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一 座深水无覆盖层的海上桥梁主墩基础施工技术 农代培 ， 徐身志 ， 付 国平 ， 戴宗城 7 1 文章 编号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 0 7 ) s 2 0 0 7 1 0 4 一 座深水无覆盖层的海上桥梁主墩基础施工技术 农代培 ， 徐 身志 ， 付 国平 ， 戴 宗城 ( 中铁 大桥 局集 团第 二工 程有 限公 司 ， 江 苏 南京 2 1 0 0 1 5 ) 摘要 ： 针对温福铁路 田螺大桥 2号 、 3号主墩设计上采用低桩承 台基础情况， 介绍运 用水下 岩石爆破 ， 浮运钢围堰就位、 封底 、 人工挖孔桩等施工技 术解决海上深水、 河床陡峭且无覆盖层的基 础施 工难 题 。 关键 词 ： 桥 梁基础 ； 钢 围堰 ； 浮运 ； 爆破 ； 挖 孔桩 ； 桥 梁施 工 中图分 类 号 ：u4 4 5 5 5 文 献标 识码 ： a co n s t r u c t i o n te c hn i qu e s f o r m a i n pi e r fo u nd a t i o n s o f a n of f s ho r e br i d g e i n de e p w a t e r a n d a t s e a b e d w i t h o u t ov e r b u r d e n nong da i pe i，xu sh e n z h i，f【 ， gu o - pi n g ，dai zo n g c he n g ( th e 2 n d en g i n e e r i n g co ，lt d ，ch i n a z h o n g t i e ma j o r br i d g e en g i n e e r i n g gr o u p，na n j i n g 2 1 0 0 1 5，ch i n a ) ab s t r a c t ：i n t h e l i ght o f t he l ow l yi ng pi l e c a p f o un da t i o ns d e s i gn e d f o r ma i n pi e r s no 2 a nd no 3 of ti a nl u o br i d ge o n w e n z h ou fu z ho u ra i l wa y， t h i s p a pe r d e s c r i b e s t h e wa y s t o r e s ol v e t he c on s t r u c t i on p r obl e m s of t h e f o un da t i on s i n de e p wa t e r i n s e a a n d a t s e a be d t ha t i s s t e e p a nd wi t h out ov e r bu r d e n，us i n g t he c on s t r u c t i on t e c h ni q ue s of u nde r wa t e r r o c k bl a s t i n g，s t e e l c o f f e r da m f l o a t i ng，po s i t i o ni n g，bo t t o m s e a l i n g a nd m a n ua l pi l e d i g gi n g ke y wo r d s：b r i dg e f ou nd a t i o n；s t e e l c o f f e r da m ；f l oa t i n g；bl a s t i n g；du g p i l e；br i dg e c o ns t r u c t i o n 1工程概 况 田螺大桥是新建东南沿海铁路( 客运专线) 温福 线福建段的一座特大桥 ， 桥址位 于闽东北宁德沿 海 同三高速公路 下游 约 1 k m 处 ， 跨越 门夹 头海湾 。 