試論鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制技術

周榮貴

摘要：鐵路特大橋水下長鉆孔灌注樁施工難度大，施工過程中根據地質情況采用了合理的施工工藝和方法，保證了每一根樁的施工質量，為水下長鉆孔灌注樁程施工積累了可供借鑒的技術資料。在穗莞深項目東江北干流特大橋水上部分施工過程中，通過做實前期策劃，優化施工技術方案，認真落實各項工作，實現了東江北水中橋梁施工有序推進，并取得了一定成績，對鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制作出了技術分析。

Abstract： It is difficult to construct long-distance bored piles for railway super-large bridges. During the construction process， reasonable construction techniques and methods are adopted according to the geological conditions to ensure the construction quality of each pile. The construction has accumulated technical materials for reference. During the construction of the water part of the Dongjiang North Main Bridge of the Suiguan-Shenzhen project， through the pre-planning， optimization of the construction technical plan， and conscientious implementation of various tasks， the bridge construction in Dongjiang North Water has been promoted in an orderly manner and has achieved certain results. A technical analysis was made on the construction control of underwater bored piles of railway super large bridges.

關鍵詞：鐵路特大橋;鉆孔灌注樁施工;水下

Key words： railway special bridge;bored pile construction;underwater

中圖分類號：U445.55+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）15-0114-03

1 ?工程概況

廣東穗莞深城際軌道項目正線長度8.694km，位于廣州和東莞兩市。包括：新塘左線特大橋（1370.6m）、新塘右線特大橋（1325m）、新塘站特大橋（1139m）、東江北干流特大橋（5110m）和中堂站特大橋（1145m），計5座特大橋;并承擔全線292孔簡支箱梁的預制及架設、17.2公里無砟軌道及范圍內的地方道路還建、河道和管線改移等施工任務。本工程合同工期28個月，項目合同額12億元。工程施工情況如圖1所示。

東江北干流特大橋水上部分為全線的控制工程，73#-80#墩跨越東江北干流，共8個水中墩。江面寬520多米，水深5～15m，水流速度1.5m/s，潮汐影響2～4米;東江北為內河-Ⅲ級航道，要求雙向通航，大型船舶過往頻繁，日通行量1000多艘，橋區上下游兩側緊挨大型砂場、碼頭;橋址區域內的土層主要分布為中砂、粉質粘土、全風化、強風化、中風化含礫砂巖和泥質砂巖等。

橋梁水中部分橋跨布置為[1-45m+1-35m+（75+2×125+75）m+1-25m]，橋梁基礎采用鉆孔樁基礎和深水低樁承臺，橋墩采用圓端形實體墩，上構為大跨度預應力混凝土連續梁，75#、76#、77#為連續梁主墩。水中施工采用鋼棧橋+平臺的方式，承臺基礎采用雙壁鋼圍堰。

2 ?鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制前期準備

2.1 項目方案出現的問題分析

項目進場后，針對水上橋梁部分，在公司前期策劃小組的指導下，認真研究并深入分析相關文件、設計圖紙，積極收集同類工程施工經驗，從技術、安全、進度、成本等方面全面的分析對比， 發現存在以下幾個問題并提出了初步設想：

①東江北干流為內河-Ⅲ級航道，要求雙向通航，大型船舶過往頻繁，日通行量1000多艘;設計圖紙要求在施工階段也采用雙向臨時通航，即河中的76號主墩采用獨立平臺、船舶運輸的方式施工，安全風險大，施工成本高。 針對該問題，可否將棧橋延伸至76號墩，將用船舶橫渡施工改為通過棧橋施工，臨時雙孔通航改為單孔通航。如圖2所示。

②所有承臺均埋置于河床以下，且埋置深度較深，通過分析設計地質資料，橋址區域內的土層主要分布為中砂、粉質粘土、全風化、強風化、中風化含礫砂巖和泥質砂巖等。按常規施工方式水下爆破開挖難度大，成本高。針對承臺均埋置于河床以下施工難度大的問題，可否將全部或部分承臺抬高，如圖3所示。

