桥梁课题4陆水桥主桥基础施工技术.docx
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桥梁课题4陆水桥主桥基础施工技术
武广客运专线桥梁课题研究之四
陆水特大桥主桥41＃墩基础施工技术研究
前言
随着交通建设的飞速发展，跨深水河湖桥梁建造数量的不断增加，深水中桥梁基础施工越来越频繁多见，桥下部结构深水中施工是工程重难点，是跨深水桥梁建设中的一个薄弱环节。
根据水深和基础的不同，采用的施工措施也是多种多样，双壁钢围堰施工基础是比较优越、安全的方案措施，在跨深水桥梁建设中得到了较为广泛的应用。
1总体施工方案
1．1工程概况
陆水特大桥位于赤壁市境内，全长3991.56m，中心里程DK1321+792.38，桥位沿着京珠高速公路走行，横跨陆水河。
其孔跨布置为20-32m简支箱梁+2-24m简支箱梁+16-32m简支箱梁+1-24m简支箱梁+1-32m简支箱梁+（70+125+70）预应力混凝土连续梁+2-32m简支箱梁+2-24m简支箱梁+5-32m简支箱梁+（40+56+40）预应力混凝土连续梁+8-32m简支箱梁+3-24m简支箱梁+6-32m简支箱梁+（40+56+40）m预应力混凝土连续箱梁+41-32m简支箱梁，其中（70+125+70）预应力混凝土连续梁为跨越陆水河跨。
桥址范围内地形地貌主要是岗地、陆水河漫滩及一级阶地，局部植被发育，沟渠纵横交错，厂房林立，周边村庄遍布，公路纵横交错，该桥沿线跨越黄龙大道、晨鸣大道及107国道与京珠高速公路的联络线赤红公路，交通非常方便。
陆水河为通航河流，航道为Ⅴ级（3）等航道，通航净高为8米，侧高为5.5m，净宽为80m，上底宽72m，桥址处最高通航水位：
H10%=31.25m，施工水位22.19m，水流平缓。
本桥40#～43#号墩为跨越陆水河跨主桥墩，41＃墩位于深水中，基础采用钻孔灌注桩基础，桩径2.5m，承台为低桩承台，尺寸为17.2×17.2×5m。
1.2施工总体方案概述
41#墩基础采用双壁钢围堰施工，先堰后桩方案施工。
双壁钢围堰在武汉侧岸上分节分块制造，在码头临时水上平台上组拼,起吊下水。
由于桥位处无松散覆盖层,为裸露弱风化泥质砂岩，围堰嵌入深度达9m,故先进行水下控制爆破开挖基坑,清基至设计标高后,用导向船整体浮运双壁钢围堰至墩位处,利用导向船、导向定位桩定位，双壁仓内灌水下沉，精确定位后，水下灌注壁仓混凝土及钢围堰与基坑壁间混凝土,退出导向船，在钢围堰顶搭设平台，插打桩基钢护筒，钢护筒打设完成后，对围堰内清基、水下封底，利用双壁钢围堰顶部平台作为钻孔平台，上两台KPG3000全液压气举回转钻机进行基岩的钻孔施工，桩基施工完后进行围堰抽水，按大体积砼施工方法施工承台。
1.3主要临时设施
陆水特大桥主桥工程施工主要临时设施有：
施工便道、栈桥、码头、砼集中搅拌站、变压站、钢筋及钢结构加工场、其它生产和生活房屋，共计16000m2。
场地布置详见“陆水特大桥主桥施工平面布置图”。
1.3.1施工栈桥
在武汉岸39#～41#墩间搭设栈桥，栈桥位于桥梁上游侧，长度110m，41#～42#墩之间预留通航孔，栈桥宽度5m，桥面标高应考虑栈桥安全渡汛的要求,较施工水位高2.0m，供40#、41#墩基础和墩身施工材料、设备、混凝土等的水平运输。
栈桥采用Φ80cm钢管桩作为基础，六四式军用梁为承重梁，跨径15米，宽5m，满铺20×20cm方木为桥面，两侧设护栏。
