五道白河特大橋30＃主墩圍堰施工關鍵技術研究

李二偉 趙少強

(中鐵七局集團有限公司勘測設計研究院 河南鄭州 450016)

1 引言

近年來，隨著高速鐵路建設的迅速發展，跨河橋梁工程的修建越來越多。復雜地質與水文導致深水基礎施工安全風險越高、施工難度越大，特別是在建工程位于水電站蓄水回流區域內所導致的河床凸凹不平、覆蓋層薄、水位變幅快等不利施工環境。

敦化至白河鐵路五道白河特大橋T構連續梁30＃主墩臨近北岸山體的主河槽中，距離下游兩江水電站約16 km，位于回水范圍內。該流域冬季蓄水發電，水深約12.5 m；夏季泄洪排水，水深約5.8 m，水位變幅最大6.7 m。存在河道不通航、水中粗圓礫土層堅硬、結冰期長且冰層厚、年有效施工期短等特點，為深水基礎施工帶來了較大難題。

深水基礎施工常采用鎖口鋼管樁[1-2]、雙壁鋼圍堰[3-4]等施工技術。但針對下游大壩放水檢修期20 d、水深約1.8 m的短暫低水位有利時機，采用上述方案都存在投入多、工期長等缺點。

本文利用堆土筑壩改移河道，進而抽排明挖基坑＋安裝鋼板樁圍堰的新工藝，合理利用短暫低水位期，達到圍堰與鋼護筒同步快速施工、降低施工難度、節約工期與成本的目的。

2 工程概況

2.1 工程簡介

30＃主墩基礎采用鉆孔樁＋承臺結構形式。鉆孔樁采用20根φ1.8 m灌注樁；承臺為矩形，承臺結構尺寸為21.4 m×15.6 m×5.0 m。承臺底標高527.717 m，承臺頂標高532.717 m，河床面標高為532.250 m。

圖1 3-(80＋80)m雙線T構連續梁布置圖(單位:m)

2.2 工程地質和水文氣象條件

如圖2所示，30＃主墩位置處上覆地層為中砂，灰褐色，稍密，含少量泥土；粗圓礫土，灰褐色，中密，飽和，成分主要為砂巖。下伏或出露侏羅系上統長財組(J3c)砂巖，其中全風化砂巖為褐灰色，原巖結構構造基本已破壞，呈砂土狀，手掰易碎；強風化砂巖為褐灰色，砂質結構，主要礦物成分由石英、長石等組成，錘擊聲悶，易碎；弱風化砂巖為灰褐色，砂質結構，主要礦物成分由石英、長石等組成，錘擊聲脆，不易碎。

五道白河漲水季節為每年的10月至次年6月，水面寬度約為324 m，水位標高在541.000～544.7 m左右；枯水季節為每年的7月至9月，水面寬度約為120 m，經過汛期泄水后的水位標高在538.000～540.000 m左右。

橋址區年平均氣溫4.3℃，極端最低氣溫-37.1℃，最冷月平均氣溫-15.2℃，最熱月平均氣溫20.8℃，最大積雪深度40 cm，平均風速2.2 m/s，最大結冰層厚度1 m，結冰期為每年11月份至次年3月份。

圖2 30＃主墩地質剖面圖(單位:m)

3 圍堰施工方案研究

3.1 工期因素

敦化至白河鐵路工程總工期48個月，有效施工工期28個月。即每年可施工作業的時間為4月至10月，1月至3月及11月至12月為冬休期，不能進行主體工程施工。由于施工標段位于長白山自然保護區境內，其林木茂盛，無進場道路，導致地質勘探或補勘工作滯后，影響了設計圖紙的按期交付。五道白河特大橋為全線控制性工程，在施工工期特別緊張的情況下，需優先進行主墩基礎施工，而30＃主墩臨近河岸側，相比河中26＃與28＃主墩，更易于開展作業面。

3.2 水文因素

2017年9月下旬進場道路拉通后，恰逢下游兩江水利樞紐大壩壩體檢修，檢修期為20 d，檢修時對河道進行泄水處理，泄水后橋址區水位高程不大于534.000 m。待檢修結束后的一個月內水位會逐漸升高至544.7 m左右，兩江水利發電站進入冬季發電時期。這段檢修期為30＃主墩基礎快速施工提供了有利條件。

