐面，然后針對每根鋼護筒分別在施工平臺的下層橫撐和貝雷梁頂面設置定位器(圖3)，鋼護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，上下兩個定位器的高度不小于500 cm，定位器的邊長比鋼護筒外徑大50 mm。并通過上、下兩個定位器來調整鋼護筒下沉的垂直度。

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

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

4 結論及建議

本文以石長鐵路沅江特大橋為具體工程實例對深水基礎施工關鍵技術進行了分析和探討，提出了一整套深水基礎施工方案和關鍵技術，取得了較好的工程應用效果。在2010年沅江洪水位達到37.65 m的情況下，本橋上游和下游的類似工程棧橋和平臺均被沖毀的情況下，本文提出的方案在洪水作用下安然無恙，不僅保證了棧橋和平臺的安全，避免了經濟損失，更關鍵的是在工期緊張的情況下，為施工爭取了寶貴的時間。通過本工程的具體使用情況，對今后類似工程建議如下:

(1)在深水湍急的河道內搭設鋼棧橋，盡量采用較大的跨徑，適當增加下部結構的剛度。

(2)深水基礎鋼護筒的定位技術對基礎施工影響非常大，要盡量利用平臺的結構特征，進行上下限位方式進行鋼護筒的定位，以提高定位的精度。

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

［2］TB 10002.5－2005鐵路橋涵地基和基礎設計規范［S］

［3］JTJ024－85公路橋涵地基與基礎設計規范［S］