阿蓬江左线大桥深水基础施工方案比选应用

杨 恩 贺 勇 林 华

（成都大西南铁路监理有限公司， 四川 成都 610031）

1 工程概况

渝怀铁路增建二线阿蓬江左线大桥中心桩号ZDK302+802，全长265.9m，采用（66+120+66）m 预应力混凝土连续梁跨越阿蓬江，其2#主墩基础位于水中，设计采用双壁钢围堰施工，桥位区域规划为Ⅶ级航道，设计施工水位H=436.98m，Q1/100=7010m³/s，H1/100=439.21m，V1/1002.9m/s，承台底标高为421.83m，承台顶标高为425.83m。

桥区地形呈V 型构造，属于低山侵蚀、剥蚀地貌，相对高差50～100m，自然横坡5～40°，2#墩靠岸侧方向地势陡峭、植被发育，河床覆盖层为〈2-1〉Q4al+pl淤泥质软土，下伏〈15-2〉W2 泥质灰岩，岩层产状N26°E/53°NW（48°）（图1）。

施工前经过现场实际调查和测量，桥址区两岸无任何通道，该河段船舶只通行小型客渡船、小型渔船，水面宽90m，实测水位为430.3m，最大水深17.5m，水流缓慢，在2 墩位处河床断面高差大，覆盖层为0～1.5m 厚淤泥质软土，泥质灰岩河床底部呈斜向发育。

图1 2#墩位处立面及地质资料图

2 原设计方案施工存在的困难

根据桥址区现场实际条件和调查测量结果，发现如果按照原设计采用双壁钢围堰施工将存在如下困难：

（1）阿蓬江属乌江支流，水域面积狭窄，水深较浅，河段内没有通行大型船只，钢围堰浮运缺少底节拼装场地也缺乏浮运条件，同时无大吨位牵引拖船和浮吊。

（2）采用钢栈桥及水上施工作业平台组装钢围堰，原位拼装、吊装就位，由于河床覆盖层厚度约0～1.5m 的淤泥质软土无法维持钢管桩承载力和稳定，下伏泥质灰岩岩层倾角53°且河床面自然坡度较陡，钢管桩施工入岩难度大，钢管桩、钢平台及自制起吊系统的稳定性存在一定安全隐患和风险。

（3）2 号墩位岸边地势陡峭,修建施工便道只有沿江边开挖边坡而建，施工场地狭窄与进场乡村道路高差达100m 左右，大吨位吊车进场通行条件受限，无法到达，故难以实现陆上拼装和吊装。

（4）墩位处河床坡度较大，地形较陡，岩层倾角53°，河床基岩面大小里程方向高差达10.12m，如果采用水下爆破使基底面处于同一高程，爆破方量2000m3，爆破后钢围堰基底标高控制在411.6m，钢围堰高度至少20.2m(施工期水位+1.5m)，工程量大，费用高。如果采用在钢围堰侧臂上加焊钢管桩找平支腿支撑或高低刃脚的方法解决河床高差的问题，因高差太大施工过程中如何保证围堰的稳定性是个难题，施工安全风险大，而且还需大量砼填填于封底砼之下。

（5）桥位河段区域属于湿地保护区，河道内鱼繁殖基地较多，水下爆破对渔业资源和生态影响较大。

综合分析，按照原设计采用钢栈桥、水上作业平台、双壁钢围堰方案施工难度较大，现场基本上不具备施工条件。因此，根据现场实际情况拟定其他施工方案

3 拟定方案比选研究

3.1 拟订方案

方案1：土围堰+锁口钢管桩围堰方案：在土围堰上施工承台基坑锁口钢管桩，之后施工桥桩，开挖基坑，在基坑内施工承台及下部墩柱。

方案2：土石围堰+钢筋混凝土咬合桩方案：在土石围堰上施工承台基坑混凝土咬合桩，之后施工桥墩桩基础，开挖基坑，在基坑内施工承台及下部墩身。

方案3：土围堰+钢筋混凝土沉井方案：在土围堰上施工桥墩桩基础，后施工钢筋混凝土沉井并使之下沉，沉井就位后，开挖基坑，在基坑内施工承台及下部墩柱。

方案4：土围堰+钢板桩支护方案：在土围堰上施工桥墩桩基础，后施工钢板桩，开挖基坑，在基坑内施工承台及下部墩柱。

3.2 方案比选

方案1：若仅采用锁口钢管桩围堰，河床覆盖层较薄且桩尖入岩深度难以保证，影响围堰的整体稳定性。若在土石围堰上施做锁口钢管桩，摩阻力太大，桩尖更难以入岩，故整个围护结构的稳定性不能保证。

方案2：采用土石围堰，承台基坑采用钢筋混凝土咬合桩围护，其桩尖入岩深度和基坑围护结构刚度足以保证施工安全，在河床坡脚滑移侧增设一排抗滑桩，增强结构稳定性，但施工咬合桩和抗滑桩施做时间较长，围护结构投入均为一次性不可回收。

