拼組式渡輪、浮平臺在深水裸巖橋梁基礎施工中的應用

徐小祥 （鐵道戰(zhàn)備舟橋處，山東 齊河 251100）

1 工程概況

福建南平聯(lián)絡線高速公路工程閩江特大橋位于福建省南平市，該橋跨閩江（4級通航），主橋上部結構采用（81+1×150+81）變截面懸澆剛構箱梁，下部構造采用箱型墩鉆孔灌注樁基礎，水中2個主墩（7#和8#墩），每個墩分左右幅，每幅6根鉆孔灌注樁（端承嵌巖樁，樁徑2.8m）承臺設計為高樁承臺。

該橋閩江300年一遇流量38837m3/s，流速3.5m/s，設計水位+70.35m，設計最高通航水位+65.6 m，最低通航水位+57.5m。施工測時水位為+59.5m，流速1m/s左右，墩位處江面寬約350m，主墩水深15m~28m，7#~8#墩之間為預留施工通航孔位。

大橋水中墩河床部分表層為粉質(zhì)粘土和卵石層，其下依次為碎塊狀云母強風化、中風化、弱風化花崗巖層，粉質(zhì)粘土和卵石層覆蓋層很薄或基本上沒有。

2 水中墩基礎總體施工方案確定

該橋由于水中主墩7#、8#墩墩位處水很深，河床地質(zhì)為巖石層，基本無松散覆蓋層或覆蓋層很薄，普通鋼棧橋、固定鉆孔平臺不易施工，或者施工安全不易控制，風險較大，不經(jīng)濟。另外施工時要預留通航航道，過往船只也不少，材料設備運輸難以直接通過貫通棧橋?qū)崿F(xiàn)，大型水上浮吊或駁船受交通條件影響無法進駐現(xiàn)場施工區(qū)域河段。綜合以上因素，決定采用如下總體施工方案。

利用現(xiàn)場岸邊具備施工便道及碼頭等有利條件，考慮到通航要求及安全度汛要求，優(yōu)先考慮選用拼組水上20t浮吊作為主要施工吊裝設備，采用拼裝式渡輪進行水上材料設備人員運輸，采用水上浮平臺進行水中鉆孔灌注樁施工的施工方案進行施工水中墩樁基礎，承臺墩身即可采用常規(guī)鋼吊箱施工方案進行施工。即首先平整現(xiàn)場江岸邊便道，修筑運輸渡輪碼頭，然后利用25t或50t汽車吊吊裝器材設備下水，快速拼組1臺20t浮吊和2艘100t水上運輸渡輪（994機動舟配合頂推），最后利用浮吊拼裝2個鉆孔浮平臺平臺移至墩位處錨定進行鉆孔樁施工，鋼筋籠、灌注樁混凝土采用渡輪運輸，罐車、地泵上渡輪，2艘渡輪連續(xù)施工。鉆孔完成后，采用20t浮吊迅速拆除鉆孔浮平臺，并利用浮吊逐個完成方形鋼吊箱圍堰來施工承臺墩身。浮吊配合護筒埋設、鉆孔、鋼吊箱過程吊裝施工。

對該橋水中墩施工綜合比選后認為：采用水上浮吊吊裝、渡輪運輸、浮平臺鉆孔施工靈活，較鋼棧橋、固定平臺以及浮橋施工快速高效，能大大加快施工進度，施工也較方便，施工成本低，同時具有受洪水影響相對較小、施工安全、施工風險易于控制等諸多優(yōu)勢。

采用該水中墩方案主墩施工工藝流程為：岸上便道填筑→碼頭填筑及搭設→水上浮吊施工設備下水拼組→渡輪拼組施工→鉆孔浮平臺拼裝定位施工→鉆孔樁施工→鉆孔浮平臺拆除→鋼吊箱圍堰施工→鋼吊箱圍堰水下混凝土封底→鋼吊箱圍堰內(nèi)抽水→承臺、墩身施工。

3 渡輪浮運作業(yè)施工

3.1 施工準備

為方便水中墩施工和設備材料進場的要求，需要在閩江兩岸大堤邊填筑施工便道通到岸邊碼頭位置，在施工便道的一側(cè)靠近岸邊位置填筑一塊面積約為100m2的器材設備下水碼頭，主要用來停放汽車吊，臨時堆放材料，方便器材、設備和材料裝船下水。

