武汉白沙洲大桥南岸水中墩基础施工.doc

武汉白沙洲大桥南岸水中墩基础施工摘要： 武汉市白沙洲大桥正桥是一座双塔钢箱梁斜拉桥，南侧正桥为T梁简支结构，其南岸水中墩基础采用钻孔灌注桩。介绍了水中墩基础施工时施工栈桥、钻孔平台的方案选择及施工，同时介绍了钻孔和围堰的施工方法。实践证明，该施工方法经济实用。关键词： 长江大桥；桩基础；栈桥；钻孔；围堰；施工方法中图分类号： U445.55文献标识码： A文章编号： 1003-4722(1999)02-0055-03Construction of the Pier Foundationin the South of the Wuhan Baishazhou BridgeXIAOJia-peng(The 1st Bridge Construction Division,Major Bridge Engineering Bureau,Ministry of Railways,Wuhan 430065,China)Abstract: The main bridge of Wuhan Baishazhou Bridge is a steel box girder cable-stayed bridge with double tower.The structure in the south of the bridge is a simple supported T beam bridge,its pile foundations are boredpiles.The plan selection and construction of construction trestle bridge and bored platform were introduced,and the construction methods of borehole and cofferdam were also presented.Through practice,it was shown the construction methods were practical and economic.Key words: Changjiang bridge；pile foundation；trestle bridge；borehole；cofferdam；construction method1工程概况武汉白沙洲大桥位于武汉长江大桥上游约10 km处，北跨汉阳南接武昌，是武汉市中环线的枢纽工程。该桥正桥2 460 m，为主跨618 m的双塔钢箱梁斜拉桥。南侧正桥940 m为1850 m+40 m T梁简支结构。6个水中墩处于白沙洲段的南汊，长年有水，水深在622 m之间，河床的覆盖层较深，在3040 m之间，地质柱状图表明覆盖层为砂卵石层，粉细粗中砂层层厚均在48 m之间，岩层为砂质泥岩，岩石的单轴抗压强度为30 MPa。本文重点介绍了保证工程顺利进行所采用的比较经济实用的施工方法。2施工栈桥2.1方案选择根据以往的施工经验，水上施工既可采用导向船作水中浮动平台，利用拖轮、驳船、浮吊进行施工；也可采用施工栈桥变水为岸的施工方案。经过充分考虑认为前者使用的机械设备多、工作面少、工期长、阻水面积大、施工比较复杂、成本较高，且要设一个水上起重码头，这种方案只适用于离岸较远且墩距较大的情况，不适于本桥的情况，故而用栈桥方案。栈桥方案又经过单、双线栈桥的比较，双线栈桥龙门吊机方案，具有结构稳定、施工方便、可靠性好，但施工的辅助时间长，需用的机具、材料、设备、人员几乎是单线栈桥的2倍，因此造价也是单线栈桥的2倍，从工期和经济的角度考虑只能采取单线栈桥方案。单线栈桥又经过了单线栈桥辅助墩位平台与单线栈桥护筒平台之间的比较，前者是在施工栈桥的同时在墩位处打入临时辅助桩，这些辅助桩与栈桥桩连成一体，在其上构筑施工平台供护筒、围堰施工及钻孔作业之需，这种方案增加了栈桥的横向稳定性，由于施工平台面与栈桥同处一水平面，因而施工比较方便，但对钻孔来讲增加了水泵的吸程及气举反循环的提升高度，另一方面增加了工期和造价。