浅覆盖层深水基础施工技术

浅覆盖层深水基础施工技术林树奎，孙莉，赵志峰（中交二航局第二工程有限公司400042）发表于《重庆建筑大学学报》29期摘要：本文对忠县长江大桥浅覆盖层和无覆盖层深水基础施工进行了介绍，该桥7＃～12＃墩全部为水中墩，各个水中墩设计结构型式和施工方法各不相同，有无底单壁钢套箱、异形刃角双壁圆形钢围堰、平底刃角双壁圆形钢围堰、平底刃角双壁方形钢围堰、有底圆形双壁钢吊箱和有底方形双壁钢吊箱，几乎堰涵盖了长江上游水中基础的各种结构型式，施工中应用了导向船、定位船、锚碇系统、浮式平台钻孔、支撑桩和钢围堰吸泥辅助下沉等施工措施，通过本桥的基础施工并结合近年来的工程实践，提出了一些探讨性的看法，供同行参考。关键词：浅覆盖层无覆盖层深水基础施工FoundationConstructionofZhongxianChangjiangBridgeunderThinnestSuperstratumandDeepWaterConditionLinshukui，SunLi，Zhaozhifeng(ChinaCommunications2ndNavigationalBureau2ndEngineeringCo.,Ltd.400042)【SUMMARY】TheconstructionmethodofdeepwaterfoundationinthinnestsuperstratumandnosuperstratumofZhongxianChangjiangBridgeisdiscussedinthispaper.No7～No.12piersofthisbridgeareallunderwaterandeverypiers’designedfabircmodelandconstructionmethodologyisdifferent.Theformsofunderwaterfoundationinclude:singlewallsuspendedsteelbox-cofferdamwithoutbottom,doublewallscircularsteelcofferdamwithabnormalcuttingshoe,doublewallscircularsteelcofferdamwithlevelcuttingshoe,doublewallssquaresteelcofferdamwithlevelcuttingshoe,doublewallscircularsuspendedsteelbox-cofferdam,doublewallssuqaresuspendedsteelbox-cofferdam,whichcoversnearlyallthestructuralformsofunderwaterfoundationinChangjiangRiverUpstreamArea.Theconstructionmethodologyrelatedtoeachfoundationformisintroducedseparately.Orientationboat,alignmentboat,anchorsystem,boringonfloatingplatform,supportingpile,steelconfferdamwithsoilsuctioningforsinkageconstructionmethodsareapplied.ProbingintotheconstructiondetailsandEngineeringpracticesinrecentyears,theconstructionexperienceofunderwaterfoundationisputforwardforreference.【KEYWORD】ThinnestsuperstratumNosuperstratumDeepwaterFoundationConstruction1工程概况忠县长江大桥位于忠县县城上游8km处，东起康家沱，跨越马粪碛及长江主航道。