安庆长江铁路大桥４号桥塔墩基础施工技术 - 滑模施工|筒仓滑模|滑模公司

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	安庆长江铁路大桥４号桥塔墩基础施工技术

发布时间：2015.02.06 新闻来源： 浏览次数：

１·工程概况
安庆长江铁路大桥主桥为双塔三索面连续钢桁梁斜拉桥，铁路４线（下游为预留阜阳至景德镇铁路货运线，上游为南京至安庆城际铁路客运线），采用（１０１．５＋１８８．５＋５８０＋２１７．５＋１５９．５＋１１６）ｍ桥跨布置形式［１，２］。安庆侧４号桥塔墩位于长江主河槽内，距岸边约６２０ｍ。该墩设计采用钻孔桩高桩承台基础，３７根变直径桩（承台以下２０ｍ桩径３．４ｍ，其余桩径３．０ｍ），桩长１１０ｍ，嵌入泥岩９６．５ｍ。按摩擦桩设计，持力层为微风化泥质粉沙岩；基桩呈梅花形布置，桩距７．６ｍ。承台为圆形，直径５１ｍ，厚８ｍ，埋置在河床覆盖层中，承台底高程为－１４．０ｍ、顶高程为－６．０ｍ。４号墩基础结构见图１［３］。该桥在汛期施工，根据施工安排，４号墩基础采用双壁钢围堰施工方案，先围堰后平台［３］，先封底后钻孔。

２·水文地质
桥位每年５～１０月为汛期，１１月～次年４月为枯水期，枯水季节墩位水深１２ｍ。潮位特征如下：历年实测最高水位１６．８０ｍ（１９５４．０８．０１，黄海，下同），历年实测最低水位１．６２ｍ（１９２９．０１．２０），多年平均水位８．２７ｍ，汛期平均水位１０．９６ｍ，枯水期平均水位５．４２ｍ。枯水季节主槽流速偏向３号墩，洪水期时偏向４号墩，平均流速２．１６ｍ／ｓ［２］，流态紊乱。
墩位河床面标高－８．７５ｍ，有厚约１８ｍ的粉细砂覆盖层，表部覆盖层松散易冲刷。河床下伏泥质粉砂岩等，岩面平均标高约－２７．２６ｍ，岩面高差约０．５ｍ［３］。岩面埋深适中，工程性能较好，微风化基岩作为基础持力层。
３·基础施工难点
（１）承台施工用围堰外径达５６ｍ，尺寸巨大，为目前国内之最［４］，围堰施工难度大，具体如下：①需在覆盖层中下沉的超大、超重围堰如何实现下河是施工时首先面临的难题［３］；② 由于围堰在洪水位期间施工，施工安全风险高，河床汛期局部冲刷严重，着床过程中河床前部冲刷、后部淤积，极易造成围堰倾斜位移，围堰下沉时倾斜控制及位置偏移控制难度大；③ 围堰在覆盖层中下沉近１５ｍ，由于尺寸巨大，如何解决下沉时的起重、吸泥等设备，做到顺利下沉到位是面临的又一难题［３］；④ 围堰水下封底混凝土量多达１３　０００ｍ３，混凝土施工组织复杂，封底质量必须万无一失。
（２）桩基施工难度大，具体如下：① 桩位钢护筒长度大，直径粗，重量重，吊装困难，平面定位和垂直度控制要求严；② 圆形围堰和梅花形布置的桩基使得钻孔平台支点和荷载作用点不断变化，受力复杂，需专门设计钻孔平台；③ 大直径超深嵌泥岩钻孔桩施工是最大难点，桩数多，桩长１１０ｍ，钻孔深度１４３ｍ，已接近钻孔设备的使用极限；河床有覆盖层，岩面倾斜，桩孔孔型控制和垂直度控制难度大［５］，沉渣厚度要求小于５ｃｍ。
（３）承台埋置深，承台混凝土量达１６　３４３ｍ３，须解决大体积混凝土施工温度控制难题。
４·基础施工关键技术
４．１　围堰施工
４号墩钢围堰外径５６ｍ，壁厚２ｍ，总高４１．４ｍ［５］。围堰高度上分为４节，分节高度分别为１０．３，１２．９，１４．２，４．０ｍ，平面划分为３２块，共１６个隔舱。围堰结构采用Ｑ２３５Ｂ钢，为满足快速施工，确保制造质量，围堰节段在钢结构工厂加工制造，运至桥位组拼。
４．１．１　巨型圆围堰整体起吊下河
４号墩底节围堰设有封底所需的隔舱及其之间的支撑联结系结构。由于围堰须在覆盖层中吸泥下沉，底节内部的隔舱及支撑联结系结构会影响吸泥下沉，下沉过程中隔舱会沉积大量泥沙，难以在封底时清除，对结构受力有影响；如出现不均匀沉降造成隔舱搁置，还会造成隔舱破坏难以修复，因此，隔舱及支撑联结系结构不能先随底节围堰一起焊连下河，只能在围堰下沉到位封底前安装。由于围堰呈圆形，也不能设置气囊法下河用的隔舱平行边滑道结构，因此，４号墩围堰底节采用浮吊整体起吊下河［３］，下河高度确定为１０．３ｍ。底节围堰在桥位６号墩下游５００ｍ处的铁驳平台上拼装，平台利用３艘１　５００ｔ平板驳相互连接构成，拼装设备为１台５０ｔ全回转浮吊及１台２６０ｔ浮吊。底节围堰拼装完成并经密水试验检查合格后，利用１　２００ｔ浮吊整体起吊下放（图２）入水自浮，然后浮运至墩位锚锭处接高其余各节。