后者是在栈桥施工时在墩位处直接插打孔位处钢护筒，将钢护筒连成整体后在其上焊接牛腿作为钻孔平台的支撑，这种方案虽然较省，但对护筒定位、钻孔防塌提出了严格要求。2.2单线栈桥方案栈桥基础为550 mm的钢管桩和预应力混凝土管桩结合的桩基结构。钢管桩置于弯矩最大处，桩长在2832 m之间，基础设桥台1座，单排桩有13个墩，每墩4根桩，双排桩有4个墩，每墩6根桩。桩顶下2 m设置桩基连接系，桩顶设置钢质分配梁，分配梁上架设桁高1.5 m的轻便型军用梁8片，8片桁架用钢枕连成整体。梁跨结构设计成16跨连续钢桁梁，每跨16 m。在确定这个方案之前对栈桥使用的各种工况及钻孔平台受力状况进行过大量的计算，计算的结果表明有一定的储备系数。经过近2年的使用，特别是经过1998年长江特大洪水的考验，本大临结构未出现任何险情。2.3栈桥施工方法栈桥采用悬臂法施工。悬臂施工采用的起重设备为移动式拼装吊机，吊机最大吊重20 t，臂长25 m，吊高45 m，吊机底部留出4 m宽5 m高的净空，供运输材料使用。此种吊机共拼2台，既作悬拼栈桥的设备也作主体施工的起吊设备。施工步骤如下：(1) 将施工栈桥桥台浇注好，在陆地上将移动式拼装吊机轨道铺好，再将移动式拼装吊机的走行轮和支架拼好，最后将200 kN拼装吊机安装好，经试吊合格后投入使用。在第1跨中设置一万能杆件临时墩托架，悬臂吊装8片8 m长的军用梁，铺设钢枕并连成整体，上铺吊机走行轨道及材料运输轨道，吊机前轮走行至临时墩附近。(2) 安装8片4 m长的军用拆装梁，并装上一套插打 55管桩的导向框架，在导向框 架上接长55管桩，并将管桩下放至河床，调整管桩的垂直度至工艺要求标准，接长桩帽和DZ90振动沉拔桩机，启动振动沉拔桩机下沉管桩，经过几次反复将管桩下沉到位。(3) 拆除临时导向框架，安装另8片4 m长的轻便军用梁，并稍起顶，使其支承在排架墩上的分配梁上。(4) 铺设钢枕及移动式拼装吊机的走行轨道，铺设材料运输便道轨道，将移动式拼装吊机走行16 m，进入下一个悬臂循环。2.4施工中问题的处理栈桥沉桩开始用DZ90效果较好，后由于地质情况发生变化，虽然激振力可达600 kN，但标高难以达到，后采用D25柴油打桩锤锤击至标高位置或达到贯入度为止。在栈桥打桩过程中，曾多次发生过桩头损坏的现象，给施工带来很多麻烦，究其原因不外乎以下几种： 桩头本身质量有问题； 桩接头处不顺直产生附加弯矩从而产生拉应力使桩头处混凝土损坏； 桩架桩帽不顺直，其结果同； 贯入度过小，冲击力过大，桩承受不了； 桩垫偏心或桩垫刚性太强。前4种问题较易解决，第5个问题却是较难控制，按以往的经验，桩垫均用棕绳硬木，使用效果不佳，经多次摸索和专家指点，后采用钢丝绳和薄钢板作桩垫，效果很好。3钻孔平台3.1方案选择钻孔平台采用主体施工用钻孔护筒作支撑，平台采用万能杆件桁架上铺分配梁，以保证钻机在平台上移动方便。由于护筒直接关系到钻孔桩的桩位偏移，因此对护筒的定位要求很严格，否则钻孔桩的偏移将难以满足规范要求。对护筒定位有两种方案：第一种是水上方案，即用水上船只在江中定位，用万能杆件支架连成整体作为护筒的导向；第二种是用万能杆件拼成构架，与施工栈桥连接起来作为护筒的导向。前者导向的高度较小，比较精确，但船只在水上易随波晃动，水上施工较复杂，所用的机具设备也多，费用相当高；后者导向的高度较大，误差放大倍数较大，但导向固定，施工方便，调整容易，操作安全，使用的机具设备少，很经济，护筒的精度主要取决于护筒着床的精度。本桥护筒的定位采用的是第二种方案，经实践证明，这种方案不仅保证了护筒的精度、栈桥的安全，而且取得了较为显著的经济效益。