桥位处江面宽约1130m，水深17m左右，深泓线偏忠县岸。忠县长江大桥主桥为205m＋460m＋205m的三跨斜拉桥，长江大桥主桥为205m＋460m＋205m的三跨斜拉桥，石柱岸主引桥为112m＋200m＋112m的连续刚构桥。其中7＃～12＃墩全部为水中墩。桥型布置图2基础施工方案研究工期32个月，自2005年8月25日开工，合同约定至2006年7月要达到＋160m标高，即超过三峡蓄水水位＋156m。工期非常紧，要在一个枯水期完成水中墩施工，有必要在方案上进行优化，在保证施工质量的前提下尽量选择工期短的施工工艺且要满足对成本影响不大的条件。2.17＃墩7＃墩原设计为筑岛围堰，完成陆上钻孔灌注桩施工后进行大开挖，进行承台施工。现场勘测地形和地质条件与勘查设计有差异，水流流速大、墩位处地形陡峭，筑岛围堰施工不可行。召集业主、监理和设计在现场开办公会，确定由原设计的筑岛围堰变更为无底单壁钢套箱施工。2.28＃墩8＃墩墩位处河床无覆盖层，为弱风化细砂岩裸露，高程为118m～121m。原设计为为高桩承台结构，由14根直径φ250cm的钻孔灌注桩及圆柱形承台构成。钻孔灌注桩桩长35m；封底砼厚度为5m，承台直径为φ2500cm，厚度6m，顶、底面标高分别为133.28m、127.28m，承台砼方量为2945.2m3。施工程序：2.2.1岸上加工钢围堰；水中定位船、导向船就位，安设钢围堰锚碇系统。2.2.2钢围堰拼装接高下沉至设计高程。2.2.3插打外围6根钢护筒入基岩，形成临时定位锚固桩，将定位钢护筒与钢围堰联接成整体；插打其余钢护筒并固结。2.2.4清除钢围堰底板杂物，浇筑封底砼；2.2.5钻孔灌注桩施工。2.2.6钢围堰内抽水，绑扎承台钢筋，浇注承台砼。施工准备时利用测深仪进行了河床标高的测量，发现河床标高高差大、钢吊箱围堰底板与河床距离小，底板无法拆除，无覆盖层根本无法插打钢管桩和钢护筒，同时设计上的施工工序复杂，工期长，施工质量很难保证，根据黄石长江大桥施工经验，针对本桥实际情况提出采用异形刃角钢围堰施工，并得到了业主、设计和监理的同意，通过开专家会最后确定设计变更。施工工序：1）导向船就位2）首节钢围堰拼装、下放3）钢围堰接高4）钢围堰着床、支垫、就位5）钢围堰堵漏、钢护筒埋设6）封底砼浇注7）钻孔灌注桩施工8）钢围堰内抽水，绑扎承台钢筋，浇注承台砼。2.39＃墩9＃墩墩位处河床无覆盖层，为弱风化细砂岩裸露，高程为118.98m～120.00m。过渡墩基础为高桩承台结构，由8根直径φ300cm的钻孔灌注桩及矩形承台构成。钻孔灌注桩桩长29m；封底砼厚度为6m；承台平面尺寸为31.8×12.5m，厚度6m，顶、底面标高分别为132.78m、126.78m，承台砼方量为2352.8m3。原设计施工方法同8＃墩，根据河床地形实际勘测资料，河床高差不大，高差最大处约1m左右，设计变更为平底刃角钢围堰。2.410＃墩10＃主墩基础为低桩承台结构，由19根直径φ300cm的钻孔灌注桩及圆柱形承台构成。钻孔灌注桩桩长34.5m；封底砼厚度为6.5m；承台直径为φ3300cm，厚度6m，顶、底面标高分别为129.28m、123.28m，承台砼方量为5132m3。10＃墩墩位处河床覆盖层为卵（砾）石，厚度3～5m，顶面高程为119.74m～120.68m，底面高程119.74m～117.16m。设计采用钢围堰吸呢下沉施工。2.511＃墩11#墩处于三峡工程的回水区和长江航道的深弘线。三峡二期水位，施工水深平均23米，墩位附近流速1.7m/s，墩位处河床高程112.59m～117.54m。覆盖层主要有细砂、卵石层，粉细砂层分布于墩位西部，厚度2.4m～5.9m，卵石层分布于河床表层，厚3.90-11.70m。和10#墩同为主塔墩基础的承台相同，承台下设置19根直径3m的钻孔桩，桩间距6m，桩长44.5m。