方案3：基坑深度大，土石围堰填筑时密实度难以达到要求，加上墩位处河床基岩高差较大，在沉井下沉过程中容易发生管涌，不均匀下沉引起倾斜、偏移、扭转等问题，河床底部泥质灰岩需要大量爆破施工使沉井下沉，影响渔业资源，存在较大的安全风险，。

方案4：由于基坑较深，水土侧压力大，钢板桩整体稳定性差，刚度小，河床覆盖层土层较薄难以保证钢板桩入土深度，存在较大的安全风险。

3.3 方案确定

针对以上4 个方案，综合考虑决定2#墩深水基础采用方案2 即土石围堰+咬合桩，在河床坡脚滑移侧增设一排抗滑桩，该方案优点如下:

（1）该方案为常规设备，便于进场及停放就位，安全风险可控。

（2）2#墩下游渔滩电站为溢水坝，施工期水流缓慢，满足土石围堰施工条件。

（3）对河床基底无特殊要求，无需水下爆破，对渔业资源和周边生态影响较小，施工完成后一次性挖除清理土石围堰。

（4）土石围堰紧靠河岸填筑，采用土石围堰加咬合桩结构施工，类似陆上作业，质量、安全、进度可控。

（5）抗滑桩桩底入岩解决了因河床底部斜向发育、岩层倾角较大，土石围堰易沿岩层面滑动导致稳定性差的问题。

（6）咬合桩采用旋挖钻机钢护筒跟进容易成孔，相邻砼桩间部分圆周相嵌形成整体连续挡土围护结构，具有较强的防渗、防水作用。

（7）土石围堰施工所需土石就近取材，充分利用桥墩附近隧道洞渣，不需大型机械设备，节省外运填筑材料和大型机械设备费用。

4 土石围堰+咬合桩设计方案

结合现场实际施工状态下围堰及围护桩各种工况计算，在最大水深17.5m、河床岩层倾角53°的江中填筑围堰，用midas civil 和flac3D 针对围堰向河床中滑移这个问题进行设计验算，利用理正深基坑7.0 单元计算对咬合桩进行初步设计，运用midas civil 和BIM 技术对初步设计的支护方式进行数值模拟分析，对结构进行整体验算和优化，确保围堰稳定和咬合桩结构受力安全可靠，土石围堰+咬合桩方案设计方案如下：

4.1 土石围堰

自上游开始填筑至下游，选用土:石=3:2 的填筑料。水面以上的填土分层夯实，根据阿蓬江历年水文资料、实测水面高程和施工时间（洪水位之前墩身出水），确定堰顶标高控制在432.0m，高出正常实测水面1.7m。堰顶34m×34m。迎水面坡度1:2，其余面坡度1:1.75，并在围堰坡脚投放2-3m 高、1m 宽铅丝示笼压脚（图2）。

图2 土石围堰断面图

4.2 抗滑桩

考虑到河床较陡，存在渗流，施工中存在动载，围堰存在向河中心滑移的可能，故假定回填碎石土破裂面、回填土与倾斜岩层接触面和回填土破裂面为假定滑动面（水位比现测水位下降3m 之后抗滑推力计算）。土体会沿新填碎石土内摩擦角为破裂面滑动。靠河侧施工21 根钢筋混凝土抗滑桩，桩径1m，桩长28m，入岩5m，相邻桩间距1.2m。

4.3 钻孔咬合桩围护结构

填筑围堰顶面标高432m，承台底标高421.83m，位于地面下10.17m，承台尺寸17.6m×13.6m×4m，基坑尺寸18.2×15m，根据以上设计和优化，确定咬合桩共100 根桩，包含钢筋混凝土桩50 根，素桩50 根（图3）。

深基坑咬合桩施工设备采用SR360C8 旋挖机，在围堰内采用全钢护筒跟进至岩层面成孔灌注混凝土，基坑开挖后整个施工过程未出现渗漏水现象。

图3 咬合桩、抗滑桩平面布置示意图

5 土石围堰+咬合桩施工应用效益对比

2#墩深水基础根据钢围堰以往工程经验及工程量清单和土石围堰+咬合桩实际完工情况，采用双壁钢围堰施工需要大量的钢材、贝雷梁、混凝土、水下爆破和大型船舶、机械设备等，达到墩柱施工条件需要8 个月，土石围堰+咬合桩施工就近取材，利用常规设备即可完成施工，达到墩柱施工条件需要8.5 个月，工期上滞后15 天但是不影响施工节点时间，相对于双壁钢围堰节约成本4992657 元（表1）。

表1 土石围堰+咬合桩与双壁钢围堰施工效益对比

6 结语

结合阿蓬江左线大桥2#墩深水基础工程特点和现场实际情况，选定的土石围堰+咬合桩施工方案，通过优化设计确保了深基坑开挖过程中围护结构的安全稳定，不但解决了现场采用双壁钢围堰难以实施的问题，而且还降低施工难度和安全风险，节约了工程费用，桥梁类似深水基础施工具有一定借鉴意义。