主桥由一孔 3 2 7 5 m 预应力混凝土简支箱梁和 一 联( 8 8 9 5 4 - 1 6 0 4-8 9 )m 预应力混凝 土连续 刚构桥 组成， 全桥长 3 8 4 4 3 m。温州岸桥头接官顶 山 2号 隧 道 ， 福 州岸 桥头 接 明头 山隧道 ， 两 岸 山体 陡峻 ， 均 无现成道路到达桥位 ， 交通十分不便 。桥式 布置见 图 1 。 桥位受 潮 水 影 响， 每 天 两 潮 ， 历 史 最 高潮 位 4-5 6 7 m， 历 史 最低 潮 位 一 3 8 m； 平均 高 潮 位 4-3 4 m， 平均低潮位 一1 9 5 m。高潮位 时桥址处 水 面宽 约 2 0 0 m， 主航道 水深 约 2 7 m， 2号 墩处水 深 达 1 1 m， 3 号墩处水深达 8 m。涨落潮时水流速度 2 0 m s ， 最 大可 达 3 0 m s 。桥 址 位 于两 山之 间海 湾峡 口， 台风影响很大 ， 台风最大风力可达 1 7 级 ， 最 大风 速 5 6 m s 。 连续 刚 构桥 的 2个 主 墩位 于主 航道 的水 中 ， 设 计上均采用低桩承台基础， 桩径 2 8 m， 桩长 2 2 m， 每墩各 1 2根 ， 全部为嵌岩柱桩； 承台平面尺寸 1 6 4 m2 2 2 m， 厚度 5 m， 坐落于裸露的海床基岩 中， 其 中 2号墩 承台底标高 一7 7 6 6 m， 承台的温 州侧 部 分 埋 人 岩 层 中 约 3 5 m； 3号 墩 承 台 底 标 高 一 3 7 6 6 m， 承台的福州侧部分埋人岩层 中约 4 m。 2 号墩墩位处岩层 自上而下依次为全风化花 岗岩 ， 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 7 3 0 作者简介 ： 农代培( 1 9 6 5 一) ， 男 ， 高级工程师 ， 1 9 9 2年毕业 于长沙铁道学院( 现中南大学) 铁道桥梁专业。 维普资讯 7 2 桥梁建设 2 0 0 7 年增 刊 2 温 州 6 7 3 3 2 7 5 福州 7 00 图 i 田螺大桥桥 式布置 ：3 0 0 k p a ； 强风化花岗岩 ， 6 0 5 0 0 k p a ； 弱风化花 岗岩 ， 。 =1 0 0 0 k p a ； 微风 化花 岗岩 ， 6 0 =1 5 0 0 k p a 。 3 号 墩 墩 位 处 岩 层 均 为 微 风 化 花 岗岩 ， 6 0 ：1 5 0 0 k p a 。 2 基础 施 工方 案研 究 主墩处河床面岩石 凹凸不平 ， 其中又 以 3号墩 最为突出， 仅承 台范围内岩面高差就达 3 m 左右 ， 环境复杂， 施工难度很大， 因此首要的问题是将承台 范围的岩层爆破清除并基本整平， 考虑围堰封底 ， 爆 破清除深度尚应包 括封底混凝土厚度， 以免成桩后 爆破岩层会影响桩 的质量。 在岩层完全爆破及局部爆破 的基础上， 对以下 3个施工方案进行了分析 比较 。 ( 1 )方案 1 ： 设法搭建平台。 设法插放钢 护筒， 钻孑 l 桩施工。 下放 钢套箱 围堰 ， 封底 ， 抽 水 ， 承台施工 。 ( 2 )方案 2 ( 图 2 ) ： 钢套箱 围堰下放就位 ， 插 放定位钢护筒 ， 围堰封底 。 利用套箱围堰作施工 平 台进 行 钻 ( 挖 ) 孑 l 桩 施工 。 围 堰抽 水 ， 承 台 施工 。 弱风化花岗岩 图 2方 粟 2 ( 3 )方案 3 ( 局部爆破 ， 图 3 ) ： 事先仅将围堰 壁下方一定 宽度范围 的岩 面爆 破整平 ， 其余不爆 。 吊放或沉放 围堰就位 ， 围堰 刃脚 内侧 混凝土封 底 。 围堰内抽 水 ， 人工爆破 围堰 内承 台范 围岩 层 ， 钻 ( 挖 ) 孑 l 桩施 工 。 承 台施工 。 3个方案相 比， 方案 1存在平台需与基岩锚 固， 卫 0 m 围堰顶 承 台 底 厘 卫 、 卫 舅 堰 底 封 底混 凝土 + + 长 弱风化花岗岩 图 3方 粟 3 施工周期长 ， 护筒底 口不易固定 ， 冲击钻孑 l 时容易漏 浆 ， 成孑 l 困难 ； 因周围没有保护措施 ， 若需潜水作业， 有一定危险性 ； 施工过程 中需用大型起 吊设备 吊放 钻机 、 平台等问题 ； 与方案 2相比， 平台功能不多 ， 围 堰仍然需要制作 ， 工程造价较大。