松虎河特大桥深水基础施工技术探讨

蔡勋林

（中铁十一局集团第一工程有限公司 湖北襄阳 441104）

松虎河特大桥深水基础施工技术探讨

蔡勋林

（中铁十一局集团第一工程有限公司 湖北襄阳 441104）

根据松虎河特大桥栈桥钻孔平台、钢板桩围堰现场施工情况，总结深水桩基施工中栈桥及钻孔平台各构件设计与施工、大体积承台施工中钢板桩围堰设计与施工，为今后在桥梁深水基础施工中提供宝贵的经验。

松虎河特大桥 深水基础 栈桥钻孔平台 钢板桩围堰

目前深水基础的施工一直是特大桥桥梁施工中的重点和难点，是特大桥桥梁施工中制约工期的主要因素，深水基础施工包括桩基础和承台的施工，分析深水基础的施工，其关键技术包括水上施工运输方式、水上施工平台的结构形式、水上钻孔桩的施工、围堰的施工以及封底及承台大体积混凝土的施工等方面，松虎河特大桥采用固定式栈桥及钻孔平台施工深水桩基，采用钢板桩围堰对承台进行施工，实践证明，栈桥钻孔平台和钢板桩围堰有效的保证施工顺利进行。

1 工程概况

宋虎河特大桥位于公安县孟家溪镇和南平镇交界处，桥梁中心里程为 K44+814，起讫里程为K42+907.4～K46+720.6，桥长3813.2 m。该桥以主跨（68+120+68）m连续梁（K43+581～K43+837段）跨松虎河，线路与河流交角为90°24＇。松虎河规划为四级航道，通航净空90*8 m，最低通航水位30.26 m。

松虎河特大桥主跨20#及21#墩基础位于河道内，承台设计为矩形，长12 m，宽10.8 m，高3.5 m。20#承台底设计标高为21.565 m，冬季常水位标高为28.04 m，承台底距水面的高度为6.475 m，21#承台底设计标高为16.323 m，冬季常水位标高为28.04 m，承台底距水面的高度为11.717 m。每墩桩基础为16根φ1.8 m摩擦桩，桩长分别为47 m和43 m。

2 工程地质、水文情况

2.1 地质情况

松虎河特大桥设计勘察河床表层至桩底的地质情况依次为：（1）20#墩：约9 m粉质黏土，δ0=65 kPa；约5m粉土，δ0=45 kPa；约4.5 m细砂，δ0=40 kPa； 约8 m粉质黏土，δ0=70 kPa；约20 m圆砾土，δ0=160 kPa。（2）21#墩：约8 m淤泥质粉质粘土，δ0=15 kPa；约11m粉质粘土，δ0=55 kPa；约9 m粉质粘土，δ0=70 kPa；约2.0m粉砂，δ0=45 kPa；约3.0 m细砂，δ0=60 kPa；约28 m圆砾土，δ0=160 kPa。见图1所示。

图1 20、21#墩河床地质纵断面图

2.2 水文

松虎河桥位处航道技术等级为Ⅳ级，通航净高8m，双向通航净宽80m。最高通航水位采用洪水重现期10年计算，为40.23m，最低设计通航水位采用4年枯水重现期设计，为30.26m。300年一遇设计洪水位为41.55m。根据当地水文监测站资料显示：松虎河特大桥每年5月份开始涨水，水位由28.5m涨至 8月份 38.5m，后逐渐退水，故下部施工只能在枯水季节施工，栈桥及钻孔平台设计标高按枯水季节最高水位设计。

松虎河特大桥施工规模并不大，但施工难度及技术要求堪比国内其他大型桥梁施工，桩基施工中由于纯砂层较厚，钻孔易塌孔，漏浆、沉渣较厚二次清孔困难，钢板桩围堰施工中由于河床本身偏压，钢板桩易变形，滑移，造成重大安全质量事故。

3 方案设计与施工

3.1 栈桥钻孔平台设计

3.1.1 栈桥结构布置

（1）栈桥跨度为9 m，采用“321”贝雷梁纵向布置作为纵梁。

（2）基础采用长22 m，φ630 mm，壁厚10 mm的钢管（横向间距2.5 m横向设置3根），其上设置双拼I40b工字钢分配梁，栈桥桩之间水平连接采用 ［16b槽钢连接，斜撑用［16b槽钢连接。陆上桩设1层平联，水上桩设2层平联，上下层平联间距2.5 m。

