中国铁建大桥工程局集团第一工程有限公司
摘要：不同地质条件下，采用先平台后围堰及先堰后桩法均各有其优缺点，针对武穴长江大桥的实际情况，对两种施工方案的优劣性进行比选、分析，最终主墩基础施工方案采用先平台后围堰法进行施工。
关键词：主墩基础；平台后围堰；先堰后桩法；比选、分析
一、概述
1.1 项目背景意义
长江是我国具有全球影响力的内河经济带、东中西互动合作协调发展带、沿海沿江沿边全面推进对内对外开放带。
建成通车后将与麻城、阳新、瑞昌，沪蓉、沪渝、杭瑞、济广、大广、上海至武汉等多条高速公路连接组网。
1.2 桥梁主要技术标准
（1）公路等级：高速公路
（2）设计速度：100 km/h
（3）汽车荷载等级：公路－Ⅰ级
（4）桥梁结构设计基准期：100 年
（5）武穴长江大桥标准横断面：组合梁及砼梁标准横断面宽度均为33.5m。
（6）抗震设计标准：地震基本烈度为VI度。
1.3 推荐桥型
主桥采用（80+290+768+70+70+70+60）米双塔双索面组合梁斜拉桥，主桥长1415.3米。
二、主墩基础概述
2.1 水文条件
根据多年水文资料分析，长江中下游干流汛期出现在5～10月，4月份为涨水期，11月为退水期，12月和次年1、2、3月份为枯水期。根据武穴水位站统计，历年最高水位为22.10m（1998年8月2日，黄海高程），历年最低水位为6.01m（1961年2月3日），多年平均水位为13.80m。
2.2河道条件
本项目所处河段为长江中游鲤鱼山水道和武穴水道，属分汊型河道。拟选桥位属于鲤鱼山水道。桥位河段因两岸分布着众多山体，多年来河道平面位置及主流走向变化较小，河势整体基本稳定，局部河段岸线以及深槽随着来水来沙条件的不同发生冲淤变化，但是变化幅度不大。
2.3地质条件
桥址区第四系覆盖层厚度大，地质呈填土、粉土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂、卵砂石等结构，摩阻力q1k≤120KPa，地基承载力≤500KPa，摩阻力及承载力值较低，不宜选作该大桥的基础持力层；下伏志留页岩和泥盆系砂岩夹页岩，承载力、摩阻力相对较高，可作为大桥墩台基础持力层。
2.4 主墩基础
南岸16#主桥桩基础采用嵌岩桩，直径3.0m，桩长65m，44根，承台尺寸为22.8*80.8*8m，整体式哑铃型，基础分布在江边岸坡上，岸坡角度为300，岸坡表层堆积当地碎石加工厂废弃碎石，最大厚度约16m，碎石堆积层下为全风化砂岩夹页岩，桩基嵌入中风化砂岩夹页岩岩层。
图2.1.1 16#主墩桥位地质构造立面图
图2.1.2 16#主墩基础平面布置图
三、基础施工方案制定
针对推荐的桥型布置南主桥16#主墩基础制定两套施工方案，即先平台后围堰和先堰后桩法。
3.1先平台后围堰法
（1）碎石堆积层清理及承台基坑的开挖
1）清理南岸边坡表面的碎石堆积层，根据边跨现浇箱梁钢管支架、钢栈桥的布距将强风化砂岩夹叶岩表层开挖成台阶状。
2）在边坡碎石清理完成后，采用水下挖泥船对主墩墩位处堆积碎石层进行清理，碎石层清理完成后，采用水下爆破法开挖基坑（强风化砂岩夹页岩），爆破范围需满足封底砼3m厚度要求，开挖完成后进行清理整平，基底应满足钢套箱围堰布置要求。
（2）钢栈桥、钢平台搭设
在主桥17#～16#号墩两侧设置钢栈桥，桥面标高根据南岸现场的实际地形设置为42.5m（阳新县富巢碎石场场地标高），利用已开挖完成的平台进行支撑桩施工，完成后安装钢管桩，依次安装支承横梁、型钢连接桁架，、贝雷梁纵梁、横向分配梁及桥面板。
1）水上工作钻孔平台是利用钢管桩和桩基钢护筒作为支撑结构，用多组双排单层贝雷梁作平台承重结构，其间设多道连接型钢桁架形成整体，贝雷梁上铺设工字钢作荷载分配梁，槽钢作平台铺面。