在9#~10#墩道路靠閩江岸邊修建2個碼頭一個高水位碼頭（頂標高+62m），一個低水位碼頭（頂標高+64m）。碼頭尺寸6m×6m，采用鋼鋼混凝土結構形式，碼頭前端用鋼筋混凝土澆筑一個前靠墩，靠墩上掛上舊輪胎，用來緩沖渡輪進檔時的沖擊力。

3.2 渡輪結構設計與拼組施工

渡輪拼組采取器材設備下水碼頭利用汽車吊進行拼組。在岸上岸邊碼頭與浮平臺之間需采用2艘渡輪來回運送材料設備。渡輪浮體采用標準舟節(jié)拼組，每艘渡輪共使用14節(jié)標準舟節(jié)（9m×2.7m×1.65m）和4節(jié)分水節(jié)，標準舟節(jié)和分水節(jié)用螺栓拼組成一個整體，外部平面尺寸為30m×10.8m（前端局部加寬為16.2m）。在浮體上用公路橋面和墊梁拼組成一個長24m、寬4.2m的橋面，作為貨車、罐車等車上船的路面，在橋面尾部和兩側(cè)各設置一個車檔，防止車滑入水中。由于水位有變化，所以在渡輪前端設置一個跳板梁，用來調(diào)整汽車上船的坡度，跳板梁用起吊架和錨機進行起落控制。渡輪施工結構圖見圖1。

圖1 渡輪施工結構圖

3.3 渡輪浮運車輛作業(yè)步驟

①材料運輸貨車（或罐車等其他運輸車輛）沿岸邊道路開上碼頭，根據(jù)水位高低選擇進入高水位碼頭或低水位碼頭。

②機動舟頂推渡輪進入碼頭，當渡輪前端頂上前端靠墩時迅速控制錨機放下跳板梁，使跳板梁正好落入碼頭的卡槽內(nèi)。

③連接固定好跳板梁，渡輪帶好纜繩，貨車開上渡輪。

④貨車停穩(wěn)后，控制錨機吊起跳板梁，松開渡輪纜繩，機動舟倒檔，渡輪退出碼頭。

⑤機動舟頂推渡輪在江中調(diào)頭，朝浮平臺方向駛?cè)ァ?/p>

⑥渡輪靠上浮平臺，落下跳板梁，利用浮平臺固定渡輪，利用浮吊進行卸車作業(yè)或連接混凝土輸送管道進行混凝土澆注等相應作業(yè)。

⑦貨車在卸完貨后，空車開上渡輪，渡輪將貨車運回上碼頭。

4 浮平臺鉆孔作業(yè)施工

4.1 浮平臺施工結構設計與拼組

浮平臺船采用16個標準舟節(jié)拼組成2個5.4m×36m的單元浮體。兩單元間拉開16.2m~17.2m的空擋。空擋上主要用9組I55工字鋼連接2個單元浮體組成鉆孔浮平臺船。I55工字鋼上根據(jù)鉆孔需要鋪設其他型鋼和鋼板搭設鉆孔作業(yè)平臺。浮平臺四角布設4臺電動錨機，與水中混凝土重力錨相連，設置“八”字錨纜。為確保平臺穩(wěn)定性及鉆孔精確性要求，在平臺四角外側(cè)通過沖擊鉆機引孔插打埋設4根Φ720定位鋼管樁，樁頂之間用型鋼連接成整體增強穩(wěn)定性。組裝好的浮平臺自重約120t，自重吃水約0.3m，2臺鉆機（每臺鉆機考慮重量50t）鉆孔施工時吃水約0.55m。拼組完成后由2臺機動舟移運到墩位處進行定位錨定。浮運平臺船的拼組在岸邊臨時碼頭進行，采用水上20t浮吊配合定位樁作業(yè)及護筒埋設等吊裝作業(yè)。浮平臺施工結構圖見圖2。

4.2 浮平臺鉆孔作業(yè)施工要點

圖2 浮平臺施工結構圖

4.2.1 浮平臺拋錨初步定位

首先在岸上加工錨定設備如混凝土重力錨（10~15t）和拋錨浮筒（浮標用），然后利用搭設好的浮平臺兼做拋錨船或者單獨拼組一艘專用拋錨船進行拋錨。利用吊機吊裝預先在岸上預制的混凝土重力錨上拋錨船，安裝拋錨鋼絲繩、浮標及相應鋼絲繩等之后，通過全站儀或GPS測量配合，將錨逐個按要求拋在設計位置。然后浮平臺錨機連接錨定裝置，通過錨機調(diào)整平臺進行定位，反復多次調(diào)整纜繩，直到浮平臺中間空擋滿足護筒埋設施工要求位置為止。

