蒙西华中铁路公安长江大桥4#主塔墩基础施工

赵成贵

（中铁大桥局集团四公司 南京 210031）

蒙西华中铁路公安长江大桥4#主塔墩基础施工

赵成贵

（中铁大桥局集团四公司 南京 210031）

蒙西至华中铁路在湖北公安县跨越长江，公安长江大桥4#墩是主跨南主塔墩，该墩基础采用先围堰后平台法施工，钢套箱在大坡度场地上拼装制造，采用气囊顶升滑移下水、浮运就位，围堰、钢护筒和内支架共同受力作为钻孔施工平台，钻孔桩完成后，接高围堰，在吊挂系统配合下下放围堰至设计标高，清基后水下分区封底，抽水进行承台施工等施工方案。

长江 围堰 施工

1 前言

公安长江公铁两用特大桥是蒙西至华中运煤通道控制性工程，主桥全长1152m，主通航孔桥为（98+182+518+182+98）m五跨斜拉桥连续钢桁梁，如图1所示。

图1 公安长江大桥主通航孔桥跨布置图

1.1 4#主塔墩基础概况

南主塔4#墩基础采用36根Φ2.8/3.1m变截面钻孔桩群桩基础，钻孔桩成纵向7排、横向5排行列式布置。桩底标高为-74.55m，桩长90m，在+0.5m处桩径由Φ2.8m变为Φ3.1m。圆端形承台平面尺寸为33.6×58.2m，底面标高+15.45m，顶面标高为+21.45m，厚6.0m，分2次浇筑。

1.2 地质条件

4#主塔墩位于长江主河槽南侧，原河床高程为+20.4m～+20.4m，施工期间河床冲刷至+5.4m，经抛填防护后最低保持在+20.4m，覆盖层从上至下主要为粉细砂、圆砾土，覆盖层圆砾土层卵石含量高，填充物少，漏浆严重。

1.3 水文特征

桥址处河段位于长江中上游，水流受上游来水（主要葛洲坝下泄流量）影响明显，水位变化较大，冬季枯水最低水位+26.9m，洪水位时最高水位达+39.7m，水位高差12.8m，汛期墩位处流速达2.0m/s。钻孔桩施工期间设防水位按+38.5m设防。

2 主墩基础施工方案

公安长江大桥于2012年12月4日开工建设，根据工程开工日期及总工期安排，4#墩钢围堰于2012年12月初开始制造，3月份下水浮运至墩位处，为保证围堰及钻孔平台度汛安全，必须在2013年汛期前完成8根钻孔桩施工，将围堰挂桩体系从钢护筒上转换至已成钻孔桩护筒上，以形成稳定钻孔平台，确保围堰安全渡汛，并能保证汛期钻孔桩连续施工。

根据汛期钻孔桩继续施工水位设防需要，护筒顶标高+39.5m，单根护筒全长40.0m，单根总重76.5t，由165t浮吊配合并联的2台DZJ300电动振动锤插打至设计标高，考虑到上游冲刷影响，后期由2台APE400B型振动打桩锤插打至进入圆砾土层不少于2 m，护筒插打完成后，将围堰挂桩于其中12根钢护筒上形成钻孔平台。钻孔桩施工完成后，接高钢围堰，注水下沉，清基、封底后，抽水进行承台施工，在围堰内进行主塔下塔柱施工，且必须在2014年汛期前完成下塔柱施工，以保证在汛期时主塔柱的连续施工。

3 主塔墩基础施工

3.1 钢套箱制造

4号墩钢套箱围堰采用双壁自浮式结构，为圆端形，平面尺寸68.2m×40m，壁厚2.0m，为了下水气囊布置需要和下水及浮运时吃水深度控制，围堰内纵、横向各设2道底隔仓，为满足底隔仓在下水及浮运时与壁仓共同提供浮力，底隔仓高6.0m，底隔仓刃角较侧板刃角高0.5m。钢套箱总高30.5m，底节高16.0m，下河总重约3200t。

4号墩围堰底节在荆州市沙市区汉沙船厂内闲置的船坞上拼焊成整体下水，受船厂内原船坞近1：8大坡度斜面场地限制。考虑焊接条件、质量及工效等因素，围堰侧板水平面共分成44个单元块，单元块高均为16.0m，水平宽最大为4.5m，底隔仓、内支架也相应分块，单元块下料及组拼均在车间内完成，单块最大重量约为40t左右，平板汽车从钢结构车间运到组拼现场，在现场对接成一榀桁架，由两台履带吊抬吊并拼装焊接。如图2所示。

