武汉青山长江公路大桥19号主墩基础施工关键技术研究*

李 勇

（中铁大桥局集团第一工程有限公司，河南 郑州 450053）

1 工程概况

武汉青山长江公路大桥是武汉市四环线跨越长江的控制性工程，大桥按双向8车道高速公路标准设计，设计时速100km/h。大桥主桥为（350+938+350）m钢箱及钢箱结合梁斜拉桥，桥塔为A型钢筋混凝土主塔。

主桥19#南主墩基础采用60根Φ2.5m变径钻孔桩基础，梅花形行列式布置，桩长92m（上部25m为Φ3.0m，下部67m为Φ2.5m）；承台为哑铃型结构，总平面尺寸为98.9m×39.5m，厚9m，两端为Φ39.5m的圆形结构，中间采用系梁连接。

墩位地质自上而下地层为粉细砂层（+15m～-10m）、粉质黏土（-10m～-17m）、圆砾土层（-17m～-22m）、泥质粉砂岩、微弱胶结砂岩、弱胶结砂岩（-22m～-89m抗压强度约2MPa）。

2 总体施工方案

19号主墩基础施工前，先采用双排钻孔桩加固岸坡，其后在长江枯水期进行墩位清淤以及吹填筑岛形成钻孔平台，采用1台500t履带吊机辅以1台EP800型免共振电动锤整根插打钢护筒，再利用4台TR460D型大型旋挖钻机施工钻孔桩，最后逐根插打围堰锁口钢管桩，采用干挖+水下吸泥组合方式进行堰内取土，封底完成后逐层施工承台。

3 基础施工关键技术

3.1 岸坡防护

由于19号主墩基础位于长江南岸自然斜岸坡上，坡体高约13m，坡度25°～60°，植被稀疏，崩塌迹象明显。基础施工时，势必对岸坡产生较大影响，为保证边坡安全以及抵抗围堰取土后的不平衡土压力，基础施工前采用双排钻孔灌注桩对岸坡进行加固防护。

3.2 吹填筑岛

（1）方案设计。考虑到基础施工正处于2015年长江枯水期，为给大型旋挖钻机施工钻孔桩创造更有利条件，19#墩钻孔施工平台采用吹填筑岛方案，变水上施工为陆上施工。墩位筑岛平面尺寸为118.8m（横桥向）×70.7m（纵桥向），吹填最大深度为15m。平台临江侧及上下游均插打锁口钢管桩作为支护及防冲刷结构，钢管桩外侧抛填片石反压护坡。

（2）施工控制关键措施。①由于墩位处原有砂石料码头，钻探发现锚链、片石等阻碍，后续钢护筒插打、钻机钻孔的障碍物较多，墩位区域吹填之前，先进行清淤、清障。②吹填区域先插打平台外侧支护锁口钢管桩（φ820mm×16mm），桩间锁定形成闭合水域，同时在下游侧留一出水孔，以便平台内部吹填时平台内多余水体流出。③支护桩内侧管袋吹填铺设与外侧片石反压同步，防止支护桩因内外不平衡压力过大失稳。④吹填过程中，每日测量分析吹填水域及支护桩外围河床标高，准确掌握水下冲刷情况，确保结构安全。

3.3 大直径钻孔桩成孔

（1）钻机选型。通过分析19#墩地质条件，并结合国内类似地质成孔经验，大型旋挖钻机具备成桩的可行性。为验证大型旋挖钻机成孔的可行性，2015年7月29日至8月2日在19#墩墩位附近采用1台TR460D型旋挖钻机开展了试桩工作，历时4d，实际成孔深度达110.2m，成孔后采用超声波检孔仪进行检测。结果表明，成孔深度达到19号主墩的设计孔底高程，孔径均大于2.5m，垂直度为0.32%，各项检测指标均满足设计及规范要求。试桩结果说明大型旋挖钻机具备成孔条件，且工效显著。

（2）大直径钢护筒整根制作、插打。钢护筒直径φ3m、壁厚25mm，单根总长41m，采用螺旋焊接工艺在工厂内整根卷制成型。现场利用定位架进行钢护筒定位，通过1台500t履带吊机和1台EP800型无极可调免共振电动振动锤配合整根插打，插打作业过程最大吊重130t。首根钢护筒采用开挖埋设定位法施工，后续钢护筒施工时，以首根钢护筒为锚固点焊接型钢形成定位架后插打。在钢护筒插打下沉过程中，利用2台全站仪对钢护筒的垂直度进行持续观测，并通过吊机摆动调整钢护筒下沉姿态，确保钢护筒插打垂直度满足设计及规范要求。通过后期成孔检测，60根钢护筒垂直度均小于5‰，最大偏位＜10cm。

（3）钻孔。①优质泥浆配置及循环系统。在19号主墩岸边上下游各设置1座泥浆二级循环存放池，单池容量1200m³，满足4台旋挖钻机钻孔需求。泥浆采用钠基膨润土制浆，并掺合工业用氢氧化钠、纤维素，以改善泥浆性能，获得更佳使用效果，其配合比为水∶膨润土∶碱∶纤维素=650∶1000∶6∶3。②成孔。19号主墩钻孔桩施工采用4台TR400D型旋挖钻机，在上、下游哑铃区域分别布置2台旋挖钻机钻孔时按照2根桩距间隔施工（两孔净间距为9.8m）。根据钻孔桩的变直径设计以及钻进进度需要，在钻进中分别采用φ2.9m、φ2.5m、φ1.8m共3种钻头分级钻进，同时特制导正钻头确保桩孔变径处同心。

