某桥梁深水基坑施工技术

王满琼 （太湖县农村公路管理局，安徽 安庆 246000）

1 工程概况

太湖县花亭湖候六桥桥采用山岭重丘区四级道路标准，设计时速20km/h，路线最大纵坡7.709%，桥上纵坡采用-2.5%；上部结构采用3跨35m预应力钢筋混凝土预制小箱梁，下部结构采用重力式U型桥台，重力式实体桥墩，扩大基础；全宽5.5m；桥梁中心桩号K0+183，里程桩号为K0+125.500～K0+237.532，全长112.033m。

原设计方案制定时，花亭湖水位未至75.01m，采用的是土围堰，机械配合人工清理基础，但由于花亭湖大坝升级改造结束后，整个湖区的蓄水能力提升，自2014年起，水库最低水位均超过78.5m，水位至少比设计水位高出3.5m以上，所以施工水位离河床底的总高差是大于8.5m。另候六桥所跨支流为花亭湖主要汇水支流之一，上游5条支流和3个水库，每逢降雨，各支流水迅速汇集，造成水位形成巨大落差。原设计土围堰辅助基础施工不符合地质情况，且存在重大安全隐患。

2 地质条件与基础施工方案确定

本项目工程位于太湖县汤泉乡，山区、河床地貌类型，根据国家建设部、国家地震局颁布的《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，本场地的设计基本地震加速度值为0.05g。候六桥本次勘探深度范围内按沉积年代、成因及其物理力学性质的差异，自上而下可划分为5个主要层次:耕土→淤泥→全风化片麻岩→强风化片麻岩→微风化片麻岩。

1#沉井图

由于2#墩沉井在下沉过程中西南角首先接触到岩石，无法继续下沉，为了探明河床的地质、地形情况，业主委托安庆工程勘察院对1#墩、2#墩进行补勘。在勘察范围内，1#沉井下基岩面较平整，最大相差0.54m；发现2#沉井下基岩面凸凹不平，最大高差2.4m。

沉井A点，刃角与基岩面相差1.3m；沉井B点，刃角与基岩面相差0.95m；沉井C点，刃角与基岩面相差0m；沉井D点，刃角与基岩面相差0.3m；沉井中心点，至岩面1.90m。

从2#沉井的补勘结果来看，2#沉井再继续下沉已经不可能，但沉井底约1.5m的砂砾层开挖过程中由于水压力和土压力的作用，会不断涌入沉井内，无法彻底清除，在沉井底部形成一层松散的砂砾层，不能作为扩大基础承载层。

1#沉井已下沉2.2m，由于花亭湖水位不断上升，水位已达到78.5m，沉井底与花亭湖水位高差已达（78.5-76.8+4.5）=6.2m，围堰承受的压力越来越大；随着围堰下沉，围堰内侧砂石回流严重，已出现坍方现象。围堰已经处于坍塌的临界状态。

1#沉井目前已进行西南、西北角的地质补勘工作，从补勘的数据来看，1#沉井的河床岩面约在70.2m左右，与目前胡亭湖水位高差78.5-70.2=8.3m，随着沉井刃角下沉，沉井外侧砂石因向沉井内流失而下降，最终将围堰内侧坡脚降至70.2m左右。从1#沉井平面图中可以看出，围堰内侧至沉井外侧距离为9m，理想化围堰内侧的坡比约为1:1。候六桥填筑围堰填土为强风化岩，通过近一年的主便道和围堰的坡比观察，该类土的稳定坡比应在1:1.8左右。

沉井下沉遇阻后，参建方多次研究，初步拿出方案由施工单位负责编制，经安徽省权威专家评审，同意采用钢板桩辅助钢筋混凝土套箱沉井施工方案。

3 沉井工艺

在沉井外侧用[22a型槽钢连续打入，作为封闭砂石向沉井内回流，同时起到保护围堰和主便道的作用。

3.1 槽钢布置

打桩顺序按照1、3、2、5、4……间隔打入，相邻两根桩之间槽口对扣，形成相互咬合，提高封闭泥沙的效果，增加桩与桩之间的联系。

钢板桩布置俯视图

钢板桩布置断面图

3.2 打桩

槽钢采用挖机气锤打入，打桩前在槽钢顶部安装帽铁（如下图所示），作为气锤的接触点。

由于主便道和围堰的回填土来自于桥位西侧山头的强风化石，中间参杂这石块，另河床顶的淤沙层中也含有大量砾石和杂石，可能在打桩过程中对桩的下沉存在干扰，停止打桩操作，从沉井内侧开挖，待障碍物清楚后在进行打桩操作，直至将槽钢顶端与基岩接触位置。