方案 3是方案 2 的优化方案， 节省了钢护筒， 封底混凝土数量和爆破 工程量小 ， 但爆破清基要 2次进行 ， 其中水下爆破精 度要求高 ， 清理整平 的难度大 ， 且实际造价较大。最 后决定将平台和套箱围堰合二 为一 ， 即方案 2作为 主墩基础的施工方案。 3基 础 施工 3 1 岩 面爆 破 、 整平 由于 2 、 3号墩处岩石风化程度不 同， 水深也不 一 样 ， 两墩岩石分别采 用不 同的爆破 方式清 除。2 号墩岩面表层风化较严重 ， 高潮 位时水深达 1 1 m， 受潮水影响， 无法搭设钻炮眼用 的支架 ， 故先用 固定 在驳船上的长臂挖掘机将表层风化岩层挖 除， 至坚 硬 岩层 时则 采用 裸爆 方法 逐层 开挖 。其爆 破 方法是 在低平潮时潜水员将炸药放在需爆破的河床面进行 爆破 ， 逐层爆破 ， 逐层开挖清理 ， 直至设计标高 。 3号墩河床面高 ， 低潮时大部分岩面露 出， 高潮 位时水深约 5 m。岩石坚硬 ， 采用钻爆法进行开挖 ， 即在水中先搭设钻孑 l 用钢管支架平 台， 然后钻爆破 孔 ， 装药 ， 一次爆破岩石。支架 在低潮时搭设 ， 自高 处向低处进行 ， 钻孑 l 完成并装药后拆除支架 ， 然后爆 破。爆破孑 l 直径 1 0 0 mm， 孑 l 深 ( 非装药深度) 超过 害 维普资讯 一 座深水无覆盖层的海上桥梁主墩基础施工技术 农代 培 ， 徐身志 ， 付 国平 ， 戴宗城 7 3 封底混凝土底面以下 1 i t i ， 运用时差法爆破 ， 以确保 达到所 需 的爆破 深度 。围堰范 围爆 破松 动 的岩石 必 须清除并用船运走， 重点是清除整平 围堰刃脚处的 河床 ， 以保证 围堰顺利平稳着床 。 3 2 钢套箱 围堰设计 钢套箱 围堰 采用 矩形 双壁 结构 ， 平 面尺 寸 为 1 8 6 it i 2 4 4 it i ， 壁厚 1 i t i 。围堰在高度上分为 2 节 ， 2号墩底节 1 o 3 i t i ， 顶节 6 it i ， 总高 1 6 3 i t i ； 3号 墩底节 7 8 i t i ， 顶节 3 8 i t i ， 总高 1 1 6 i t i 。围堰刃脚 高 1 5 it i ， 踏 面宽 0 1 5 it i 。 套箱采用双壁结构的主要因素如下 ： ( 1 )结 构受力 需要 。 ( 2 )具有 自浮能力 ， 实现 围堰 自码 头附近顺利 浮运到墩位并注水下沉就位 。避免使用大型起 吊设 备 ， 简化 围堰结构 ， 减轻重量 ， 降低成本投入。 ( 3 )设计上有意准备将 围堰壁 内灌注混凝土后 作为桥墩的永久防撞结构 ， 以代替原设计 的防撞排 桩结 构 。 河床爆破清基后依然可能存在高差， 设计 时在 围堰壁内布置 了 1 2根调平钢管桩 ； 围堰长边方向共 布置 4根 ， 短边方向共布置 2根 ， 使围堰落床后能够 适当调整 ， 确保 围堰垂直度符合设计要求。围堰 内 相邻桩位之 间设置有纵横交错 的桁架结构， 作为 围 堰着床定位 的绞锚操作平台、 护筒 插放 的导 向固定 结构 、 桩基施工作业平 台以及承受水压力 的围堰 内 支撑结构。这些桁架结构待墩身施工时进行体系转 换 ， 予以拆除。 3 3 钢围堰拼装浮运、 着床 钢 围堰在现场钢结构车间分块加工制造， 然后 运至码头或墩位处拼装。底节先在码头连成整体的 2艘 3 0 0 t 铁驳上组拼成整体 ， 然后趁高潮时拖至码 头附近水深合适水域 ， 灌水将驳船沉至河床面， 以使 底 节 围堰浮起 ， 再 用拖 轮将 其 浮运至 墩位 处 ， 过 缆 收 绳 ， 用 锚锭 设 施 固定 围堰 ， 退 出拖 轮 。绞 锚 ， 初 步定 位围堰 ， 然后注水下沉 。待围堰刃脚 即将接近河床 时 ， 再次绞锚 ， 精确定位， 并加 速灌水 ， 使围堰快速着 床 。根据 围堰倾斜情况 ， 适时用调平桩调整， 保持围 堰处于正确状态 ， 收紧锚锭 ， 并继续灌水 至设计要 求 ， 使 围堰在涨落潮时始终处于稳定状态。待封底 完成后才能解除锚锭。 沉船在 围堰浮起移位后可趁低潮时抽水上浮 ， 返回码 头， 以备下 次使 用。