图2 侧板钢凳抄垫示意图

钢围堰拼装场地原船厂地面为1：8的混凝土地坪斜坡面，场地坡陡狭小，组拼及测量定位难度巨大，通过钢凳调整为1：10拼装胎架，纵向底隔仓下钢凳高度满足气囊安装及下水作业，在钢凳胎架上铺设下水托板及托架，侧板下钢凳高度根据底隔仓下钢凳对应设置，然后在托架上按顺序组拼钢围堰，如图3所示。

图3 围堰场内制造

顶节在工厂加工成主体单元块，顶节水平面共分18个单元块，水平宽最大为10.5m，待钻孔桩完成后，由浮吊在墩位处分块接高。

3.2 钢套箱下水

底节钢套箱围堰采用底隔仓下设托板+气囊法下水，钢围堰底节平面尺寸大，重量重，在水口近1：8的坡度下，围堰入水时下冲时入水口需要较深水深，入水口处需要大量清淤挖深。由于钢套箱底部为刃脚结构，在刃脚底下加垫托板避免气囊直接与刃脚接触，防止局部受力过大导致气囊破坏。

围堰在尾部拉缆脱钩断缆在重力作用下滑移下水后自浮，断开托板悬吊钢丝绳，托板与围堰分离，拖轮编队将围堰浮运至临时趸船并与之固定稳固，再根据航道、海事等部门批准的日期浮运至墩位。如图4所示。

图4 围堰浮运线路图

3.3 钢套箱浮运及定位

钢套箱底节下水后，选择风速小于4级、水流稳定、无雨的白天进行浮运。由于荆州段长江弯道多，枯水期江面狭窄，能保证浮运的有效水深航道更加狭窄，因此浮运时由海事部门提前封闭航道维护，确保安全。

浮运到桥位偏下游附近后，拖轮编队选择预定较为宽阔的江面调头，将围堰顶拖至前(上游)定位船附近，过缆将前定位船上缆绳与围堰连接，然后在拖轮控制下向下游淌行至设计位置，顶推拖轮解开驶离，再进行后定位船的缆绳过缆连接，后拉缆缆绳过缆完成后，两侧拖轮解缆驶离，最后进行边锚缆绳过缆，通过前后定位船及两侧抛设于江中的边锚调整精确定位。

3.4 钻孔桩施工

工程所处荆江河段地质条件为管涌易发河段，卵砾层填充物少，透水性强漏浆严重，结合钻孔桩孔深、直径和地质条件，选用KPG3000型钻机气举反循环成孔，结合工期要求和施工平台设计条件，主墩平台上共布置6台钻机同时施工，平均分6个循环完成全部36根钻孔桩。

由于荆江地段是典型的管涌地质易地段，卵砾石层极易漏浆，在出护筒口和进入卵砾层时，向孔内抛填粘土、膨润土和锯末等，适当提高泥浆的含沙率，减少漏浆和避免坍孔。

根据不同地层分别选用不同的钻压和钻速。供风设备采用每机1台21.5 m3/min的压风机（风压0.8～1.2 MPa），钻机钻具中间设置1道接力风包，设置在钻机以下60 m 位置，以保证风量供应，满足排渣的要求。

3.5 钢套箱下放、着床、下沉

钻孔桩施工完成后清理钻孔平台并拆除附属结构，由浮吊辅助分块拼装顶节围堰单元块，同时将2#、5#、32#、35#护筒接高安装提升吊挂系统。顶节围堰分18块单元块在工厂内制造，汽车运输至码头后，装平板驳船上，由平板驳船转运至围堰旁浮吊边。2台浮吊从上游开始逐块对称拼装，在下游圆弧端合龙，如图5所示。

图5 围堰现场接高施工

围堰接高完成检查合格后，在升降系统及箱壁内注水作用下控制围堰逐步下沉，钢套箱刃脚进入河床后，仍采取隔仓注水方式，在重力和升降系统作用下缓慢下沉。

钻孔施工期间河床上游冲刷严重，由原+20.6m冲刷至+8.5m，经大量抛填卵石等得以稳定，下游冲刷相对较轻，冲刷至+15.0m时经抛填后得以稳定。冲刷后虽经抛填防护，但上下游河床高差较大，在下沉过程中为避免围堰偏斜，除要求上游及时抛填卵石、下游适当吸泥外，要求升降系统始终负重下沉，控制升降系统受力在6 000～8 000 kN之间，围堰刃角下至标高+10.5m时停止下沉。