栈桥钢管桩基础打设时采用浮箱平台定位，浮吊配合打桩锤插打，主梁六四式军用梁在码头拼装，驳船运至栈桥处，浮吊架设。
见“栈桥结构布置示意图”。
1.3.2临时码头
在武汉端40＃墩旁岸边填筑一个临时码头，面积为1000m2，并在其上配一台走行WD-20桅杆吊机负责装卸物资、钢结构场内拼装、起吊构件和倒运平台；码头迎水面采用片石码砌防护，码头修建临时便道与武汉端的107国道相接，交叉路口设置警示标志。
1.3.3砼搅拌站
设自动计量混凝土搅拌站1座，配置2套产量90m3/h拌合机，负责混凝土的供应，拌合站选址要满足防洪方面的要求。
1.3.4钢结构加工厂
在桥位附近设1个钢结构加工厂，负责钢护筒、钢围堰等临时钢结构加工，钢结构加工厂选址要满足防洪方面的要求。
1.4主要施工设备
主要施工机械、设备表（只考虑41#墩基础）
序号
名称
规格型号
产地
数量（台/套）
现状
备注
小计
其中
自有
租赁
新购
特别制造
1
砼罐车
HNJ5290GTB
辽宁
4
4
优良
2
砼搅拌站
2×90m3/h
四川
1
1
优良
3
砼输送泵
HBT-80
长沙
4
4
优良
4
气举反循环钻机
KGP3000
郑州
3
3
优良
5
砂石泵组
6BS
江西
3
3
优良
6
泥浆分离机
ZX-150
宜昌
1
1
优良
7
泥浆船
100t
广州
2
2
优良
8
泥浆运输车
8t
自制
4
4
优良
9
汽车吊
QT-25
徐州
1
1
优良
10
汽车吊
QY-16
徐州
1
1
优良
11
桅杆吊机
WD-20
武汉
1
1
优良
12
水上龙门吊
200t
自制
1
1
13
浮吊
20t
武汉
1
1
14
浮吊
15t
武汉
1
1
15
装载机
ZLC50
柳州
3
3
优良
16
挖掘机
CAT320
美国
2
2
优良
17
长臂挖掘机
CAT325L
2
2
水下
清基
18
抓斗
4
4
19
浮箱打桩平台
自制
2
2
优良
20
运输船
100t
厦门
2
优良
21
浮箱
中-60
安徽
36
优良
22
驳船
100t
2
2
优良
23
托轮
500hp
1
1
优良
24
交通船
广州
1
1
优良
25
机动舟
994型（300hp）
安徽
2
2
26
地质钻机
XJ-100
上海
8
8
水下爆破钻孔
27
发电机
200KW
太原
4
4
优良
28
发电机
400KW
太原
3
3
优良
29
变压器
800KVA
太原
2
2
优良
30
变压器
630KVA
太原
2
2
优良
31
打桩锤
DZ120
上海
1
1
优良
32
打桩锤
DZ90
上海
1
1
优良
空压机
WF
蚌埠
3
3
优良
2水下控制爆破开挖基坑
2.1水下控制爆破设计
2.1.1、爆破范围：
双壁钢围堰设计直径27m，爆破范围按28m考虑，基坑深度9m，地质情况为泥质砂岩，水深4.5m～4.8m，一般冲刷层1.6m，按三层爆破设计，每层爆深3m。
2.1.2、炮孔布置：
炮孔布置示意图
采用XJ-100型取岩芯地质钻，钻孔直径100mm，孔距a=4m，排距b=1.5m，钻孔深度H=3.0m，超钻深度Δh=0.9m，布孔19排，共95个孔。
如右图示：
2.1.3、药量设计：
单孔装药量Q=k1qabH＝20.8kg
k1-水的深度影响系数，查取1.3
q-炸药单耗量，与岩石硬度、水深、临空面厚度有关,经计算为0.89kg/m3
a-炮孔间距，4m
b-炮孔排距，1.5m