（3）纵向设置8列单片单层贝雷梁作为纵梁（中间最大间距1.10 m）；其上设置I20a工字钢横梁，间距0.3m，贝雷梁与工字钢之间通过10 cm槽钢及“U型”卡环连接。

（4）桥面铺设厚10 mm防滑钢板，并用10 mm盘条焊接防滑链条，每隔15 cm焊接一道，桥面顶标高为37.0 m。

（5）桥面总宽度为6 m，两侧用φ48×3.5钢管作栏杆（高1.0 m）。

3.1.2 钻孔平台结构布置

钻孔平台从下至上布置为：基础采用φ630 mm，壁厚10 mm的钢管，钢管桩之间采用16槽钢焊接剪刀撑，其上设置双I56a工字钢作为横梁；上面纵向设置双排单层贝雷梁作为纵梁；其上设置I25b工字钢作为分配梁，间距0.3 m；分配梁上满铺厚10 mm防滑钢板做为平台面；平台面四周用φ48×3.5钢管作栏杆（高1.0 m），钻孔平台尺寸为28×36 m，钻孔平台主受力结构设计充分考虑钢板桩围堰施工空间要求［1］，见图2、图3。

图2 栈桥钻孔平台平面布置图

图3 钻孔平台纵、横断面布置图

双I56a工字钢最大跨度为5 m，最大间距为4.8 m；贝雷梁最大跨度为4.8 m，贝雷梁最大间距为3.9 m；I25b工字钢最大跨度为3.9 m，间距均为0.3 m，钻孔平台设计高程为37.0 m。

3.1.3 栈桥施工

（1）振动下沉钢管桩。采用DZ-60型振动锤进行沉桩，当一排钢管桩打完后用［16b槽钢把钢管桩焊接连接，继续打设下一排的钢管桩，由靠岸的一排向河中的位置依次打设［1］，所有钢管桩打设完毕后用［16b槽钢把各排钢管桩横向焊接连接构成整体。用此方法直至栈桥搭设完成。

在沉桩时测量组人员必须用一台全站仪和一台经纬仪同时对的桩的平面位置和横纵桥向垂直度进行测量控制，每排钢管桩下沉到位后，应进行桩之间的连接，增加桩的稳定性［1］，连接材料采用［16b槽钢，型钢尺寸需根据现场尺寸下料。焊缝质量满足设计及规范要求。钢管桩插打过程中必须保证管桩的垂直度及入土深度［1］。

（2）I40b双拼主梁、贝雷梁、I20b横向分配梁拼装。在630钢管桩顶部开一槽口，槽口变高应根据设计标高反推所得（槽口标高=37.0-1 cm钢板厚-20 b工字钢-1.5 m贝雷梁-40工字钢），I40工字钢放在三根钢管桩槽口中，槽口与40工字钢采用1 cm钢板连接牢固。

贝雷梁的位置放线后确定，以保证栈桥轴线不偏移［1］，横向、竖向均焊定位挡块及角钢压板，将其固定在I40横梁上。

贝雷梁拼装完成后，在其上铺20b工字钢，工字钢与贝雷梁之间采用10 cm槽钢及“U型”卡环连接，工字钢挑出贝雷梁≤30 cm。

（3）桥面板铺装及附属结构施工。桥面宽度为6 m，桥面板铺设完成后，即在上面焊接Φ10钢筋防滑条，间距60 cm，栈桥栏杆高1.0 m，采用Φ48焊接钢管焊接，立柱间距2 m，焊在栈桥面板上。平连采用Φ48钢管，顶面一层中间一层共两层。

3.1.4 钻孔平台施工

钻孔平台施工方法与栈桥施工方法相同，重点注意以下两点：

（1）卸压

钻孔平台搭设前，应充分测量承台范围内河床标高，松虎河特大桥21#墩承台大小里程河床相对高差为3.5 m，在大里程钻孔平台侧应首先卸压，防止后续钢板桩围堰施工中由于偏压严重造成整个钢板桩围堰的滑移甚至倾覆。