3.6 钢套箱封底施工

封底混凝土厚5.0 m，采用C25水下混凝土，约10830 m3。箱壁内填充11.7m高C25水下混凝土，约3770 m3。封底混凝土由纵、横向4道底隔仓把整个围堰分成9个浇注区域。底隔仓双壁高6.0 m，纵、横向底隔仓井壁宽分别为3.2m、2.8m。围堰侧壁由隔仓板分成28个浇注区域。

封底施工先浇注底隔仓内混凝土，再浇注壁仓混凝土，连续观察确定围堰稳定后，最后浇注封底仓混凝土，底隔仓、井壁及封底混凝土均采用导管法水下浇注。钢套箱圆弧端部4#、6#仓每块面积为286.6m2，中部5#仓面积为481.3m2。各底隔仓封底按上下游及两侧对称的原则进行，封底仓按先小后大，由四角向中央对称的浇注顺序，即1#、3#、7#、9#—→2#、8#—→4#、6#—→5#，共分4批浇注完成。封底仓编号及面积见图6所示。

图6 围堰封底仓编号及面积平面图

3.7 承台施工

承台两端为劣圆弧形，其外轮廓尺寸为58.6 m×33.2 m×6 m，混凝土总量为10 600m3，分2次浇注，结合承台及塔座预埋钢筋设计，第1次浇注高度为3.2m，第2次浇注高度为2.8m。

围堰内抽水后，凿除桩顶多余的混凝土至设计标高+15.45 m，并将桩顶清理干净。对封底混凝土表面进行清理，由于内支撑桁架只能部分割除，底板钢筋绑扎好后，先将承台模板吊装到围堰内并临时固定，待承台钢筋绑扎完成后，再正式安装并调整模板。

承台混凝土浇注按照水平分层原则，采用从中间开始向上、下游两端折返式顺序布料，薄层均匀上升的方法，以便散发早期水化热，减少混凝土内、外温差。4#墩承台混凝土采用超缓凝、低水化热配合比，施工及养护期间采取通水冷却，各层冷却水管被混凝土完全覆盖时，即开始通水循环冷却，进行温度监控，防止混凝土内外温差过大而产生裂纹，以保证大体积混凝土施工质量。

4 施工总结

公安长江大桥桥位处于江汉平原，历史上河道摇摆幅度大，管涌多发易发河段，水文地质条件复杂，创新在1：8大斜面坡地上拼装钢围堰、整体气囊顶升滑移下水，围堰下放、着床、下沉控制等一系列先进技术，针对特殊地质条件优化、调整钻孔桩施工工艺，从首桩开钻到最后钻孔桩完工仅用了3个月时间，至2014年3月2日仅1年左右时间完成全部主墩基础施工，创造了有“险在荆江”的长江中上游深水基础快速施工的新记录，取得了显著的经济效益与社会效益，为湖北境内中上游段长江河道及复杂建桥条件下大型深水基础的建造积累了宝贵的经验，进一步推动了桥梁大型深水基础快速建设技术的发展。

[1]TB 10752-2010.高速铁路桥涵工程施工质量验收标准[S]

[2] TB 10203-2002.铁路桥涵施工规范[S]

[3]高培成,佘巧宁.武汉二七长江大桥中主塔墩基础围堰施工技术 桥梁建设[J]2010年第2期

[4]宋伟俊.南京大胜关长江大桥主墩深水基础施工技术 桥梁建设[J]2008年第4期

[5]赵顺涛.南京大胜关长江大桥6 号主墩超大型钢套箱围堰下沉控制技术 世界桥梁[J]2008年第3期

Construction of the No. 4 Pier’s Foundation of the Yangtze River Bridge in Gong’an Section of the Railway from Western Inner Mongolia to Central China

ZHAO Cheng-gui

(No. 4 Company of China Railway Major Bridge Engineering Group Co., Ltd)

The railway from Western Inner Mongolia to Central China crosses the Yangtze River in Gong’An country of Hubei province，and the No. 4 Pier of its bridge is a main pier of the southern side. For the construction of the pier’s foundation, a cofferdam is built at first and then the platform. The steel box is assembled in a site on a large slope. The method of Gasbags lifting and sliding into water is applied with the method of floating into position. The cofferdam, the steel support and the inner support are combined together to form the drilling platform. After the bored pile is completed, the cofferdam is built higher to meet the design by lowering the cofferdam into position in coordination with the suspension system. After the foundation is cleaned, the bottom is sealed section by section underwater. The cushion cap is constructed after water pumping.

Yangtze River cofferdam construction

A

1673-1816(2017)02-0025-06

2016-06-29

赵成贵（1975-），男，工程师，本科，研究方向桥梁工程。