水中裸岩低桩承台钢套箱设计与施工技术

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(1.湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙 410004; 2.长沙市公路桥梁建设有限责任公司，湖南 长沙 410205)

1 工程概况

耒水是湘江最长的一级支流，河床平均坡降0.27‰，鹿岐峰大桥位于耒阳市西湖大道，横跨耒水河，桥梁全长445.4 m，主桥采用75 m+120 m+75 m预应力混凝土连续梁桥(图1)，5#主墩位于河道中，设计为低桩承台群桩基础，左右幅2个独立承台，单个承台长16 m，宽9.75 m，高5 m，两承台间净距2.51 m，底标高68.15 m，顶标高73.15 m，无封底混凝土，钢便桥和钢平台顶标高79.0 m，墩位处河床标高70.5 m左右，为弱风化粉质泥岩，无覆盖层，常水位74.0 m，最大流速1.2 m/s。

图1 桥型布置图

2 清基方案选择

由于已搭设的平台钢管桩全部落在裸岩上，稳定性差，爆破或长臂挖机清基方案难以实施，且清理全承台范围内的河床到封底混凝土底标高工程量大，平台施工空间有限。经研究，如果能够在钢套箱下放后套箱内能排干水，变水下清基为干处清基，进度将明显加快，反复论证后决定采取在套箱周边轴线范围钻机冲孔成槽(图2)，套箱内侧浇筑槽内水下封底混凝土，排水后干处清基施工承台的施工方案；又由于5号墩2个独立的承台间净距为2.51 m，相距较近，因此也可将2个承台合并为1个承台沿边线开槽(图3a)，这样可节省内侧2道槽的冲孔成槽施工，但该方案的缺点是必须等全部成槽完成后才能施工下一步工序，且过大的套箱尺寸不利于其整体受力并导致施工难度增加，不利于水中施工，因此采用按单个承台独立开槽(图3b)，变大断面为小断面，便于流水施工，对后续的套箱等下放设备的要求降低，提高施工安全度，更有利于进度控制。

图2 钻机冲孔成槽示意图

3 钢套箱设计

3.1 钢套箱高度的确定

按照《公路桥涵施工技术规范》的要求，围堰的顶面高程应高出施工期间可能出现的最高水位(包括浪高)0.5～0.7 m，施工时的常水位为74.0 m，正值枯水期，因此钢套箱顶标高确定为74.7 m，以此高程进行围堰受力计算后，可将双壁钢套箱优化为单壁钢套箱，缩短了加工制作工期，较好地控制了施工成本。

考虑套箱着床后必须和岩层形成整体才能止水挡土和抗浮，经计算和考虑封槽混凝土最少厚度要求，确定钢套箱底高程低于承台底标高100 cm控制，因此钢套箱底标高定为67.15 m，则套箱的总高度设计为7.55 m。

3.2 钢套箱结构设计

钢套箱由壁体和内支撑等两大部件构成，根据承台结构形式设计为矩形，并将其作为承台模板，其内空平面尺寸比承台设计平面尺寸每边放宽5 cm，该富余值也是套箱下沉过程中偏位、倾斜的控制值，则套箱内腔尺寸为9.85 m×16.1 m，根据平面尺寸和起吊能力将套箱按周边轴线4～5 m分块制作，侧模面板采用6 mm厚钢板，侧模的竖向加劲肋为25Ⅰ工字钢，横向加劲肋为10×10∠角钢，该模板以后将用作挂蓝底模故均按间距40 cm布置，侧板之间河床以上20 cm采用防水橡胶垫以Φ25高强螺栓连接，河床以下采用插销连接方便拆除，间距40 cm。

套箱内加固由撑杆钢管和角撑组成，主要用来加强平衡施工期间套箱内外压力差，为承台施工提供一个安全的施工环境。承台分2次浇筑，按高于混凝土面50 cm布置2层Φ 630水平内支撑钢管，套箱四角设置斜撑补强。