H-挖深度（台阶高度），3m
2.1.4、装药结构设计：
装药结构采用连续水耦合装药结构，药卷直径80mm，长度300mm，即孔壁与药卷之间、孔口到孔中装药位置间以水充填。
2.1.5、起爆网络设计：
采用非电导爆管同段位等微差起爆网路，孔内药卷中采用两个非电5段秒雷管，孔外用两发6段毫秒雷管并联。
如下图示。
具体做法：
网路连接时，先将同排炮孔的每个炮孔中的两根导爆管分成两把，然后把同排中的每一把用两发6段毫秒雷管并联成两列，再把每列串联起来，形成两支线，最后两支线用瞬发电雷管并联起爆。
完成第一排陶槽后,相对于第一排两侧各排对称同时起爆，爆渣向中心集堆。
起爆网路
2.1.6、修正爆破设计
第一层爆破完毕及时清渣，清渣后复测爆破后实际深度和底部平整情况，根据实测数据对第二层布孔、药量进行修正，第二层设计时可不考虑覆盖层，但要考虑水深的影响。
第二层爆破清理完毕，要严格检查剩余厚度，根据实测值，计算出第三层的爆破深度，然后进行第三层爆破设计，确保基底平整，标高不超欠挖。
2.2水下控制爆破施工工艺
2.2.1水下控制爆破施工工艺流程（见下页）
2.2.2工艺说明
（1）钻孔平台构造：
采用浮箱打桩平台作为钻孔平台,浮箱打桩平台由两组中-60浮箱与型钢联结系组成，两组浮箱之间的间距根据需要确定。
钻孔前浮箱平台先就位定位。
（2）测量定位：
用全站仪测出爆区内两个十字轴线、中心点和界外标志，计算好各炮孔的方位，根据所设置的标志桩，用尺子分别量测出各炮孔位置，分别下套管定位。
（3）钻孔：
在浮平台上进行垂直钻孔。
先下套管到基岩上，然后钻杆在套管内进行钻孔。
根据孔位布置钻机可在浮平台上的导轨上前后移动。
（4）清孔：
打好的孔在装药前，用高压风进行清孔。
检查效果、修正爆破设计
爆破施工工艺流程图
（5）装药：
装药前，在拔出钻杆时，通过套管往孔内插入一根塑料管，然后拔出套管，塑料管将炮孔连接到水面上，通过塑料管进行装药。
把加工好的药卷一卷一卷的慢慢的送入炮孔内，每放入一卷药，要用竹竿把要捅到孔底，药卷与药卷紧紧相接。
装药结构，先装一卷底药，然后装起爆药，即乳化药卷中有两个非电5段秒雷管，最后按计算把药装够。
（6）起爆网路连接：
雷管脚线按35m～40m控制，在水中尽量不设接头，在爆区两侧搭设平台，距水面1m左右，每个孔中的两根脚线分别引到两侧平台上，每排一把用两个6段毫秒雷管并联成两列，两侧起爆主线采用双线分别串联到6段毫秒雷管上，形成两路支线，把两路支线引出同时起爆。
（7）检查、清渣：
起爆后对炮孔进行检查，确认无盲炮后，方可进行清渣。
清渣主要采用抓斗挖泥船，利用长臂挖掘机进行抓渣清基。
在清渣过程中，用小船随时进行测量开挖平面和开挖深度，必要时有潜水员下水进行清查。
欠挖处进行补爆破处理，超挖处如果在钢围堰的刃角部位，可用碎石填平。
2.3水下控制爆破安全措施：
（1）、建立健全水下爆破安全指挥系统，统一指挥。
（2）、设置警戒区域，加强警戒。
警戒区域200m以内不得有非爆破人员进入，河流上下2000m以内，不得有人在水中作业和在水面放养禽畜等。
（3）、水上施工设备撤离至爆破区域200m以外。
（4）、封锁航道，禁止其它船只进入河流上下2000m以内。
3双壁钢围堰施工41#墩基础
3.1施工工艺流程
双壁钢围堰分节分块制造制造
双壁钢围堰施工水下基础工艺流程图
安装水上平台
钢围堰底节在水上平台上拼装
安装水上龙门吊
水密性检查