3.3 地質因素

30＃主墩位置處河床面覆蓋層較薄，下伏硬度較大的粗圓礫土與砂巖，且承臺埋置于粗圓礫土層中，這為鉆孔樁鋼護筒的插打、圍堰施工及清基帶來了極大困難。但可采取低水位期填土筑島[5]、改移河道的方式，將水中施工變為陸上施工，進而利用放坡開挖，解決鋼護筒插打、圍堰定位、清理基巖的技術難題。

6）加強庫內通風換氣。經常檢查，一旦發現虎皮病有發生苗頭，立即組織出庫銷售，杜絕病害蔓延，避免整庫果實染病，造成重大損失。

3.4 方案比選

綜合工期、水文、地質等情況，對30＃主墩圍堰總體施工方案及圍堰類型進行了比選。圍堰總體施工方案比選見表1[6]，圍堰類型比選見表2[7-8]。

通過以上綜合分析可知，先堰后樁法更能充分利用檢修期的有利時機，為圍堰快速施工提供條件，達到降低施工難度，進而有效縮短工期、降低成本的目標。

由表2可知，在改移河道、抽水開挖基坑前提下，鋼板樁圍堰更具有優越性。

表1 圍堰總體施工方案比選

表2 _圍堰類型比選

3.5 施工方案

在30＃主墩范圍外填土筑壩用于改移河道，然后基坑放坡明挖至封底混凝土底面[9]，在鋼板樁圍堰位置搭設定位支撐架，圍堰內部安裝鋼護筒定位架，之后安裝鋼護筒及鋼板樁，待圍堰閉合后，干封澆筑封底混凝土，使底部鋼板樁與鋼護筒固結于封底混凝土中；再后拆除圍堰定位支撐架及鋼護筒定位架，接高鋼護筒、安裝剩余內支撐，完成圍堰全部施工；最后利用鋼護筒搭設鉆孔平臺[10]，進行鉆孔樁作業，待鉆孔樁施工完成后，抽水施工承臺及墩身出水。堆土筑壩平面見圖3，鋼板樁圍堰布置如圖4所示。

圖3 30＃主墩堆土筑壩平面布置(單位:m)

4 圍堰施工關鍵技術

4.1 基坑筑壩開挖

從北岸山體側開始沿30＃墩承臺臨水三面填筑隔水壩，改移河道走向，水壩寬度不小于6 m，壩頂面標高不小于535.000 m。采用3臺挖掘機配合破碎錘同時放坡開挖基底至承臺底以下2 m處，進入砂巖頂面位置。開挖過程中在臨水側設置3套抽水泵進行抽水，開挖至基底后設置排水溝，并在四角設集水井，繼續抽排基坑內積水。

圖4 30＃主墩鋼板樁圍堰總布置圖

4.2 條基施工

在鋼板樁底口位置處用高壓水槍將基底洗凈，支模澆筑0.8 m高度條形基礎，一是便于鋼板樁安裝時底口平齊，保證垂直度；二是用于埋設鋼板樁定位支撐架預埋件，便于鋼板樁的定位安裝及提高施工過程中的整體穩定性。預埋件在圍堰內外側各設置16件，如圖5所示。

圖5 鋼板樁定位支撐架預埋件平面布置(單位:mm)

4.3 支撐架安裝

4.3.1 鋼板樁定位支撐架安裝

鋼板樁定位支撐架由導向立柱、斜撐桿、環向限位框梁及圍堰第二層內支撐組成[11]。導向立柱栓接在內外側的條基基礎預埋件上，采用長度為7.5 m的φ325×8 mm鋼管，每根鋼管側面焊接25b斜撐桿。在外導向立柱的內側壁頂底口位置處各焊接一道環向限位框梁，在內導向立柱的外側壁底口位置焊接一道環向限位框梁，頂口頂面安放圍堰第二層內支撐圈梁及斜對撐鋼管，如圖6所示。