施工工序：

3.3 槽钢刚度验算

目前2#沉井的补勘工作已完成，基岩情况已有大致了解，现以2#沉井打桩最不利情况为代表（沉井A拐点位置呈1.3m悬臂状态，钢板处于渗水状态，水压力可以忽略不计）进行验证计算：

从上图可以看出，最不利情况下槽钢以沉井刃角外侧底为锚固段的悬臂结构（其实很多根槽钢形成以沉井刃角外侧底和岩面为支点的简支结构），悬臂长度为1.3m。

土容重γ=1.8kN/m3；墙高H=5.8m

即：Pmax=ρgH=1.8×1000×9.8×5.8=102.3kN/m2

朗肯土压力考虑了土颗粒间、土与钢板间、土与基地间的摩擦力，为简化验算，按照最不利条件计算，不考虑土颗粒间、土与钢板间、土与基地间的摩擦力，取土压最大时取值验算，可得：

需要槽钢达到的抗弯强度为：

经验算，采用[22a槽钢可以满足强度要求。

4 沉井固定

由于河床基岩顶高差较大，造成沉井四边不能同时着床，为此必须在高程较低的边进行分段开挖并进行支撑，防止沉井较大的不均匀沉降，造成沉井破坏。以2#沉井为例：沉井C点首先着床；沉井D点刃角与基岩面相差0.3m，距和床底的岩面距离最小；依次沉井B点刃角与基岩面相差0.95m，沉井A点刃角与基岩面相差1.3m。首先在CD边D点1.5m处开挖，利用槽钢的挡泥沙的作用，开挖至河床岩石顶，利用沉井刃角内侧预留钢筋，采用工字钢打孔焊接的方式进行沉井固定。然后依次按照顺时针方向依次架设支撑，固定沉井，防止出现因沉井不均匀下沉造成沉井损坏。

5 基岩处理

从2#沉井的补勘结果来看，河床基岩顶呈“W”型，有利主墩基础稳定。岩面清理必须将淤泥清理干净，防止影响混凝土强度，如岩面存在强分化岩，采用锤击或其它方式清理干净，确保地基承载力达到设计要求。

6 封水处理

基岩处理处理完毕后，以沉井外侧为外模，沿沉井内侧约50cm处立模板，高度超过沉井刃角50cm，浇筑水下小粒径碎石法混凝土，待混泥土达到一定强度后再检查封水效果，如存在部分漏水现象，从漏水部位进行压浆封水，尽量采用干处基底找平工艺。但考虑到沉井内外水压差较大，若水封不住，可采用浇筑水下混凝土进行基底找平，水下混泥土的浇筑厚度应超过2m以上。

7 结 语

①施工难度大。侯六桥设计桥墩采用深水扩大重力式桥墩，需要进行先基坑开挖，后进行基础施工，施工过程中的涉水深度决定施工的难易程度。花亭湖为蓄水型胡，水位受天气、人为蓄洪量等不定因素影响，具有很多的不定因素。本工程的设计调查施工水位与实际施工水位相差较大，最小差距也接近4m左右，施工过程中两水位差达到6m以上，施工难度大大增加，致使桥墩基础的施工方案一变再变（土围堰→土围堰+重力式最大水压水压钢筋混泥土沉井→土围堰+重力式钢筋混泥土沉井+钢板桩），施工过程中最大水压达到近12m。

侯六桥下部结构施工期间受厄尔尼诺气候影响，出现多次特大暴雨暴雨袭击，造成先后5次水毁，给工程也造成了巨大损失。

②地理环境复杂。侯六桥施工期间，花亭湖水位明显高于常年，造成施工水位远远高于原设计水位，另外设计前地勘采用以点代面的方式进行取芯勘探，所得到的结果与实际相差较大。因此按照设计图纸所做得施工方案在施工过程中进行了两次大的调整，同时基础处理方案和墩身设计方案也进行了重新调整。