怀邵衡铁路沅江特大桥水中墩基础施工方案优化

张明刚（中国铁建大桥工程局集团第三工程有限公司，辽宁沈阳　110043）



怀邵衡铁路沅江特大桥水中墩基础施工方案优化

张明刚
（中国铁建大桥工程局集团第三工程有限公司，辽宁沈阳110043）

摘要沅江特大桥采用（60 + 100 + 60）m连续梁、（90 + 180 + 90）m矮塔加劲斜拉连续梁孔跨结构，其中有6座连续梁桥墩基础位于水中。结合工程实际情况、工期、水文、地质等因素，参照类似工程的施工经验对大桥深水基础围堰设计施工方案进行优化，并阐述了优化方案技术难点的解决方法。优化方案利用浅滩上的卵石筑岛，从而将水中施工改为陆上施工，加快了施工进度。

关键词桥墩基础；深水基础；围堰；优化比选

1　工程概况

沅江特大桥位于湖南省洪江市安江镇，跨越沅江。桥址下游33. 8 km为铜湾水电站，水库正常蓄水位152. 5 m，回水长度40. 21 km，桥址上游约13 km处为安江水电站。沅江特大桥全长1 479. 61 m，里程DK38 + 568. 65—DK40 + 048. 26，孔跨样式为7×32 m简支梁+（60 + 100 + 60）m连续梁+（90 + 180 + 90）m矮塔斜拉桥+ 20×32 m简支梁。7#～13#墩上部结构为连续梁和矮塔斜拉桥，其中7#～12#墩为深水基础，施工受汛期影响大。

1. 1水中墩基础设计参数

沅江特大桥7#～12#墩位于沅江铜湾水库的尾水段内，采用钻孔灌注桩基础，设计参数见表1。桥址常水位为151. 5 m。

表1　7#～12#水中墩基础设计参数

1. 2地质特征

桥址区河床上主要为第四系上更新统冲洪积卵石层，下伏基岩为元古界板岩、白垩系泥质砂岩、泥质砂砾岩和砂砾岩。

1. 3水文特征

桥轴法线方向与沅江河道水流方向斜交角度为18°，桥址处上游汇水面积为10 350 km2，设计流量为26 400 m3/s，设计水位158. 15 m，设计流速2. 08 m/s。桥址区地表水主要为沅江河水。河面宽494 m，水深0～12 m。其水位、流量受大气降水影响较大，每年洪水期为5—8月，9月—次年4月为枯水期。地下水有孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水主要分布于卵石层，透水性好，以接受河水补给为主，水位随季节变化，其流向受地形条件控制，一般向地形低洼的水沟排泄。基岩裂隙水主要分布在元古界板岩、含砾泥质砂岩、砂砾岩裂隙中，富水性与节理、裂隙的发育程度及性状有关，富水性一般，主要受大气降水及河流水补给，水量不大。

2　原设计施工方案

首先，由两侧岸边向江中墩位处搭设栈桥，小里程栈桥设置在6#～11#墩间、大里程栈桥设置在13#～12#墩间，11#～12#墩间预留150 m作为通航河道。其次，分别在7#～12#各墩搭设钻孔平台，进行钻孔桩施工。最后，7#墩插打钢板桩施作承台，8#～12#在钻孔平台上拼装钢围堰，整体下放到位后封底并施作承台。

原设计方案的优点：采用双臂钢围堰施作承台，可提高围堰的设防水位标高，受汛期影响较少。缺点：施工周期较长，无法满足指导施组的节点工期要求；双臂钢围堰投入的材料较多，不经济；部分承台入岩在桩基施工之前，需进行水下爆破，否则双壁钢围堰无法下放。

3　施工方案优化

为满足节点工期并从节省投入出发对原方案进行优化。根据现场地形和水深条件，充分利用7#～11#墩浅滩丰富的卵石资源，采用卵石筑岛将水中墩变为陆地墩施作桩基，降低施工难度。

考虑现场的工装、基础地质、基坑开挖深度、江水水位标高、基础施工周期，并结合桩基预计完成的时间（10#墩→8#墩、9#墩→7#墩、11#墩→12#墩）。承台施工拟采用如下方案：

①完成10#墩卵石帷幕注浆围堰及承台施工，以总结卵石帷幕注浆围堰的施工参数。

②8#，9#桩基完成时间基本一致。9#墩承台底为卵石且距泥质砂岩面有5 m厚，采用钢板桩施工可满足其插打深度和封底厚度。9#，8#墩承台同时施工，若采用同一措施将增加设备成本。因此，9#墩采用钢板桩方案、8#墩采用卵石帷幕注浆方案。

③7#墩为连续梁边墩，不制约总工期，安排在枯水期施工。在9#墩承台完成后将钢板桩拔除移至7#墩，采用钢板桩围堰施工7#墩承台。

④11#墩因在河道中央，筑岛围堰受江水冲刷严重。若采用卵石帷幕注浆方案则汛期时筑岛体可能被冲走，极不安全。此外，因承台底50 cm为泥质砂岩，在前期试验时钢板桩在泥质砂岩中只能打入15 cm左右，无法满足钢板桩埋入深度及封底厚度的要求。因此，采用钢筋混凝土沉井方案，在汛期到来前完成沉井下沉，汛期结束后施作承台。

⑤12#墩位于沅江大里程岸边附近，水深13. 5 m，承台嵌岩3. 9 m，需进行水下爆破以满足下沉钢围堰的施工条件，采用先桩后堰的施工方案。在12#墩大里程岸边搭设一座大平台，从岸边整体推进至12#墩处。平台两侧设置龙门吊轨道走行栈桥，桩基完成后利用2台80 t的龙门吊将拼装完成的钢围堰吊装下沉，然后封底及施工承台。