2）利用已搭设的钢栈桥，配合履带吊进行平台搭设，钢管桩采用振动锤或冲击锤进行插打，钢护筒采用APE400打桩锤插打，插打深度进入强风化岩层不小于50cm，由于桩位处已进行爆破开挖，外露岩层为强风化砂岩夹页岩，地基承载力基本允许值为500kpa，具体插打情况及设备选用考虑在岸边已清理出的场地进行试打，根据试打情况再安排下一步的平台搭设方案。
3）钢管桩试打后，若岩层钢管桩无法进行插打，可采用锚桩方案，利用履带吊配合振动锤插打钢管桩搭设局部钻孔平台，在平台上进行锚桩施工，在锚桩施工完成后搭设钻孔平台，拆除锚桩施工平台，多次重复上述工序后，完成钻孔平台的搭设。
（3）承台施工
主墩承台采用双壁钢套箱围堰施工。
在桩基施工完成后，拆除钻孔平台保留钢护筒。
首先在下游靠近桥位的江州造船厂加工钢套箱，首节钢套箱（高出多年平均水位约1m，多年平均水位为13.8m）下河后浮运至墩位，封底砼厚度按3米，封底砼底标高为-1.0米，首节钢套箱加工高度为13.8+1+1=16米。采用浮吊吊装首节钢套箱围堰，利用钢护筒作为导向架进行精准定位，钢套箱精准定位后注水下沉，随时测量套箱各注水点隔舱内水面高程，严格控制各隔舱内的水面高差，保持各隔舱水面高程基本一致。对套箱顶面各特征点的平面位置及高程进行同步跟踪测量，确保套箱注水对称、均匀，避免套箱偏位、倾斜。
对河床面底面形态变化进行跟踪测量，确保着床时河床面基本平整。考虑20年一遇最高水位21.5m，围堰顶标高设计为22.5m，第二节高度为7.5m，分块加工、制作，现场浮吊组拼。围堰吊装完成后浇筑水下封底砼。
封底砼强度达到设计要求后，抽干围堰内水，人工检平基底，破除桩头，安装承台钢筋模板，浇筑承台大体积砼。承台砼分两次浇筑，并设置冷却管。
图3.1.1 钻孔桩平台平面布置图
3.1.4 钢套箱围堰布置图
3.2先堰后桩法
（1）碎石堆积层清理及承台基坑开挖（施工方法与3.1相同）
（2）钢栈桥、钢平台搭设（施工方法与3.1相同）
（3）钢套箱围堰施工
在下游江州造船厂加工钢套箱，武穴水文站观测多年平均水位为13.8m，考虑封底砼厚3米，封底底标高为-1米，首节钢套箱加工16米，（高出水位约1m），考虑20年一遇最高水位21.5m，围堰顶标高设计为22.5m，第二节高度为7.5m，首节钢套箱下河后采用全回转拖船浮运至墩位，浮运航速小于3km/h，转弯航速1.8km/h，风速小于8m/s（五级），水流流速不大于1m/s，天气晴朗的条件下进行。
钢套箱浮运到位后，先进行初步定位，再进行精确定位。
采用锚墩进行精确定位，在岸上设置2个桩基加承台锚墩，在水中设置2个钢锚墩，钢锚墩平面尺寸30*24m，基础采用25根φ1000×20mm钢管桩，入粉细砂层15m，强风化岩层5m。主梁采用2根HN800×300，分配梁采用25a工字钢，10t卷扬机8组，滑轮8组，上下各设4个拉揽，上拉揽采用3φ90钢丝绳，下拉揽采用5φ90钢丝绳。岸上锚墩承台尺寸30*24*2m，基础由15根φ1.5m钢筋砼桩基组成，桩基入岩深度不小于10m，在承台中预埋相应的杆件，卷扬机、滑轮、拉揽布置形式同钢锚墩结构形式相同。
具体步骤如下：
1）钢套箱浮运前先将2根上拉缆与临时定位船连接，并进行预拉。套箱浮运至设计墩位处先与临时定位船连接。
2）利用套箱顶面布置的卷扬机，通过转缆船将另外一根上拉缆由锚墩处牵引至套箱系缆处固定牢靠。依次将临时定位船上的上拉缆转缆至套箱上。转缆完成后，依次挂设其它下拉缆，利用锚墩定位系统各方向上的拉缆对套箱进行平面位置调整定位；然后通过上下拉缆对钢套箱的垂直度进行调整，最后拖轮全部退出。