４．１．２　围堰定位系统及接高
根据设计资料及现场实测资料，４号墩上、下游及墩位以东３５０ｍ范围内有覆盖层，围堰采用无导向船的前、后定位船重锚锚锭方式定位。锚锭均为霍尔式铁锚，其中主锚１６个，尾锚４个，锚重８ｔ；围堰每侧边锚各６个，锚重５ｔ；前、后定位船每侧边锚各２个，锚重１ｔ。４号墩围堰锚锭系统布置见图３。

围堰第２～４节在墩位处接高，采用散拼法吊装，焊接定位，对称组拼，拼装合龙后再全面焊接，焊接完成必须进行密水试验和焊缝检查，经检验合格并办理签认手续后，才能在隔舱内灌水下沉，进行下一节的接高，直至全部接高完成。接高过程中依次拴挂边锚和主锚，并通过绞锚设施均匀收紧各根锚绳，使各根锚绳受力一致。锚绳受力通过安装在锚绳上的测力计进行控制。施工过程中须有专人驻守在前、后定位船上进行监测记录，发现异常后迅速报告以便予以收放调整，以防止锚绳受力不均而发生崩断。围堰水上接高见图４。

４．１．３　围堰下沉
围堰下沉分２个阶段：即着床前下沉阶段和着床后在覆盖层中下沉阶段。着床前直接通过在１６个井壁隔舱内注水压重实现围堰下沉。注水下沉过程中，利用前、后定位船和边锚锚锭系统不断调整围堰平面标高和中心位置，并始终保持锚绳绷紧受力以稳定围堰，防止围堰倾斜和出现涡流摆动。
围堰着床后在覆盖层中采用围堰内吸泥机吸泥、隔舱灌水压重克服井壁阻力的方法下沉。共布置１２套吸泥机，吸泥机沿围堰内壁均匀布设，风管路沿井壁顶面布设，在吸泥机位置留设供风接头阀门。吸泥时利用吊机提吊吸泥机进行移动吸泥，停用时吊挂在围堰壁固定架上。开始吸泥下沉时以调平、纠偏、校正位置为主，缓慢下沉，高处先吸，低处后吸或不吸。待围堰下沉至２ｍ以上稳定深度时，再开始多点同时吸泥快速下沉，吸泥时根据围堰内实测泥面情况，按照先中后边、分层对称、先高后低、及时纠偏的原则进行。下沉过程中，勤测量，根据测量数据决定吸泥部位，边测边吸，随吸随调。吸泥下沉过程中加强施工测量，做好施工记录，随时观察注意围堰内、外水头不得超限，保持围堰内、外水头平衡或围堰内水头高于围堰外。围堰下沉到位，进行围堰内泥面整平，以便吊装下放隔舱、插打钢护筒、封底施工。
超大尺寸围堰吸泥下沉施工难度大，受吸泥设备和起重设备限制，吸泥工程量巨大、速度很慢，而且耗电量高。为此前期利用汛期流速大水流遇阻、河床自然冲刷原理，减少围堰在覆盖层中的下沉深度。根据围堰周围河床冲刷情况，围堰接高下沉过程中将围堰偏下游１５ｍ，使围堰着床前能将墩位范围的一部分覆盖层冲掉，从而达到减小围堰在覆盖层中下沉深度的目的。
当围堰刃脚下沉至距离河床面０．５ｍ左右时，进行精确微调定位，使中心里程、围堰姿态、扭角均在内控偏差范围之内。再次收紧锚绳，然后快速注水，使围堰迅速着床。围堰着床后经复测着床位置符合要求后，准备吸泥下沉。为防止下沉时围堰下游淤积泥沙作用推动围堰上移，着床时围堰预设着床偏移值（偏下游２０ｃｍ）。
４．１．４　底隔舱、钢护筒、钻孔平台施工