钢吊箱为圆形双壁结构，外径36m，内径33m，双壁间距1.5m，和10#墩围堰不同的是带有底板，无须下沉着床着岩，吊箱底板系统为钢框架结构，底板总重265t。先在墩位处拼装浮式平台，形成传统钢管桩才能成型的钻孔桩施工操作平台，克服了长江上游深水浅覆盖层的不利地质条件。钻孔桩成型后，利用嵌套在桩基上的钢护筒作为受力结构完成传统钢套箱的安装定位施工。在浮式平台成型钻孔桩的同时，可以进行钢围堰套箱的拼装工作。2.612＃墩12＃墩墩位处河床无覆盖层，为弱风化细砂岩裸露。过渡墩基础为高桩承台结构，由8根直径φ300cm的钻孔灌注桩及矩形承台构成。钻孔灌注桩桩长29m；封底砼厚度为4m；承台平面尺寸为31.8×12.5m，厚度6m，顶、底面标高分别为138.78m、132.78m，承台砼方量为2352.8m3。设计施工方法为利用浮式平台钻4根支撑桩，而后进行下放围堰封底，再施工钻孔灌注桩。本墩完全按设计施工工艺施工。3、浅覆盖层深水基础具体施工工艺及实施效果3.17＃墩无底钢套箱施工7＃墩是连续刚构桥主墩，位于水陆交界处，采用KT320挖机开挖陆上部分，水下采用水下爆破长臂挖机开挖，开挖到位潜水工水下整平，60t浮吊安装钢套箱，潜水工进行钢套箱支垫、水下袋装干砼堵漏，安装钢护筒及钢护筒内填卵石，浇注1.5m厚封底砼，利用封底砼内预埋钢管桩做支撑，上部用贝雷梁和I25型钢搭设操作平台，钻机安装，钻孔灌注桩施工，承台施工。整个施工一气呵成，非常顺利，解决了因地形陡峭筑岛围堰无法形成的困难，同时根据施工工期安排避免了汛期进行水下大开挖的施工风险，保证了在蓄水＋156m前达到＋160m标高的合同要求。3.28＃墩异形刃角钢围堰施工3.2.1基础结构型式示意图基础结构型式示意图3.2.2施工工艺流程图施工工艺流程图3.2.3导向船系统设计与施工导向船结构示意图1）导向船采用两艘400t方驳，局部龙骨加强；2）主锚：4个5t霍尔锚；Ф43、M2级有档锚链，每个锚配2节锚链；6×19－37－1700－光－右交钢丝绳；主锚锚位距桥轴线取500m；尾锚：尾锚数量按主锚的40%配置。尾锚配置2个5t霍尔锚。锚链和钢丝绳配置同主锚。尾锚锚位距桥轴线取500m；边锚：每侧2个5t霍尔锚，选用φ43的M2级有档链作为边锚链，锚链3节，部分6×19－37－1700－光－右交钢丝绳。3）围堰上游下拉缆选用6×19—37—1700—光—右交钢丝绳2根,作为围堰下拉缆,其钢丝绳长度与主锚相同。围堰两侧下拉缆在岸侧下拉缆用6×19—37—1700—光—右交钢丝绳1根与岸上地笼连接，江侧下拉缆用6×19—37—1700—光—右交钢丝绳1根与导向船连接，形成对称，保证围堰顺利施工。4）对拉测力、理顺主锚缆利用导向船的调缆设备，收紧1根尾缆和1根主锚缆形成对拉，利用弹簧测力计测出主锚缆受力200kN时即松缆。然后再收紧尾锚和另一根主锚缆形成对拉，象这样的依次进行，以调直主锚缆。调直的先后为：先放的缆后调，后放的缆先调。锚着力测量：在对拉的同时测出锚开始滑动时的主缆受力R。5）主锚缆测力和调整装置在施工过程中，由于诸多因素影响，各主缆受力容易出现不均衡现象，所以在每个锚缆滑车组钢丝“死头”末端串联250kN弹簧测力计，以便监视主锚受力，一旦出现主锚受力不均，利用与滑车组钢丝绳“活头”末端相联接的倒链滑车进行调整。3.2.4首节钢围堰拼装及下放水上拼装平台采用400t方驳6＃、7＃及Φ800×10mm钢管桩组成。在平台上设置中心点，首节钢围堰分块拼装就位根据中心点到各分块围堰相应位置的距离确定。首节钢围堰下放利用导向船联系梁上安装承重梁，布置四个吊点，采用滑车组、钢丝绳、卷扬机整体下放，绳头设拉力计控制各点的荷载差异。3.2.5钢围堰接高下沉注水下沉，接长后干舷高度≥2m。围堰在悬浮状态时，江面水位高出隔舱水位不得大于6.0m。下沉落床后，隔舱水位不能高于江面6.0m。浇隔舱水下砼时，隔舱内水位不能高于隔舱外水位2m。按上述步骤重复操作，焊接完成并经检验合格后，再如上所述向