松虎河特大桥21#墩施工中采用长臂挖机清除偏压土体，清除范围≥钢板桩外边缘10 m，偏压土体清除完成后插打钻孔平台钢管桩基础。

（2）桩基护筒定位

钻孔平台施工中应精确预留桩基护筒插打位置，护筒采用长18 m直径2.2 m，壁厚1.2 cm钢护筒，每个钢护筒用16 cm槽钢做两道定位架，平台上一道，水面以上一道，施工中务必保证护筒中心与桩中心重合，护筒顶标高与钻孔平台标高平齐，护筒底部应深入不透水土层1-1.5 m。

3.2 钢板桩围堰施工

3.2.1 结构设计布置

钢板桩围堰施工时，应首先拆除钻孔平台，留下足够钢板桩施工空间［1］，拆除后平台如图4所示：

图4 拆除后钻孔平台平面图

松虎河特大桥21#墩承台底高程为+16.323 m，承台高度均为3.5 m。钢板桩围堰采用拉森Ⅵ型钢板桩， 21#墩钢板桩单根长度为22 m，围堰平面尺寸为28.8×13.2 m，设置三道内支撑，围檩圈梁第一、二道采用双拼45c工字钢，支撑采用Φ530 mm钢管；第三道采用双拼588×300型工字钢，支撑采用Φ630mm钢管，见图6围堰封底采用220 cm厚C25封底混凝土，钢板桩插打设备为美国ICE公司的28C-350E液压振动锤，锤宽30 cm，设备自带动力，由振动锤和动力站两大部分组成，最大可提供116 t的击震力和71 t的拔桩拉力。钢板桩平面立面如图5所示，钢板桩入土深度在一般地质情况下为8-9 m，纯砂层地质情况下大于等于12 m，内支撑设计时除考虑受力以外应充分考虑空心薄壁墩预留锚筋位置是否与内支撑冲突且两内支撑间距不大于4.5m。

3.2.2 钢板桩围堰施工

（1）钢板桩试打。钢板桩方案确定前，应对承台四角进行试打，确定钢板桩最大入土深度，由此确定方案中钢板桩长度及内支撑道数。

（2）导向梁牛腿焊接。利用桩基护筒，将三角牛腿焊接在护筒上，横向6榀，纵向2榀，作为第一道内支撑兼作插打导向梁竖向承重体系［2］，三角牛腿长度应满足第一道内支撑位置。

（3）定位。在三角牛腿上放出钢板桩围堰外边线，将I45工字钢放在三角牛腿上固定。

（4）钢板桩插打。钢板桩插打顺序为：先插打上游边，在下游边合拢［2］。从中心里程处插打第一根钢板桩，调整好第一根钢板桩垂直度，通过检测确定第一片钢板桩插打合格后，以其为基准，再向两边对称插打钢板桩到设计位置，最后在一角处合拢。整个施工过程中，要用锤球控制每片桩的垂直度，并及时调整；在钢板桩的插打时注意钢板桩的拼接缝不能在围堰的同一断面上，应上下交替错开［2］。每一片钢板桩先利用自重下插，当自重不能下插时，才进行加压；钢板桩插打至设计标高后，立即与导向架进行焊接，以抵抗水流冲击；插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合龙”的施工要点每根钢板桩必须插打到设计标高位置

（5）钢板桩合龙。钢板桩合拢技术是钢板桩围堰施工过程中的关键［1］，合拢成功与否决定了围堰的施工质量及进度，为控制合龙口处钢板桩垂直度，在距合拢口两侧还剩10余根钢板桩时便严格控制钢板桩的倾斜度。每插打一根钢板桩就测量其垂直度［3］，并量取距合拢口距离，通过角桩角度调整距离为60cm的倍数，由此保证合拢质量，合拢时最后一根桩入土深度未达到设计要求时，可将合拢桩左右钢板桩拔起，两根桩交换插打，若合拢桩仍未达到设计要求时，可在合拢桩外侧距离30cm位置插打护桩，根数为3-5根。

为了使合拢钢板桩能顺利与相邻桩的锁口相互咬合，插打前应使合拢钢板桩两侧桩高度不同，高差控制在100～200 mm，这样合拢钢板桩的锁口可较方便地先与高桩套好，再套低桩的锁口。

（6）第一道内支撑安装。第一道内支撑安装前，将围堰内桩基钢护筒及引笼第一次割至水面以上5cm，以保证第一道内支撑安装，第一道内支撑安装完成后，将钢板桩与双拼I45大梁间用工字钢密贴，保证钢板桩受力后能传递到双拼I45工字钢上。