围堰吸泥下沉到位后，先进行井壁隔舱混凝土灌注，灌注标高－６．０ｍ，灌注遵循连续、对称原则进行，以防止相邻隔舱压力差过大造成结构破坏。在围堰上安装２组钻孔平台梁，以便在其上方组拼底隔舱，底隔舱组拼后利用２台浮吊整体抬吊，沿围堰内壁事先设置好的导向槽下放就位，在围堰上再安装其余５组钻孔平台梁。每组平台梁由２片２．２ｍ高工字形钢板梁组成，相互间用联结系连接成整体，中间预留桩孔位置。钻孔平台梁安装完成先作为钢护筒插打导向装置，之后再以部分钢护筒做支点形成后续的钻孔桩施工平台。
钢护筒内径３．６ｍ，总长４８ｍ。钢护筒在码头平台组拼接长至２４ｍ，在墩位桩孔位置接高成４８ｍ，采用２台ＡＰＥ４００Ｂ振动打桩锤一次振动下沉到位，进入岩面０．５～１．０ｍ。钢护筒插打至设计高程后，需检测其平面位置和垂直度是否符合要求，否则拔起重新插打。对于检查合格的钢护筒，切除平台面上多余部分，然后与承重梁平台连接固定，防止其移位。由于是在围堰内静水中插打钢护筒，其平面位置和垂直度容易控制，解决了汛期深水桩位钢护筒精确定位难题［６，７］。
４．１．５　围堰封底施工
根据围堰抽水高度，４号墩围堰封底混凝土厚７ｍ。由于封底面积大，封底混凝土数量多达１３　０００ｍ３（含锅底部分），为解决材料组织难题，确保封底万无一失，围堰采用分区封底方案，各区通过围堰底部设置的隔舱分隔，隔舱外宽２．０ｍ、高７ｍ、长４８ｍ，隔舱中心距１９．７４６ｍ。封底顺序如下：隔舱→中区→边区，须在隔舱混凝土强度达到设计要求后才能进行中区和边区混凝土施工。
围堰封底采用水下导管法施工，导管内径３７７ｍｍ，导管经试压合格后方可使用。导管有效灌注半径按４ｍ［５］考虑，导管布设原则为：使各导管的有效灌注半径互相搭接，不留盲区。其中底隔舱区共布置１２根导管，中区布置２２根导管，两侧边区布置２６根导管。
混凝土由２座水上混凝土工厂供应，采用１台布料机和混凝土总储料斗、小漏斗下料。灌注时在导管位置上方先安装提升支架，把导管组拼下放至距基底２０～３０ｃｍ，每根导管拔球前混凝土储料量不得少于２４ｍ３（含小漏斗），以保证首批混凝土浇筑后，导管埋深在０．８ｍ以上。在正常浇筑过程中，导管埋深控制在１．０～１．５ｍ。
４．２　桩基施工
根据围堰下沉到位后河床覆盖层较浅（钢护筒可完全穿越）及基岩为较稳定的泥质粉砂岩等有利条件，４号墩钻孔桩采用无泥浆护壁的清水钻孔工艺成孔［６，７］，钻孔设备为８台ＫＴＹ４０００和ＫＴＹ３０００型动力头钻机［８］，采用气举反循环排渣。钻孔施工分３步进行：先钻钢护筒内约７ｍ厚粉细沙覆盖层，用刮刀钻头或吸泥机吸泥方式完成；然后换用３．４ｍ楔齿滚刀钻头钻３．４ｍ桩径部分；最后换３．０ｍ楔齿滚刀钻头钻其余３ｍ桩径部分。在岩层中钻进时采取减压钻进方式，开始时慢速钻进，待入岩２ｍ后再正常钻进。超深嵌泥岩钻孔桩清水钻孔施工要点如下：