3.2施工方法护筒定位支架安装完好后，通过栈桥的运输道将1 500的护筒运至墩旁，然后将护筒吊至定位架上并进行接长，此时，关键要保证护筒的垂直度和接头的牢固。在护筒未接够长度之前，不宜将护筒插入河床，以免因河床冲刷不平造成定位困难。待护筒接长到位后，有意识让护筒底口向上游偏移25 cm，以抵消水流冲击护筒的偏移。护筒着床后，需对护筒进行认真精密测量，根据测量结果进行细致调整，调整达标后迅速安装桩帽和1 600 kN振动打桩机，通过点动振动打桩机即可沉桩到位。待墩位上游或下游4个护筒均到位后，将护筒互相联结并形成整体，然后放标高，焊牛腿，拼装构架即形成钻孔平台。4钻孔施工水中墩桩基础采用每墩8根1.2 m的钻孔桩，上、下游各4根，因桥址处地质情况比较复杂，泥岩泡水后易软，钻孔采用2000型轻便钻机，用泵吸反循环成孔。该机自重约50 t，最大扭矩20 kN*m，钻杆接头是快装接头，自带泵吸反循环系统。由于钻孔平台是支撑在护筒上的，钻孔的防塌应作为施工的第一任务，为此将泥浆的比重加大到1.11.25 t/m3,护筒内的水头差高出常态约2 m。为保证泥浆的质量，钻孔时采用岸上泥浆池供应泥浆，钻孔平台上采用5 m3的小沉碴筒进行循环，每个墩位的护筒互相连通作为小泥浆池的补充。采用这种工艺钻机通过砂层和粘土层时进尺很快，但进入卵石层后，钻机跳动很大几乎没有进尺。分析认为可能是遇到了大卵石层。按以往的经验，可用冲击钻、冲抓锥、抓泥斗来解决，但由于本桥位砂层较厚，约26 m，护筒难以跟进，如用冲击钻，则工期过长，费用过高，如用潜水工下潜打捞，危险性较大，潜水员因操作不方便也难以成行。最后经过反复研究决定采用筒式钻头取卵石。所谓筒式钻头就是用圆筒和钻杆连成整体，圆筒周围焊刀片以保护圆筒，圆筒底部有一个活门结构，让大卵石只进不出，采用这种钻头效果较好，取出的卵石最大直径达67 cm。这种筒式钻头的高度约1.2 m，每次可取卵石1 m3左右。由于2000型轻便钻机的钻杆接头是快装接头，每装拆一次约耗费时间5 h，通过34 m卵石层需24 h左右，用筒式钻头配合方便快捷的小型旋转钻孔克服卵石层是很成功的。钻完覆盖层后还要穿越28 m左右的砂质泥岩，采用小功率的旋转钻机配较小的刮刀钻头进行试钻，效果良好，每天进尺810 m，能够满足进度要求。5围堰5.1拼装在钻孔结束后，应进行承台施工。本标段的承台为高桩分离式承台，轮廓尺寸为5 m5 m25 m，承台底距河床最大距离为2 m，有的墩位承台嵌入河床1 m。为使承台施工得以顺利进行，采用围堰施工。围堰采用单壁方形套箱筒钢围堰，每个围堰重60 t，共计12个围堰。每个围堰外轮廓尺寸为7 m7 m18 m，水头差13 m。按照以前的经验，围堰的拼装在岸上或船上拼装好一整节，然后浮运到墩旁，用大吨位浮吊或起吊构架起吊到位。由于本标段围堰具有体积小、数量多、单价特别低的特点，沿用以往的办法经济上难以承受。为此，决定围堰在墩位拼装，其拼装平台因陋就简，在钻孔桩护筒上焊简易支腿用脚手板铺设简易平台即可。考虑到栈桥上拼装式吊机的吊重，将围堰分为2节，每节4片，每片自重小于8 t。拼装步骤如下：(1) 将围堰刃角在岸上拼成整体，运输至墩位后，吊入拼装围堰的简易平台，并调整好。(2) 将第1片钢围堰吊入，围堰刃角对好，位置确定无误后焊牢，将第1片围堰和钢护筒临时连接，保证第1片围堰位置正确和自身的稳定。(3) 将围堰的其余3片按上述方法拼好，将各片之间的缝隙用连接角钢焊密实，保证水密性，将围堰内的框梁和十字撑安装固定。(4) 用同样的方法将另一节围堰拼装焊牢，对整个围堰焊缝进行一次煤油浸透试验，不合要求的地方进行补焊，待完全合格后，将围堰吊点焊接牢固。5.2定位、下沉待围堰拼装完毕后，在栈桥上固定一个能起吊800 kN的万能杆件构架，安装起吊用卷扬机和滑车组，将钢丝绳穿好，在钢护筒上焊上带滚轮的硬导向，以确保钢围堰的位置准确。待起吊前的准备工作全部完毕后，将围堰提起，下放3次以确认起吊设备完好。然后，解除