③原設計73-79號承臺采用雙壁鋼套箱圍堰施工;80號承臺采用鋼板樁圍堰施工。通過清單分析，雙壁鋼套箱單價19624.03元/噸，通過了解同類工程施工成本，綜合單價均超過2萬/噸，若按原設計施工，勢必虧損。可否將雙壁鋼套箱圍堰變更為鋼板樁圍堰施工;針對現場實際地質情況，并將水下開挖改為抽水后干挖，取消水下封底混凝土。

2.2 項目方案解決對策

①項目多次與廣州、東莞兩市的海事、航道部門溝通，最終同意了單孔通航的施工方案。將棧橋由75#墩延伸至76#墩（增加棧橋長度125m），如此可直接利用棧橋進行材料、設備的運輸，不需要運輸船、浮吊、錨艇等設備長時間（18個月）頻繁的橫向穿越航道作業，施工期不占用航道，施工干擾小、效率高、安全風險及施工成本均大大降低。

②東江北干流特大橋73#、74#墩的承臺基礎埋于河床面下，承臺底部進入中風化層1～3m?；A鋼圍堰施工中，基底部巖層常規破碎方法不可行，須采取水下爆破的方式。水下爆破首先要大范圍挖除河床表面的砂層，再對外露巖層實施爆破;挖除大面積覆蓋層和水中基坑破除巖層的實施難度大，且周邊是船塢廠、砂場碼頭，基本不具備作業條件;同時，廣東省水利廳文件明確說明江內的承臺不能露出河床面，因此原設計將73#、74#墩承臺基礎埋于河床面下。

③通過收集國內外類似工程相關資料，咨詢局內外相關專家，認真研究分析，制定了初步的鋼板樁圍堰施工技術方案，經過局、公司的評審，最終確定采用該方案。

3 ?鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制技術分析

東江北干流河道地質變化起伏較大，根據地質情況，鋼板樁圍堰實施的成敗關鍵點是76號主墩。

①科學依據分析，首先對河床標高、地質情況、水流速、潮汐變化等情況進行了復核，進行了地層滲透性試驗、土質軟化及強度試驗、抽水試驗等試驗，為詳細的方案編制提供依據。

②對每項方案都需嚴格審核，通過前期的各類試驗，進而對鋼板樁的選用、鋼板樁圍堰整體設計、圍囹支撐方式、圍囹整體下放方式、圍囹拆除及體系轉換方式、基坑干挖、變形及失穩安全監控方案等方案進行了完善，并經局、公司領導、專家和國內知名專家進行了詳細評審。

③項目推進。

1）根據項目前期做的調查準備結合施工前評審意見，項目部制定了以80#墩為鋼板樁圍堰（18m）工藝性試驗施工，在80#施工過程中驗證了前面的各種試驗以及測試了高壓射水吸泥法、無封底干挖法的可行性。

2）在有了80#墩鋼板樁圍堰施工的經驗后，項目以77#墩為深水鋼板樁圍堰（24m）工藝性試驗施工。主要驗證了長鋼板樁插打施工方法、支撐下放及體系轉換施工方法、對圍堰內的水強抽后干挖施工方法，施工逐步推進，確保施工安全可控。

3）在前面深水圍堰施工取得了成功后，項目最后總結施工過程中的經驗，以及針對性的對76#墩進行高壓射水插打鋼板樁等試驗，最后確定對于基巖地質較淺處的76#墩圍堰施工，采用了 “引孔+板樁跟進+護樁”的施工技術。對于引孔主要選用了3種設備及工藝對比，并進行了沖擊引孔及旋挖引孔的工藝性試驗，最終確定采用旋挖引孔。（圖4、5、6）

在完成“引孔+板樁跟進+護樁”，項目又對圍堰進行了抽水試驗，通過抽水試驗分析發現可能會出現管涌的情況，因此后續又增加了雙層鋼板樁、管涌注漿、堵漏處理技術。經過不斷研究、認真組織，最終圓滿完成76#墩承臺施工。

4 ?施工控制技術的標準化管理

東江北干流特大橋水中施工，北岸側于2014年5月開始，南岸側于2014年8月開始。（因地方砂場等拆遷問題無法解決，地方海事、航道部門不予辦施工許可，無法進場施工;過程中，不斷努力，經過多次的交流、溝通等，在征拆問題未解決的情況下，取得了施工許可證）。截止目前水中樁基、承臺、主墩已全部完成，邊墩、連續梁正在作業中。