4.2.2 浮平臺精確定位

為確保平臺穩(wěn)定性及鉆孔精確性要求，在平臺四角外側(cè)通過沖擊鉆機引孔插打埋設4根Φ720定位鋼管樁來對平臺進行固定定位，減少鉆孔過程中浮平臺晃動移位。引孔采用沖擊鉆機直接沖擊成孔，清渣采用投放粘土等材料造漿浮渣和渣漿泵、空壓機等吸渣。鋼管樁嵌入巖層深度設計為3m，鋼管樁插入引孔孔位調(diào)整垂直度后，采用外套3m長、直徑1.5m的大護筒沉放到底進行水下灌注嵌入巖層部分混凝土，利用管樁在船體四角布設4個活動定位框架，這樣結合四角設置的鋼纜繩即可將浮平臺固定牢固，實現(xiàn)準確定位。

4.2.3 護筒設計及埋設

該橋鉆孔樁直徑2.8m，水深最大為28m，護筒設計采用直徑3.2m、壁厚14mm、護筒長度30m，重量達34t。護筒埋設前采用潛水員探摸護筒位置河床，若不平整，需先采用大直徑?jīng)_擊鉆沖孔將護筒底部沖平整，然后再下放護筒。深水裸巖河床鉆孔樁護筒埋設是關鍵工序。由于現(xiàn)場水上浮吊最大吊重為20t，遠遠滿足不了施工要求。故可采用的施工方法一般有以下兩種：第一種采取在浮平臺安裝龍門吊進行吊裝，這要求浮平臺浮體加大加寬，投入大，施工相對繁瑣，施工效率低；第二種方法是先利用浮吊拼接下放底節(jié)，超過浮吊吊裝噸位后，改用浮吊吊裝上部各節(jié)接高，再用簡易導向吊裝門架配備2個20t倒鏈緩慢下放整節(jié)，此方法投入相對較小，施工程序稍多，護筒重量較浮吊吊裝能力稍大時常采用。為充分發(fā)揮現(xiàn)場設備優(yōu)勢，決定采用第三種新方法施工，即利用20t浮吊分節(jié)吊裝拼接，在護筒底節(jié)底部用混凝土封閉（混凝土澆筑1.5m高度），然后利用浮力邊灌水邊拼裝接高下放，注意控制灌水標高和接高重量（計算確定），此法施工簡單方便。

護筒沉放至河床基底后，為保證鉆孔不漏漿以及護筒的穩(wěn)定性，需要在護筒外圍套放3m高、直徑6m的單壁鋼套箱圍堰進行護筒底部水下封底施工。封底采用2套導管進行封底，要確保封底連續(xù)完成。

4.2.3 鉆機上平臺進行鉆孔作業(yè)

護筒埋設完成后，開始對稱布置鉆機進行鉆孔作業(yè)，根據(jù)水位情況適時調(diào)整纜繩松緊程度。每個平臺布置2臺鉆機，鉆機易選擇液壓式?jīng)_擊鉆機，平臺晃動性很小，鉆孔快，擴孔系數(shù)小，鉆孔精度高。鉆孔完成后，利用浮吊挪動鉆機、配合安裝鋼筋籠、灌注混凝土等吊裝施工。

5 安全施工注意事項

①施工前對施工水域及岸邊的障礙物進行實地堪察，必要時進行河床掃測，確保渡輪施工安全。

②收集施工地點的水文、地質(zhì)、氣象、船舶避風港停泊點以及可以利用的社會資源等有關資料，并進行綜合分析，從而制定防風、防汛等有效措施和應急預案。

6 結 語

該橋在水中墩施工條件復雜的情況下，創(chuàng)造性的選用鐵路舟橋器材拼組浮平臺、渡輪和浮吊配合基礎施工，特別是利用小型浮吊進行護筒吊裝埋設施工方法，解決了內(nèi)河無大型水上吊裝設備時大噸位護筒吊裝的技術難題。同時利用渡輪、浮平臺施工方法施工對航道影響小，施工周期短，施工安全可控，為今后類似橋梁基礎施工提供參考和借鑒。

[1] JTJ041-2000,公路橋涵施工技術規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2000.

[2] 馮康炎.深水裸巖嵌巖樁的浮式平臺“栽樁”施工[A].2008 全國橋梁學術會議論文集[C].北京：人民交通出版社,2008.