钢围堰底节起吊下水并安装中上节
水下控制爆破
定位系统布设
钢围堰整体浮运到墩位
钢围堰准确定位
复核钢围堰平面位置、垂直度、标高，合格后锁定
钢围堰下沉
灌注堰壁混凝土
插打钢护筒
围堰清基、堵漏
制作混凝土试件
围堰水下砼封底
钻孔灌注桩施工
抽水
清理封底混凝土顶面、凿除桩头
混凝土温差控制
布设砼散热管道、温度监控元件
制作混凝土试件
混凝土养生
浇注承台混凝土
绑扎承台钢筋
3.2双壁钢围堰制造
3.2.1双壁钢围堰构造
双壁钢围堰平面尺寸根据承台尺寸及钢围堰下沉误差确定，立面高度根据承台标高及其施工水位确定，壁厚根据制造空间必要尺寸、抽水时受力情况等条件确定,满足强度、刚度要求。
41#墩钢围堰由于水深较大，采用受力性能较好的圆形结构，内径25m（较承台对角线长度大0.7m）、壁厚1.0m、高15m的双壁圆形无底焊接结构浮体结构，为了便于加工制作，将其分为三节，每节高度5m，底节根部设有刃脚，双壁钢围堰由内、外壁板、角钢焊接骨架、隔舱板组成，在其顶部、中部两层内支撑架以加强其刚度、强度。
壁板采用6mm钢板，骨架角钢采用L75×8角钢，部分位置用L100×10角钢加劲。
围堰结构要求水密，以适应在施工各种工况的需要。
见“双壁钢围堰结构示意图”。
3.2.2围堰制造
双壁钢围堰在现场制造，材料进厂进行检验,确保材质满足设计要求,质量满足钢结构制造要求。
出厂的分块块件，按照设计复核结构尺寸及对焊缝进行煤油渗透检查。
钢围堰加工分块根据吊机起吊能力,每节又分成8片制作，块与块之间的连接为等强连接，加劲环与肋采用交错对接，保证受力可靠。
3.3双壁钢围堰组拼、下水、浮运、定位、下沉
3.3.1双壁钢围堰组拼、下水
在码头处河面组拼导向船，在导向船上搭设临时水上平台和龙门吊机。
导向船由两组中－60浮箱组成，每组包括14只浮箱，按纵向7只横向2只布置，两组浮箱之间用铁路舟桥标准梁联结成为整体，浮箱组间净距28m。
临时水上平台用六四式军用梁作为承重梁，上铺方木。
龙门吊以万能杆件拼组立柱，以六四军用梁作为横梁，以卷扬机和滑轮组为起吊系统。
为减轻双壁钢围堰下水时的起吊重量和高度，仅在平台上组拼钢围堰底节，组拼完毕，利用在导向船上搭设的龙门吊吊起钢围堰底节，拆除临时平台，下放底节入水，底节可以凭借浮力自浮，然后接高中节和上节。
接高时应注意对称进行，以防围堰倾覆。
（见双壁钢围堰（底节）拼装示意图）
双壁钢围堰构造示意图
双壁钢围堰（底节）拼装示意图
3.3双壁钢围堰浮运、定位、下沉
双壁钢围堰拼装完毕,检验合格后即可进行浮运。
浮运前对基坑的坑底标高和平面位置作再次检查，核对无误后，开始浮运钢围堰，将钢围堰与导向船固定在一起，由两艘300hp机动舟从导向船尾部推动导向船带着钢围堰一起运往墩位处。
钢围堰定位由导向定位桩与导向船来控制。
由于河床没有松散覆盖层，故不使用抛锚定位，打设Φ150cm钢管桩作为导向定位桩，在墩位上下游各布置两根。
围堰浮运从下游接近墩位，调整导向船位置，缓慢导入就位，准确调整钢围堰位置，然后将导向船与导向定位桩之间固定。
为保证钢围堰入水时的垂直度，在上游导向定位桩与钢围堰间设两层导向定位装置，导向定位装置为刚性结构，固定于钢围堰外壁，前端为环状结构，内置滚轮，在导向定位桩外壁设导向轨，环状结构套于导向定位桩上，围堰下沉时，导向装置亦沿着导向定位桩导向轨下滑，起导向定位作用。
导向装置安设完毕，对称向钢围堰双壁内灌水，钢围堰在重力作用下下沉，下沉过程中对钢围堰的平面位置及垂直度进行观测，发现问题及时调整。