4.3.2 鋼護筒定位架安裝

由于開挖后的砂巖頂面不平整，為方便鋼護筒安裝及定位準確，在鋼護筒位置處用砂漿找平，并安裝利用槽鋼焊接的井字形骨架，如圖7所示。

4.4 鋼板樁及鋼護筒吊裝

鋼板樁吊裝采用1臺80T履帶吊沿順時針方向進行。首先吊裝第一根角樁，調整角樁位置及垂直度，滿足要求后與圍堰第二層內支撐圈梁焊接牢固。開始吊裝第二根鋼板樁，調整位置后與上一根鋼板樁咬合緊密，依此類推完成鋼板樁拼裝合龍。

圖6 鋼板樁定位支撐架安裝現場

圖7 鋼護筒定位架安裝

在鋼板樁吊裝的同時，利用另外1臺80T履帶吊吊裝鋼護筒。護筒高度22 m，分2節吊裝，每節11 m。第一根護筒位置、垂直度檢查合格后，與圍堰第二層內支撐的斜對撐鋼管進行臨時連接，繼續吊裝第二根鋼護筒，依此類推安裝完成20根鋼護筒安裝，如圖8所示。

圖8 鋼板樁與鋼護筒安裝

4.5 干封封底混凝土

鋼板樁及第一節鋼護筒安裝完成后，拆除鋼板樁定位支撐架的導向立柱、斜撐桿、環向限位框梁，以及鋼護筒定位架，采用高壓水槍清洗基坑底，待基坑內雜物清理干凈時，利用2臺汽車泵澆筑封底混凝土，歷時18 d，完成了鋼板樁圍堰第一階段的拼裝施工。

4.6 鋼護筒接高及圍堰第一層內支撐安裝

在鋼板樁圍堰施工時北岸側棧橋也同期開展，當大壩檢修期結束、水位開始上漲時，利用棧橋站位履帶吊繼續進行第二節鋼護筒的接高及鋼護筒間聯結系焊接工作。鋼護筒接高完成后，繼續施工圍堰第一層內支撐，待第一層內支撐施工完成后，圍堰內回灌水，保持內外水平衡。至此完成了鋼板樁圍堰的全部安裝施工。

4.7 鉆孔樁平臺搭設

待11月河面結冰后，利用冰面焊接鋼護筒牛腿。為保證焊接質量，在焊接部位設置暖棚進行保暖，之后安裝分配梁，搭設貝雷片，鋪裝鋼橋面板，形成鉆孔樁作業平臺。

4.8 承臺及墩身出水施工

2018年4月至7月完成了鉆孔樁施工，此時圍堰外水位不超過540.000 m，圍堰設防水位541.000 m。拆除鉆孔樁平臺后，圍堰內抽水至封底混凝土頂面，割掉鋼護筒，鑿除樁頭，支模綁扎承臺及破冰棱鋼筋，進行承臺混凝土澆筑。承臺混凝土強度達到設計要求后，拆除模板，回填承臺與圍堰內壁孔隙，并澆筑混凝土圈梁與承臺頂面平齊，然后拆除圍堰第二層內支撐中的對撐，支模綁扎墩身鋼筋[12]，澆筑墩身混凝土，待強度滿足要求后，翻模并回灌水，拆除圍堰第一層內支撐中的對撐，繼續施工墩身直至出水。墩身施工見圖9。

圖9 墩身施工

5 結束語

本文通過對五道白河特大橋30＃主墩圍堰施工技術進行分析，得出以下結論:(1)圍堰施工方案及類型應結合地質、水文、氣象、工期等因素認真細致比選，既能正確指導施工又能降低施工難度；(2)合理利用低水位期，結合堆土筑壩改移河道，采用抽排明挖基坑＋鋼板樁圍堰拼裝方式施工圍堰，解決了鋼板樁與鋼護筒堅硬地層插打不到位難題，又提高了施工精度，實現了快速施工的目的；(3)采取先裝底層圈梁與內支撐，后施作鋼板樁，一方面提高了鋼板樁受力性能，能適應更高水頭差，相比鎖口鋼管樁或鋼套箱，節約成本，另一方面作為鋼板樁安裝的限位裝置，節省了臨時支撐設施的投入；(4)圍堰與鋼護筒同期施工，且利用河道結冰面進行鉆孔樁平臺搭設，有效節約了工期。