3. 1钢板桩围堰

9#墩承台基础施工采用钢板桩围堰。采用拉森Ⅳ型钢板桩，钢板桩插打锚固深度及内支撑参数通过结构计算确定。钢板桩施工完毕后使用长臂钩机开挖承台，同时跟进施作钢板桩的内支撑，达到标高后封底，及时施作承台。9#墩钢板桩围堰设计见图1。

3. 2卵石帷幕注浆围堰

8#墩、10#墩桩基施工完毕后，在筑岛围堰顶面使用特种水泥膏浆将围堰四周卵石与特种浆液固结成整体，从而形成不透水的堰体。之后使用长臂钩机放坡开挖到标高后施作承台。为确保承台施工不受洪水影响，在筑岛顶面施作一圈钢筋混凝土挡水围堰。

3. 3钢筋混凝土沉井结合帷幕注浆围堰

11#墩桩基施工完毕后，利用已填筑的筑岛面制作钢筋混凝土沉井，采用长臂钩机将沉井内的卵石挖除使沉井下沉。沉井下沉至河床面后，在沉井外部进行注浆隔水处理，在沉井内部浇筑封底混凝土。沉井设计见图2。

图1　钢板桩围堰设计（单位：mm）

图2　11#墩钢筋混凝土沉井设计（单位：mm）

3. 4双臂钢围堰

12#墩位于沅江大里程岸边附近，水深为13. 5 m，承台嵌岩3. 9 m，需进行水下爆破以满足下沉钢围堰的施工条件，采用先桩后堰的施工方案。在12#墩大里程岸边搭设一座大平台，从岸边整体推进至12#墩处，平台两侧设置龙门吊轨道走行栈桥，桩基完成后利用2台80 t的龙门吊将拼装完成的钢围堰吊装下沉，并封底及施工承台。钢围堰设计见图3。

图3　12#墩双臂钢围堰设计（单位：mm）

3. 5优化方案分析

优化方案的优点：筑岛完成后即能开始桩基施工，节点工期得到保证；在承台处筑岛将水上作业变为陆地作业，可选用的施工设备增多，经济性好。缺点：因筑岛顶面设防水位标高不能过高，故在洪水期施工将受影响。

3. 6优化方案中技术难题的解决方法

3. 6. 1卵石及泥质砂岩地层钢板桩施工

因填筑材料均为卵石且7#墩承台嵌入泥质砂岩内，为保证钢板桩插打及埋入深度，选用功率较大的振动锤；在插打时遇大块卵石无法打入时采用复打的施工工艺，将石块打碎后继续施打；对7#墩承台嵌岩部分采用旋挖钻引孔，以确保钢板桩打入深度及埋设长度。

3. 6. 2卵石地层钢筋混凝土沉井下沉施工

因大粒径卵石较多且其摩阻力较大，为保证沉井顺利下沉，应注意以下3点：①选择长臂挖掘机在沉井内刃角下部跳槽均匀开挖，下沉困难时同步清理沉井外部卵石，并配备吸泥机对开挖不到的地方采用吸泥石的方式将卵石排除；②沉井施作时外部预留泥浆槽，充当沉井外壁与卵石接触面的润滑剂；③因河道基岩面不平整沉井下到位后部分刃角无法与岩面密贴，故采用注浆堵漏的方式保证外部河水不会从沉井刃角与岩面的夹层中涌入。

4原方案与优化方案工期比较

原方案与优化后方案工期对比见表2。根据对现场实际施工工期的统计，优化后方案比原方案桩基施工开始时间提前40 d，围堰注浆施工时间缩短30 d，沉井施工时间缩短15 d。水中墩基础施工整体工期缩短45 d，为保证大桥上部施工工期提供了有利条件。

表2　原方案与优化后方案工期对比

5　结语

通过对沅江特大桥深水基础施工方案加以优化，解决了原方案中双臂钢围堰下放清基的难题，减少了大量双臂钢围堰的材料。优化方案充分利用现场浅滩的卵石筑岛从而将水中墩变为陆地墩，继而采用常规的钢板桩围堰、钢筋混凝土沉井围堰并结合卵石围堰帷幕注浆堵水的工艺，解决了常规围堰施工漏水的难题，节省了水中墩基础施工费用。优化方案取得了良好效果，可供类似工程借鉴。

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（责任审编李付军）

Optimum of Construction Scheme of Pier Foundation in Water for Yuanjiang River Super-Long Bridge on Huaihua -Shaoyang -Henyang Railway

ZHANG Minggang
（Third Engineering Co.，Ltd.，Chinese Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group，Shenyang Liaoning 110043，China）

AbstractRuanjiang river super-long bridge across Yuanjiang river takes（60 + 100 + 60）m continuous beams，（90 + 180 + 90）m low-tower cable-stayed bridge with stiffened continuous beams. Six piers supporting continuous beams are located in the water. T he deep foundation construction using cofferdam was optimized according to the project situation，time，hydrological and geological conditions，and the previous construction experience. T he solution to the construction difficulties was demonstrated in this paper. T he pebble island facilitated the foundation construction. T he transfer from deep-water construction to onshore construction contributed to shorter time.

Key wordsBridge pier foundation；Deep water foundation；Cofferdam；Optimization

中图分类号U445. 55

文献标识码A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 13

文章编号：1003-1995（2016）06-0048-04

收稿日期：2016-01-10；修回日期：2016-04-10

作者简介：张明刚（1974—），男，高级工程师。