顶节 围堰 在 墩位处 用 h3 3 6 b型塔 吊分块散拼后 ， 焊接成整体。 3 4 围堰封底和井壁混凝土填充 围堰封底的作用 ： 一是通过混凝土与 围堰 、 岩基 的结合 ， 达到支承和 固定 围堰 目的； 二是起阻水作 用 ， 待桩基施 工完毕实现 围堰 抽水 以便 承台、 墩身 施 工 。 封底混凝土厚 2 5 it i ， 由于封底混凝土数量多 ， 范围大 ， 运距远， 倒运费时 ， 供应速度慢 ， 为确保封底 混凝土质量， 围堰共分 6个 隔仓依次封底 ， 见 图 4 。 隔仓 由围堰内壁板 、 护筒、 护筒之间或者护筒与围堰 壁板之间的隔仓板 围成。围堰着床就位调平后， 要 先 吸 出围堰 内松散 的碎 块 ， 然 后 利 用 围堰 内桁 架 作 导向框先插放钢护筒， 并做好护筒底 口堵漏 ， 护筒 内 灌注一定高度混凝土 以固定护筒底 口， 再水下安装 封底隔仓板， 之后围堰刃脚和隔仓板下方全面检查、 堵漏 ， 最后灌注封底混凝土。封底混凝土强度达设 计要求后才能灌注井壁混凝土。 图 4隔 仓 分 布 一 旦封底 混凝土浇筑完成 ， 即可将围堰的锚锭 系统拆除， 用墩位处塔 吊进行顶节 围堰 的拼装 接高 工 作 。 由于岩面存在高差， 在护筒及隔仓板插放前 ， 对 护筒及隔仓板位置的岩面情况进行仔细测量 ， 并绘 成等高线 ， 将护筒和隔仓板底 口切割成相应形状 ， 确 保与岩面尽量吻合 ， 减小堵漏工作量 ， 防止 围堰内外 或隔仓板左右相互串通造成封底失败 。 3 5桩 基施 工 2 、 3号主墩各 1 2 根钻孔桩 ， 桩基直径达 2 8 i t i ， 桩位处岩石强度高 ， 桩基施工采取孔内分层浅爆 、 人 工挖孔的方法成孔 。挖孔施工时在护筒抽水状况下 进行 ， 围堰 内不排水。爆破的关键是采用小孔径浅 炮眼 ， 以减小爆破震动， 实现成孔准确。不同的岩石 强度和不同的挖孔进尺强度 ， 采用不同炮孔参数 、 布 置形式 及装 药 量 。 为确保挖孔过程中施工人员的安全 ， 在强风化 岩层的桩孔 四周设置钢筋混凝土护壁， 以防塌孔， 护 壁 厚 1 5 c m， c 2 0早 强 混 凝 土 ， 开挖 一 层 ， 护 壁 即施 维普资讯 7 4 桥 梁建设 2 0 0 7年增 刊 2 工 一层 ， 上 、 下 层护 壁 间用竖 向钢 筋连 接成 整体 。在 微 风化岩 层段 不做 护壁 。 由于 岩石 存 在裂 隙和 经 过爆 破 开 挖 ， 挖 孔 桩施 工 时孔 内难 免渗水 ， 因此采 取 以下办 法止水 ： ( 1 )护筒 口附近压浆 止水 。护筒外 预埋压浆 管 ， 护筒内封底混凝土钻小孔， 待围堰封底混凝土达 强度后挖孔前 ， 分别在护筒内外注浆止水。 ( 2 )基岩 裂 隙止水 。在桩 孔周 圈护壁 上 水平 钻 小孔压浆止水 。渗水量小时直接钻孔压浆 ， 渗水量 大 时先钻 孔 ， 然 后 桩孔 内蓄水 后再 压浆 。 3 6 承 台施工 人工 挖孔 桩完 成后 ， 抽 出围堰 内海 水 ， 切 割 钢护 筒后处 理 桩头 ， 然后 承 台施 工 。承 台 尺寸 1 6 4 m 2 2 2 m5 m， 混凝 土总量 达 1 8 2 0 4 m。 ， 属 大体 积 混凝土， 采用一次浇注完成 的施工方案。为控制混 凝 土 内外 温差 ， 承 台 中设 置 了冷却循 环 水管 ， 在 承台 混凝土浇注完成即开始通水降温， 待 内部温度降至 允许数值时停止通水 ， 然后循环水管压浆封闭。混 凝土浇注完成 ， 采取保温保湿法养护。 4 结 语 田螺大桥主墩处地形 、 地质 、 水文条件复杂 ， 位 置偏僻 ， 交通不便。该桥混凝 土总量 2 6 3 8 0 m。 ， 总 造价约 5 7 0 0万元 ， 规模不大， 但施工难度不小。该 桥主墩基础的施工方案就是在成本 、 设备资源供求 状况 、 施工技术能力 、 施工环境 条件等基础上 制定 的。水下岩石爆破 、 围堰沉船浮运方案 、 花岗岩地区 大直径 桩基 水下 挖 孔 桩 施工 均 取 得 了成 功 ， 同 时 在 电费、 吊船使用费以及加快施工速度等三方面共计 节省了约 2 1 3 4 2万元 ， 实现了技术方案切 实可行 ， 又有一 定创 新 ， 而且成 本投 入受 控 的管理 目标 ，