4 水中承台钢套箱施工

4.1 施工工艺及流程

水下承台钢套箱主要施工工艺见图4。

图4 水下承台主要施工工艺

4.2 施工要点

4.2.1 冲孔成槽施工

市政或大型的工程一般采用成套的开槽专业设备进行施工，交通项目由于专业设备利用率不高，地处偏远且工程量小，采用专业的开槽设备不经济。钻机既然能成孔，自然能成槽，而且墩上钻机配套设备齐全，无需另外添置，见图5。墩上原配备了2种钻头，直径2.2 m的用来桩基成孔，直径0.8 m的用于裸岩上钢管桩加固引孔，钢套箱壁总厚26 cm，因此选择0.8 m直径的钻头先成孔后成槽，成孔时以套箱内空平面尺寸线作为钻头中心线，按前进或后退的方式移动钻机，以平台顶面为基准面，在钻头钢丝绳上锁定位置对基槽底进行深度控制。由于河床为裸岩，无需泥浆护壁，可采用钻头直接冲击河床，冲碎的岩浆被水流裹走，潜水员下水检查时发现槽底基本已被水流冲刷干净。单个承台套箱槽孔完成后，再进行一次扫孔，以钻头在槽内全线无障碍通过则表明冲孔成槽成功。

图5 钻机在平台冲孔成槽

4.2.2 套箱拼装、就位

利用钢平台和钢护筒作为承重结构，在钢护筒上设置套箱组拼小平台，将单块的套箱模板逐一组拼，安装好内支撑、导向后整体下沉，该方法为常规施工方法，此处不再详述，见图6。

图6 钢套箱整体下沉

4.2.3 槽内水下封底

为保证套箱下沉后位置稳定，且其刃脚与裸岩槽内基底之间的紧密性，保证槽内封底时混凝土不会外流，在钢套箱下沉到位后，用空压机将内槽底沉积物清理干净，再沿套箱外侧槽内回填细粒石至河床面，见图7。

图7 钢套箱水下封底后示意图

封底顶标高按承台底标高控制，在平台上布置相应数量的测点和测绳，对导管的埋深、封底混凝土的浇筑高度进行准确的控制，采用单导管浇筑水下封底混凝土施工工法，将泵车导管直接插入沟槽内由上游逐步向下游推进，封底厚度1 m，单个承台槽内封底C25水下混凝土27 m3，可在混凝土初凝前2 h内完成封底。

4.2.4 干处清基、承台混凝土浇筑

封底混凝土达到强度后，抽水将套箱内水位逐渐降低至露出桩基顶钢筋，将每根桩基2根主筋与套箱顶壁联接，以替代套箱加压重物抵抗浮力，增加套箱整体稳定性，然后将套箱内水抽干露出河床，采用机械凿除河床裸岩至承台底标高位置，设置排水沟和集水井，割除多余钢护筒，破桩头，然后干处施工承台，见图8。

图8 钢套箱内抽水后干处清基

4.2.5 套箱拆除

钢套箱模板在裸岩槽内竖向采用特定的插销连接，当需要拆除模板时，将河床以上的连接螺栓拆除，吊起模板往上提即可自行脱落，然后逐块拆除其他模板。

5 结语

实践证明鹿岐峰耒水大桥采用在承台周边范围进行钻机冲孔成槽，下放钢套箱于槽内固定后，再浇筑钢套箱内侧槽内封底混凝土，抽水后干处清基施工承台的施工技术是一种因地制宜行之有效的方法，改变了将整个承台范围内的河床清理至封底混凝土底面标高后下放套箱再全断面封底的传统施工方法，由此加快了施工进度，降低了水下施工难度，节约了施工成本，可为今后水中裸岩或浅覆盖层的硬岩低桩承台基础施工提供参考依据。

[1] JTJ/T F50-2011,公路桥梁施工技术规范[S].

[2] 骆宏勋.水下系梁施工技术[J].湖南交通科技，2011(2).

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