4.1 組織全員工藝培訓，認真落實技術交底

我們深知要將一項嶄新的施工工藝落實到現場，必須依靠全體項目參建人員共同努力，也就要求每一名參建人員對工藝了如指掌，為此在工程實施前和實施過程中，采用多種方式開展全員工藝培訓及交底，過程中將工藝的每一個步驟分解成通俗易懂的大樣圖，懸掛在場地旁，用于指導施工。

4.2 嚴格過程控制，保證工藝質量

工程實施過程中加強施工過程控制，嚴格執行三檢制度，關鍵工點由技術扎實，業務能力好，責任心強的人員主管負責，同時對各個技術人員劃分責任區段，責任劃分明確，杜絕不合格工程進入下道工序。

4.3 堅持領導帶班作業，確保施工安全

水上圍堰基礎施工實行24小時跟班作業，且保證作業中至少有1名項目分管領導和技術人員帶班;當日帶班領導填寫統一格式的記錄表，并由安全總監負責督促、檢查;定期召開反饋分析會，分析現場存在的安全質量問題，及時制定預防措施。

4.4 建立健全應急預案，沉著應對突發情況

通過分解工序，分析事故易發點，建立安全隱患臺賬，針對性的編制應急預案，定期組織演練、演習，備齊應急物資。

建立水上聯動預警機制，將項目部主要管理人員手機號碼納入海事處預警系統，及時掌握特殊天氣信息及潮汐變化情況;通航河道上下游設置警戒船，鋼棧橋出入口和航道處圍堰實施24小時視頻監控，若發現特殊情況，及時啟動應急預案。

4.5 采用信息化監控，實時掌握結構穩定動態

為確保圍堰在各階段施工期間的安全性，項目部專門委托第三方對水中鋼板樁圍堰進行了全方位的施工監測。施工過程中通過實測數據檢驗了圍堰設計方案所取參數的正確性，及時調整了支撐高度等設計參數，取得了良好的工程效果。

5 ?鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制技術達到的經濟效益及技術成果

為確保圍堰在各階段施工期間的安全性，項目部專門委托第三方對水中鋼板樁圍堰進行了全方位的施工監測。施工過程中通過實測數據檢驗了圍堰設計方案所取參數的正確性，及時調整了支撐高度等設計參數，取得了良好的工程效果。

①實現單孔通航施工方案，將棧橋由75#墩延伸至76#墩（增加棧橋長度125m），僅直接成本投入減少約400多萬元（僅租賃運輸船、浮吊、錨艇、碼頭費扣除增加棧橋費用）。如表1所示。

②圍堰基坑開挖采用挖機干挖的方式，水下封底混凝土原設計6638m3，方案優化為改為50-70cm厚的墊層混凝土，方量約1541m3，節約砼約5000m3，節約成本約200萬元。

③將73#、74#承臺抬高至河床上，降低了施工難度，節約了施工成本約100萬元。

④水中7個承臺選用鋼板樁圍堰進行施工，實際按75#、76#、77#、78#四個承臺圍堰的用量投入，重量為1490.9T;還有采用鋼板樁圍堰施工無需大型船機設備;鋼板樁可租賃，施工簡便，圍堰鋼材完全回收，共節約施工成本約2800萬元。

⑤通過積極開展技術攻關，實現了深水淺覆蓋層嵌入式承臺施工技術革新，先后獲得國家專利2項，公路工程工法1項，省級工法1項，公路協會科技創新成果二等獎2項，局級工法2項，局技術革新成果一等獎1項，核心期刊發表論文2篇等成績。隨著水中施工基本結束，目前正對水上施工技術進行全面總結，進一步申報科技創新成果。

6 ?結語

綜上所述，以上方案得以實施并取得一定的成果主要得力于局、公司的正確領導和大力支持。目前本項目任務仍非常艱巨，我們將一如既往發揚謙虛謹慎、積極向上的精神，繼續加強學習、提高思想認知水平和項目管理水平，使項目的工作開展更加堅實，為項目最終取得良好成績而不懈努力。

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