浅谈山区桥梁嵌固式基础开挖施工

杨康

中铁大桥局集团第五工程有限公司 江西九江 332001

摘要：嵌固式基础与以往的基础形式有所不同，一是消耗的材料少，二是对周边环境影响小。本文结合丽香铁路金沙江特大桥（国内首座铁路悬索桥）主塔嵌固式基础开挖施工实践，研究嵌固式基础在山区桥梁施工问题，优化施工工艺，提高工作效率。

关键词：嵌固式基础基坑开挖松动爆破

一、工程概况

金沙江特大桥采用三跨连续单跨悬吊上承式钢桁梁悬索桥，加劲梁三跨布置为（110+660+98）m，主缆三跨布置为（132+660+132）m，桥梁全长882.5m。

桥址大角度穿越金沙江深切峡谷，位于著名的虎跳石景点上游约3.1km。丽江岸陡，基巖多裸露，平均自然横坡约45°，主墩坡面约39°。香格里拉岸稍缓，近似为直线坡，平均自然坡度约39°，基岩零星出露，主墩以下覆土稍厚。

基础采用矩形空心截面，空心段壁厚4m，上下各设6m厚实体段。基础采用C40钢筋混凝土（共计39752m3），空心段回填C15混凝土（共计9719m3）。

丽江岸基础平面尺寸17×17m，左塔柱基础深46m，右塔柱基础深49m。

香格里拉岸基础平面尺寸16×16m，左右塔柱基础高均为43m。

主塔嵌固式基础每岸布置2个，均位于主塔下部。

二、施工工艺技术

嵌固式基础开挖采用机械开挖方式为主，在基础开挖前修筑便道或搭设平台至嵌固式基础附近，然后布置出渣门吊，同时进行嵌固式基础孔口锁口施工；嵌固式基础开挖按照设计要求进行开挖，每级开挖深度2米，每开挖一级加固一级。

2.1施工准备

2.1.1孔口防护

在进行嵌固式基础施工前，首先应做好孔口围护措施。井孔周边必须设置安全防护围栏，高度不低于1.2m，围栏须采用钢管牢固焊制，正在开挖的桩孔停止作业或已挖好的成孔，必须设置临边防护，非工作人员禁止入内。挖出的土方应及时运离孔口，不得堆放在孔口四周1m范围内，井口锁口上不得放置工具和站人。孔内作业人员必须头戴安全帽、身系安全带，特殊情况下还应戴上防毒防尘面具。利用吊桶运土时，必须采取相应的防范措施，以防落物伤人，电动葫芦运土应检验其安全起吊能力后方可投入运行。施工中应随时检查垂直运输设备的完好情况和孔壁情况。

2.1.2边坡监测

在嵌固式基础开挖过程中，必须对嵌固式基础上边坡进行监测，监测必须实时进行，当边坡变形数据超过设计允许值时，必须停止施工；

2.2逐节开挖

场地平整→放线、定桩位→施工锁口→架设龙门吊、安装鼓风机、照明设备等→挖土→每下挖2.0m左右，进行桩孔周壁的清理、基础尺寸和垂直度检查→绑扎护壁钢筋→喷射壁砼或安装内支撑→继续下挖、喷射壁砼或安装内支撑→重复上述步骤直至挖至设计标高。

2.2.1龙门吊拼装架设

在嵌固式基础上下侧浇筑龙门吊混凝土基础，基础采用C30混凝土（或型钢），在其上再安装龙门吊轨道，将龙门吊组件运输至现场进行安装。

门式提升站结构图

2.2.2开挖

基础分节开挖，分节支护，每节开挖深度为2米，每节开挖完成后进行护壁施工。对于周边土层开挖采用人工持铁锹、尖镐开挖；对于中间区域土层和风化层、中风化层岩质层，采用空压机破碎，挖掘机开挖；硬质岩层采用松动爆破开挖；