3）精确定位在套箱注水离河床还有2m时进行。将拉缆与锚墩平台上滑车组前端的尾绳用绳卡连接。启动卷扬机系统，同时观测拉力计与应变器，对每根拉缆拉力进行动态观测。继续收缆，同时观测拉力计与应力应变器，对每根拉缆进行动态观测；动滑车组牵引到位后，如果拉缆没有收紧，还处于松弛状态，此时将备用尾绳与拉缆用绳卡连接，把拉缆上的力传到备用尾绳上，通过备用尾绳打梢。
4）松开卷扬机，将动滑车移到平台前端，用绳卡把拉缆和动滑车上尾绳连接。重复上述步骤，完成套箱精确定位。
5）钢套箱精确定位后注水下沉，套箱各注水点随时测量隔舱内水面高程，严格控制各隔舱内的水面高差，保持各隔舱水面高程基本一致。对套箱顶面各特征点的平面位置及高程进行同步跟踪测量，确保套箱注水对称、均匀，避免套箱偏位、倾斜。对河床面底面形态变化进行跟踪测量，确保着床时河床面基本平整。跟踪测量套箱的倾斜度，可利用拉缆及时动态进行调节。首节套箱就位后，其它节段套箱通过驳船运输至墩位，利用浮吊逐节拼装。
6）砼封底、钢护筒、钻孔桩施工
钢套箱围堰就位后，利用浮吊布置钢护筒，钢护筒安装完成后进行水下砼封底施工，封底砼强度达到要求后布置钻机进行钻孔桩施工。
四、基础施工方案比选
不同地质条件下，采用先平台后围堰及先堰后桩法均各有其优缺点，针对武穴长江大桥的实际情况，对两种施工方案的优劣性进行比选、分析如下：
4.1方案一（先平台后围堰法）
（1）方案施工流程
覆盖层清理→钢栈桥施工→钢平台施工→水下爆破基础开挖→钻孔桩施工（钢护筒）→基底清理→拼装钢围堰及下沉（两次下沉）→封底砼施工→承台施工
（2）施工优点
1）利用已完成的桩基钢护筒进行钢围堰定位，定位偏差小、钢围堰定位准确。
2）利用已完成的桩基钢护筒进行钢套箱定位，可有效防止水流冲刷、岸坡碎石体溜滑、底部及周边覆盖层的变化对钢套箱的影响，避免了钢套箱在施工过程中的局部偏移、倾斜，安全施工风险小。
3）钢套箱下沉定位后，在施工封底砼时，由于封底砼与已完成的桩基护筒衔接、稳定性能更好，封底砼的成功率更高。
4）钢套箱加工、制作有充足的准确时间。
（3）施工缺点
1）钢套箱采取分段、分节拼装，钢套箱吊放、安装时间长，对总体工期不利。
2）钢套箱下沉时需对钢平台进行局部拆除，钢套箱完成后还需进行局部组装以便于施工，增加了钢平台施工工程量。
4.2方案二（先堰后桩法）
（1）方案施工流程
覆盖层清理→水下爆破基础开挖→基底清理→整体拼装下沉首节钢围堰→整体拼装下沉第二节钢围堰 →封底砼施工→钻孔桩施工→承台施工
（2）施工优点
1）钢套箱采取整体浮运下沉，可提前在江州造船厂下游进行组装，钢套箱吊装、安装时间短，工序衔接连续，对总工期有利。
2）可节约部分成本。
（3）施工缺点
1）钢套箱定位采用锚墩固定，精准定位困难。
2）采用锚墩固定钢套箱，在外力作用下易使钢套箱产生局部移位、倾斜，对钢套箱定位固定安全产生不利影响。
3）钢套箱采用锚墩固定，缆绳具有一定的柔韧度，在封底过程中对封底砼会产生一定影响，封底砼会有一定安全风险；
4）16#主墩与长江主航道距离较近，采用锚墩、缆绳对钢套箱进行固定，受到通行船只影响，安全风险较高。
五、结论
通过先平台后围堰、先堰后桩法的方案优劣比选，采用先平台后围堰法虽然钢套箱在安装、下沉过程中占用时间较长，但钢套箱加工会有充足的准备时间，钢套箱封底砼、钢套箱的精准定位、钢套箱的偏移、倾斜度控制等均有一定的安全保障。因此最终主墩基础施工方案采用先平台后围堰法进行施工。
论文作者:陈文彦
论文发表刊物:《基层建设》2015年33期
论文发表时间:2016/11/24
标签：围堰论文; 封底论文; 平台论文; 武穴论文; 基础论文; 桩基论文; 碎石论文; 《基层建设》2015年33期论文;