（7）第一次抽水清泥。抽水清泥采用三种方式：高压水泵冲泥；长臂挖机直接开挖；将60小挖机直接吊入钢板桩围堰底开挖，所挖土用斗子吊起。

（8）第二道内支撑安装。抽水清泥至第二道内支撑标高时，焊接牛腿托架作为竖向支撑，安装第二道内支撑，同时第二次割除桩基钢护筒及引笼，第二道内支撑与钢板桩用工字钢密贴牢靠。

（9）第三道内支撑安装。抽水清泥至第三道内支撑标高时，焊接牛腿托架作为竖向支撑，安装第二道内支撑，同时第三次割除桩基钢护筒及引笼，第三道内支撑与钢板桩用工字钢密贴牢靠。

（10）抽水清泥至设计钢板桩围堰底。松虎河特大桥21#墩在清泥至设计承台底50 cm时，底部地质情况为黑色泥沙（泥占70 %，砂占30 %），土质较硬，强度较高，继续开挖难度较大，风险巨大，经过钢板桩围堰封底混凝土抗浮验算、抗隆起验算及封底混凝土本身应力验算［1］，遂决定封底混凝土厚度由原来设计2.0 m改为0.5 m采用干封。

（11）混凝土封底。封底混凝土采用C30混凝土，封底前在围堰四周挖4个槽，埋入4个50 cm 深530钢护筒，用于水泵抽水，围堰四周设排水沟，分别汇入预埋抽水槽中。

钢板桩围堰封底方式：干封：钢板桩围堰底地质情况较好，开挖至围堰底部时，底部没有大量涌水，可采用干封。水下封底：当钢板桩围堰地质情况为纯砂层且底部大量涌水时，只能采用下导管水下灌注方式，其原理与水下灌注桩相似。

（12）承台施工。割除桩基钢护筒及引笼，开始承台施工。

3.2.3 钢板桩围堰拆除

（1）冠梁浇筑。

承台施工完成后，在承台与钢板桩间回填细沙（施工速度较快），回填至承台顶面以下 40cm，浇筑冠梁。

（2）第三道内支撑拆除。待冠梁达到强度以后，拆除第三道内支撑。

（3）第二道内支撑拆除。第三道内支撑拆除完成后，向围堰内注水至第二道内支撑下边，拆除第二道内支撑。

（4）第一道内支撑拆除。第二道内支撑拆除完成后，向围堰内注满水，拆除第一道内支撑。若围堰处在偏压变形情况下，第一道内支撑不能拆除，拔完桩后再拆除。

（5）拔桩。选取钢板桩围堰变形较小的地方开始拔桩，拔除钢板桩要考虑水流情况与钢板桩位置关系，减少水流对钢板桩的影响［3］。

4 结论

松虎河特大桥深水基础施工采用固定式栈桥及钻孔平台、钢板桩围堰施工，解决了传统土石围堰对工现场条件的局限性和施工安全风险性，同时成功解决了钢板桩围堰在河床偏压情况下的施工及钻孔桩在砂层地质情况下的施工，加快了施工进度，争取了施工时间，为深水基础施工提供了宝贵的施工经验。

［1］黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册.人民交通出版社.2004

［2］陈伟，李明.桥梁施工临时结构设计.北京：中国铁道出版社，2002

［3］张挺军.厦门集美湾大桥潮汐深水条件下低桩承台施工技术.铁道建筑技术，2010（4）

Discussion on the Construction Technology of Deepwater Foundation of Songhu River Bridge

CAI Xun-lin
（No.1 Engineering Corporation Limited of China Railway 11th Bureau Group Co. Ltd Xiangyang Hubei 441104 China）

Based on the site construction of drilling platform and steel sheet pile cofferdam of Songhu River Bridge， this paper sums up the designing and construction technology of the components of drilling platform and steel sheet pile cofferdam in the construction of large volume platform， which can provide valuable experience in the deepwater foundation construction of bridge in the future.

Songhu River Bridge deepwater foundation drilling platform steel sheet pile cofferdam

中国分类号：P634A

1673-1816（2016）02-0052-06

2015-10-20

蔡勋林（1978-），男，工程师，研究方向桥梁工程。