A.挖孔作业采用挖掘机逐层开挖，由人工逐层用镐、锹进行基础周边清理，遇坚硬土层用锤、钎或风镐破碎，挖土次序为先挖中间部分后周边，允许误差为30mm。

B.挖掘一般情况下每层挖深2m左右，及时挂12@150x150mm钢筋网喷射20cm厚C30混凝土。每天进尺为0.4节（0.4米），每挖完一节及时喷护混凝土。

C.在嵌固式基础未全断面开挖时，其护壁根据设计图纸进行设置，其护壁形式采用植入φ28螺纹钢筋锚杆，再挂12@150x150mm钢筋网喷射20cm厚C30混凝土，锚杆间距为2x2米。

D.根据设计图纸，嵌固式基础进入全断面开挖时需设置内支撑，第一道内支撑由全断面位置向下5米（全断面开挖6米后安装），之后每开挖4米设置一道，安装时间为开挖至内支撑下1米时进行，严禁超挖，

2.2.4出渣

嵌固式基础出渣采用50t龙门吊提升料斗出渣，料斗在加工车间加工成型，其截面尺寸为2x2米，高度1米，设4个吊点和一个卸料口。嵌固式基础装料采用挖掘机进行装料，装料完成后挖掘机移动至基础侧面，人工挂绳后，采用龙门吊提渣出孔，利用龙门吊大小钩卸料至运输车。

2.2.5孔内监测

在嵌固式基础开挖过程中，必须对嵌固式基础坑壁进行变形监测，当变形数据超过设计允许值时，必须停止施工。

2.2.6松动爆破

1、施工方法及工艺流程

a主要采取的爆破方式方法：

综合考虑到周边环境的安全和对岩层稳定性的影响，爆破采用浅孔中心桶形掏槽，“毫秒延期减弱抛掷爆破”方案，进行松动爆破。

b选用爆破器材：

（1）炸药：φ32 2#岩石乳化炸药；

（2）雷管：毫秒延期非电塑料导爆管雷管（1～15段）；

（3）发爆器：高能脉冲式；

（4）其它器材：塑料导爆管。

2、爆破参数选择与装药量计算

a爆破孔网参数：（含布孔方式、孔径、孔排距、台阶高度等）

锚桩爆破爆破孔网参数：

（1）炮孔直径：（d）=42mm；

（2）单桩炮眼个数及布置：根据桩径要求，由公式计算炮眼总个数N：

N=q×s×η×m/（α×G）

式中：

q：单位炸药消耗量，取1.5kg/m3

S：开挖断面积，m2；

η：炮孔利用率；（取0.85）

m：每个药包的长度，用0.2m；

G：每个药包的质量，用0.15kg；

α：炮孔平均装药系数，当药包直径为32mm时，取0.6-0.72，用0.65；

炮眼个数=1.5×302.76×0.85×0.2÷0.65÷0.15=791个

炮孔布置：开挖断面直径17.4×17.4m，布置中心掏槽眼655个，另加一个空孔，布置周边眼136个，以上周边眼向四周倾斜，倾角5-10°，距桩孔護壁100-200mm均匀布置。

（3）炮眼间距a=（15～20）d，a=500～800mm。

（4）炮眼深度：在桩孔入岩爆破中，岩石的周边夹制力大，炮眼利用率低。一般炮眼深度L取桩孔直径D的0.6～0.8倍，即L=（0.6～0.8）D。其中掏槽眼应比周边眼加深100～200mm，本工程炮眼深度取L=1.8-2.4m，掏槽眼加深0.15m。

b炸药单耗选择：

桩孔爆破：q= 2.5～3.6kg/m3。

c装药量计算公式：

每个桩孔爆破每循环装药量=1.5*302.76*1.8*0.85=694.8kg

每循环所需总药量Q（kg）=qV=qSLη：单孔深度L（米）；每循环爆破岩石体积V（立方米）；桩孔挖掘断面S（平方米）；炸药单耗（q）1.5kg/m3；炮眼利用率η一般为0.8～0.95；本工程取η=0.85（掏槽眼加深h=15cm）。