3.4 大型锁口钢管桩围堰施工

（1）结构设计。19号墩锁口钢管桩围堰布置呈哑铃型，围堰平面尺寸101.6m×44.1m，围堰内尺寸较承台外边大1.0m，满足立模及施工空间需要。围堰由274根（Φ820mm×18mm单根长33m、材质Q345Dd）锁口钢管桩、3层箱型内支撑、2层内支撑联结系和5.5m厚封底混凝土等结构组成。

（2）施工方案。锁口钢管桩围堰采用先插打钢管桩，后拼装圈梁及内支撑，接高钢护筒，逐层吸泥下放圈梁到位的总体施工方案。围堰内取土根据长江水位、围堰内水位、施工效率情况不断调整，先后采用普通挖机和长臂挖机干挖取土、吸泥泵和空气吸泥机水下吸泥的组合式取土方案。吸泥到位后，下放底隔舱板将围堰分成2个舱，逐舱封底。

（3）关键技术创新。①围堰锁口钢管桩受土体与长江水双重侧压力，为解决钢管桩局部受力偏大的难题，通过在管桩母管内部开槽插板、外表面贴焊圆弧板等方式有效改善了锁口钢管桩整体受力。②结合围堰管桩现场插打垂直度、偏位等实测数据，在CAD中进行三维模拟管桩空间姿态，在加工厂内特制“上宽下窄”的加宽型和箱型锁口桩，满足围堰合龙需要，取得了很好的止水效果。③围堰圈梁平面结构尺寸大，底中层圈梁总重达1100t，采用可实现位移、油压双控的国内先进PLC同步控制系统整体下放，实现了下放过程精准控制，确保了大节段、大吨位圈梁同步下放的安全。④圈梁创新性地采用“钢筋支撑+土工布”灌缝抄垫工艺，将箱型圈梁与圆形管桩的线接触变为面接触，增加了传力面积，改善了结构整体受力，且该项灌缝工艺施工筹备快、可操作性强、资源投入少，能够在干作业环境下快速施工。⑤围堰吸泥根据不同施工阶段，采用了挖掘机干挖取土、人工高压射水吸泥、浅水船载浮式吸泥、深水空气吸泥机水下吸泥等组合方式，提高了施工工效，确保了吸泥清基质量，为粉质黏土、粉细砂、圆砾土等不同地层吸泥积累了宝贵经验。

3.5 承台大体积混凝土温控

（1）浇筑批次。承台及塔座高9m，设计标号为C45，方量22127m³，上下游哑铃区域各分三层浇筑成型，单次浇筑方量最大为4000m³。

（2）夏季大体积混凝土主要温控措施。①混凝土配合比设计中使用42.5中热硅酸盐水泥。为了验证42.5中热硅酸盐水泥的使用效果，项目委托科研单位做了多组对比试验。结果表明，中热硅酸盐水泥3d水化热为206kJ/kg，7d水化热为247kJ/kg，较普通硅酸盐水泥明显降低。实际生产过程中，同时使用了性能稳定、减水率高的聚羧酸高效减水剂，有效降低每方混凝土水泥用量，进一步降低混凝土的水化热温升。②承台及塔座表面增设防裂网。在承台侧面及塔座顶面增设防裂钢筋网（φ7mm、网格间距100mm），以提高结构表面混凝土抗裂性能。③使用模板布。承台侧面及塔座顶面模板内侧加贴模板布，利用模板布的吸水排气作用，进一步提高砼表面密实性、增强抗裂性能。④混合料降温。混凝土拌制前，对料仓存放的粗骨料进行洒水降温，对运输粉煤灰、外加剂及减水剂运输车外表面进行冲水降温。在拌合水池中加入冰块降温，同时向混凝土运输车外部洒水，降低混凝土在运输过程中的温升速率，确保混凝土入模温度不超过25℃。⑤加设冷却水管。大体积混凝土的温度控制按照“内降外保”的原则进行。承台塔座内部布设φ50mm（层间距及同排间距1m）钢质冷却水管循环通水冷却，承台、塔座与围堰之间蓄水覆盖保温。混凝土浇筑过程中，冷却水管覆盖一层通水一层，并根据温度监控结果动态调节各进水口流量，确保混凝土内外温差及升降温速率满足监控要求。⑥信息化监控。为准确测量、监控承台砼的内部温度，指导砼的通水养护，确保承台塔座大体积砼的施工质量，混凝土内预先布置了大量测温元件，并通过一台数据处理终端实时监控。

通过上述一系列温控措施的有效运用，承台内部实际温峰最大63℃，结构表面未发现肉眼可见裂纹。

4 结束语

武汉青山长江公路大桥在19号主墩基础施工过程中，首创“锁口钢管桩+土工管袋”吹砂筑岛施工工艺，变主墩基础水上施工为陆地施工，提高了施工效率，降低了基础施工安全风险；首创大直径变截面旋挖钻深水基础施工工艺，为长江流域首次采用大型旋挖钻机施工，创造了83d施工完成60根大直径超长桩深水基础施工记录；在世界最大、入土最深锁口钢管桩围堰施工中，创新了异形合龙桩、圈梁整体下放、土工布填缝等技术；在大体积承台施工中，使用了中热水泥、模板布、无线温控监测系统等一系列新材料、新工艺，解决了大体积混凝土易开裂的难题。武汉青山长江公路大桥在19号主墩基础施工中采用的先进工艺和管理措施，为后续同类型桥梁基础施工提供了宝贵借鉴。