（１）创建稳定的地质环境，实现节能环保的清水钻孔工艺施工。首先将钢护筒打入岩层中０．５～１ｍ，使孔内和河床外覆盖层完全隔离，防止流沙涌入；其次根据护筒内水头保持情况和护筒底口附近探摸情况，在护筒底口上、下各２ｍ范围设孔壁支护圈，防止岩面处疏松岩块坍塌造成内外连通。
（２）按照基桩均匀承载原则安排桩位钻孔顺序，确保封底混凝土安全受力。某一桩孔混凝土灌注完成２４ｈ后，其相邻桩孔才能开始钻进，严禁相临桩孔同时钻进。
（３）在钻头附近和钻杆中部安装钻杆稳定器，确保钻进过程中桩孔垂直；同时采取减压钻进措施以保证钻孔桩垂直度。
（４）每桩钻进至桩长一半时，强制提钻检查钻头、钻杆连接及钻头磨损情况，发现异常务必处理或更换，防止掉钻情况发生。
（５）成孔后采用超声波成孔检测仪进行孔型检测，如孔型或垂直度不符合要求，需重新进行扫孔，直至检测合格。
（６）清孔后必须用通管器全长通过灌注导管，防止大块岩石卡堵未被发现而发生堵塞事故。
（７）采用大口径灌注导管，导管使用前须进行压力试验。导管下放时应设法减少接头对接次数，且须保证相邻接头连接与试压时工况一致，以防灌注过程中接头漏水。利用超深导管内腔成像检测法实现快速、近距离判断导管接头密封情况，以有效防范灌注中断事故发生。
（８）配置和易性良好、初凝时间足够的水下混凝土，确保在１０ｈ内完成桩身混凝土灌注。灌注时导管埋深６～９ｍ，拆除导管时确保导管埋深３ｍ。
４．３　承台大体积混凝土施工
承台直径５１ｍ、厚８ｍ，采用Ｃ４０混凝土，总方量１６　３４３ｍ３。承台施工顺序如下：围堰内抽水→切割钢护筒→围堰内清淤→凿钢管桩桩头→垫层施工→承台钢筋绑扎→混凝土浇注→混凝土养护。
承台不但体积庞大，而且钢筋密集：承台高度方向设上、中、下共３层钢筋网，钢筋直径３２ｍｍ。其中桩顶处下层钢筋网由４层钢筋网片组成，每层由纵、横向双肢一束（最上层为３支一束）排列的钢筋组成，层间距１５ｃｍ，网孔净距８．６ｃｍ；中、上层钢筋网片则由纵、横向单肢一束排列的钢筋组成，网孔净距１１．８ｃｍ。承台施工时还有塔座、下塔柱的预埋钢筋以及众多钢结构支架（为架立支承钢筋网、冷却循环水管及定位塔座、塔柱预埋钢筋）。
为利于混凝土热量散发，确保浇筑质量，减轻原材料的供应压力，承台采取分２次浇注完成方案，第１次混凝土浇注后再绑扎安装顶层及预埋塔座（柱）钢筋。第１次浇注高度为３．５ｍ，混凝土方量为７　１４９．９ｍ３，第２次浇注高度为４．５ｍ，混凝土方量为９　１９２．７ｍ３，浇注时按斜向水平分层方法进行，每层厚０．３～０．５ｍ，上层混凝土在下层混凝土初凝前覆盖，以便水化热充分散发。
承台混凝土浇注后、水化热开始上升时，即可通冷却循环水散热，根据流出水温控制水量大小。当第２次混凝土浇注完成，收浆初凝后，在其表面覆盖土工布进行保温、保湿养护，在承台内部埋设测温元件进行温控，确保内、外温差不超过２０℃。循环水管停用后，利用高压风将水管积水吹出，然后压注同等强度水泥浆进行封堵。