以上计算参数必须通过试爆验证并达到预期效果后，在下一次爆破时采用；根据爆破振动情况，调整下次单次最大齐爆药量，严格控制爆破震动。

3、装药、填塞和起爆网路设计

a装药结构：装药结构为底部连续装药，起爆药包放在孔底，

b最小填塞长度及填塞方式：

（1）最小填塞长度：桩孔爆破不小于50cm。

（2）填塞方式：堵塞材料：当炮孔内有水时可用砂子填塞，无水时采用稍湿含细砂粘土比率为3∶7，堵塞材料不得夹有石块。充填要求达到分层捣固密实，并应注意保护好导爆管不受损。

c起爆网路形式、起爆网络：

桩孔爆破起爆网络：采用孔内延时，簇联、非电导爆管雷管加导爆管起爆的起爆网路，起爆器激发起爆，每个桩孔起爆一次。

采用非电导爆管雷管爆破网路，非电导爆管雷管起爆，联接网络要防止分段时出现叠段现象。

3、爆破飞石距离估算：

按瑞典德汤尼克的经验公式来估算：在保证安全堵塞长度浅眼爆破：Rf1 =（40/2.54）d=15.7×4.2=66米。飞石对周边道路行人、车辆及建筑物构成危胁，必需采取重型覆盖并加强警戒，以防飞石伤人，警戒安全距离设定为100米。

b爆破振动安全距离：R=（K/V）1/α.Q1/3（米）

取α=1.5，K=150，V=3.0cm/s（K、α值与岩性的关系、不同建筑物所允许的震速见下表）。

K、α值与岩性的关系

爆区不同岩性的K、α值与岩性的关系岩性 K α

坚硬岩石 50～150 1.3～1.5

中硬岩石 150～250 1.5～1.8

软岩石 250～350 1.8～2.0

土窑洞、土坏房、毛石房屋 0.5～1.5

一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物 2.0～3.0

钢筋混凝土结构房屋 3.0～5.0

一般古建筑与古迹 0.1～0.5

水工隧道 7.0～15.0

交通隧道 10～20

矿山隧道 15～30

水电站及发电厂中心控制室设备 0.5

不同建筑物所允许的震速

c爆破冲击波安全距离：

根据有关规定，对人员、建构筑物冲击波超压限值为：0.02*105Pa，露天浅眼台阶爆破时，按公式△P=k（Q1/3/r）a即Q=r3（△Pmax/k）3/a计算： 式中k=0.67，a=1.50，则单段允许的最大装药量见下表。

爆点冲击波对人员、建构筑物不超压距离与最大单响药量关系表

距离r（m） 5 7 10 15 20 30

最大段药量Qmax（kg） 0.39 1.08 3.15 10.64 25.2 85.1

由上表可知，对邻近爆区场地作业人员及道路行人有影响，爆破时应组织撤离和加强警戒。

三、结束语

本文结合丽香铁路金沙江特大桥施工过程中的实际情况，探讨山区桥梁嵌固式基础开挖施工，本文提出的松动爆破及出渣工艺等可为其他同类型工程提供参考。由于嵌固式基础的施工特点，对施工现场全过程检查和安全监管控制提出了更高的要求，在实际施工过程中，应加稳定性监控及安全管理，才能保证优质完成施工任务。

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所支付的实际费用，将承包商额外支出的直接费用计算出来后，与合同约定的间接费用合理利润相加，就等于承包商应当获得的索赔数额。

第四，分项法计算。以每一个索赔事件所引起的损失费用为依据，对索赔值进行分别分析计算。一方面应当对每个索赔事件所影响的费用项目进行分析，然后对每个费用项目受到影响后的增加值进行计算和汇总，这样得到的数额就是索赔费用的总数。与总费用法相比，分项计算法更加精确，并且索赔情况也能够更加准确的反映出来，分项计算法在管理实践中运用的颇为广泛[8]。

（四）处理双方责任交织的索赔

第一，应当扣除合同规定的应由承包商承担的风险责任，在对责任交织的索赔费用进行处理时，如果承包商承担的风险被规定在合同条款当中，那么对此类索赔进行处理时承包商应当在上报前扣减由自身承担责任的风险因素导致的费用。第二，应当扣除承包商没有及时采取适当的措施控制损失或减小损失而造成损失扩大的部分。第三，应当扣除承包商自身原因造成的损失，虽然给承包商造成的损失是在业主应该承担责任的范围内，但在交织索赔事件中业主没有义务补偿承包商由于自身原因而造成的损失[9]。

结语：

通过以上内容可知，工程项目建设中合理的索赔对于保障承包商的权利和经济收益都具有非常重要的意义，因此施工单位应当强化对项目成本管理活动中索赔的重视，通过合法、合理的索赔保护自身的权益，进而提升工程建设过程中的经济收益，推动工程建设活动健康有序发展。

参考文献：

[1]薛健.实施施工项目成本管理的原则和措施[J].中国市政工程，2007，（1）：56-57.

[2]王建春.浅析施工项目成本管理中存在的问题及对策[J].甘肃科技纵横，2009，38（2）：123，121.

[3]张霜，任飞雷.浅析施工项目成本管理的影响因素及对策[J].建筑工程技术与设计，2014，（17）：1048-1048.

[4]李平.工程项目成本管理中存在的问题与对策[J].山西建筑，2003，29（17）：134-135.

[5]刘文彪.肃黄十一标项目成本管理与控制问题的研究[J].天津大学，2014，（7）：256-256，258.

[6]王迎新.BT模式下深圳地铁5号线项目成本管理研究[J].北京交通大学，2014，（7）：256-256，258.

[7]韩光富.工程项目成本管理中存在的问题与对策分析[J].科技情报开发与经济，2001，11（5）：111-112，115.

[8]邹勇.工程项目成本管理中存在的问题及对策[J].淮南职业技术学院学报，2005，5（2）：81-82.

[9]徐京梅.强化项目成本管理提高项目盈利水平[J].现代经济信息，2014，（7）：256-256，258.

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2.4.2土压力监测结果及分析

从土压力的断面分布图3可以看出，管片外土压力分布整体呈现“上大下小”形态，即拱腰下部土压力小于拱腰上部土压力，推断其原因应为底部承压水对管片环拱底有浮托作用，造成拱底土压力较小。部分测点土压力较大（如监测断面429环），且分布不均匀，右侧压力明显大于左侧，监测点最大围岩压力为0.563MPa，大于该点静止土压力值，推断该环管片在水压力环箍作用下发生了向右侧的位移，右侧土体处于被挤压状态。

（a）429环土压力分布图；（b）845环土压力分布图；

（c）1690环土压力分布图

图3 土压力分布图（MPa）

3结论

通过对不同监测断面外水、土压力监测数据分析，可以得出以下结论：

（1）海水位变化对盾构管片水压力的影响不是特别显著，盾构管片水压力都按照其自身变化规律发展，与潮汐、海浪等海洋水文无关；

（2）岩层渗透系数差异性对水压力的分布有较大的影响。从整个动态变化过程来看，盾构管片外水压力基本上处于一个自身的平衡并上下小范围摆动状态，基本不会出现大的突变；

（3）隧道围岩压力整體呈现“上大下小”形态，隧道底部承压水对管片环的浮托作用较明显。

（4）施工期间盾构管片受到水土压力、盾尾注浆压力、千斤顶推力等多向荷载作用，容易造成盾构管片局部受力不均，对盾构管片受力极为不利，设计及施工时应引起注意。

参考文献：

[1]李玲玲，王立忠.新建海堤下盾构隧道施工技术措施及监控[J].岩土工程学报 2007（07）；

[2]袁先机.盾构隧道穿越土坝的地层沉降控制[J].合肥工业大学学报（自然科学版）2003（05）；

[3]王占生，王梦恕，张弥.盾构隧道施工引起地表下土体变位的分析评估[J].岩土力学 2009（06）；

[4]林宗元. 岩土工程试验监测手册[ M] . 北京：中国建筑工业出版社，2005。

作者简介：

屈兴兵（1983-）.男.四川达州人.2006年毕业于中南大学土木工程专业.本科.工程师.现从事地铁工程测量、监测及科研工作。