围堰刃角落到基坑底后，核对围堰平面及垂直度无误后，将围堰与4根导向定位桩固定，水下灌注壁仓及外壁与基坑壁间混凝土，增加钢围堰的稳定性，灌注外壁与基坑壁间混凝土前，应安排潜水员将钢围堰刃角下的缝隙堵塞，以防壁外混凝土流入围堰内。
见双壁钢围堰浮运就位示意图。
钢围堰定位完毕，导向船可适时退出。
3.4钢护筒插打施工
3.4.1钢护筒制造
钢护筒采用Q235钢材制造，由厚14mm的钢板卷制成直径2.7m的圆筒焊接而成，桩基钢护筒均在生产区钢结构加工厂加工。
钢护筒在由短节焊成吊装节时，将各短节钢护筒的竖向焊缝错开布设；对所有的钢护筒进行焊接质量、圆整度（规圆）检查、轴心垂直度检查，符合验收标准后出厂。
3.4.2钢护筒打设
在钢围堰顶搭设施工平台,在桩位处安设钢护筒导向装置，根据水文和河床地质情况，确定每根钢护筒的长度为17m，施工时将钢护筒分成2节，每节高度为8.5m。
将第一节钢护筒用浮吊吊入钢护筒导向框内，钢护筒沿导向框放下。
护筒上口放至距导向框顶部0.4m时,在护筒侧壁上焊接牛腿，使护筒担在导向框上，浮吊松钩。
吊装第二节钢护筒，两节护筒对位好后，进行焊接接长。
双壁钢围堰浮运就位示意图
浮吊稍稍吊起钢护筒，将第一节钢护筒上的牛脚用氧气-乙炔切割掉，再将接长的钢护筒下放。
调整钢护筒位置。
接长钢护筒并下放到位后，用经纬仪从两个垂直角度方向观察是否符合施工规范要求，用浮吊、倒链等对钢护筒位置进行调整。
然后，在导向框内将钢护筒四周侧向固定牢固，保证钢护筒在平面位置及倾斜度上不会发生较大变化，而又能够沿导向框架振入河床内。
振入钢护筒。
将打桩锤与其底座联结牢固，吊至钢护筒顶口，用高强螺栓将打桩锤底座与钢护筒顶口法兰联结牢固。
然后，启动打桩锤，将钢护筒振入河床内，至设计深度。
在振入过程中，两台径纬仪从两垂直角度方向分别观察钢护筒，确保钢护筒中心位置偏差和倾斜度符合规范要求。
发现异常现象，立即停止振入，检查原因，采取有效措施进行纠正。
3.5水下混凝土封底
封底前,对围堰内底部进行清理,清除围堰内的泥砂、杂物,使让围堰与封底混凝土结合紧密；同时安排潜水员堵塞钢围堰刃角下不严密的地方，以保证封底成功。
在钢围堰顶部设置水封混凝土平台，准备就绪后进行封底混凝土作业，由于封底面积较大，封底采取分仓灌筑，各仓间采用带肋的钢板隔开，为加强钢板与混凝土间的联结，在钢板上焊接垂直于钢板的短钢筋接茬。
分仓钢板安装于钢围堰底部，与钢围堰一同入水。
混凝土灌注采用刚性导管水下灌注，41#墩封底混凝土厚度为2.0m，C20封底混凝土方量982m3，混凝土供应由2台90m3/h的混凝土拌合站同时供应。
为保证封底混凝土质量，采用围堰顶部设混凝土总槽，储存一定量的首盘混凝土，并设多方向的溜槽，仓内多点均匀布设刚性导管，泵送混凝土，连续、多点、快速浇筑，施工中加强对混凝土顶面标高量测，保证封底混凝土顶面高程基本一致。
逐仓灌注封底混凝土直至完毕。
封底混凝土的坍落度控制在18～20cm,掺加粉煤灰和高效缓凝剂，以提高混凝土的流动性，延长混凝土的初凝时间。
为排除围堰内封底混凝土置换出的水量，采用在围堰侧板上部开口或用水泵抽水的方式排水。
3.6钻孔桩施工
围堰内水下混凝土封底完成后,养生至70%强度后，在双壁钢围堰平台上摆放钻机，进行钻孔作业，桩基采用KGP-3000全液压气举反循环钻机施工。
配备浮吊2台，浮吊工作内容包括平台上钻机移位、吊装钻具、下钢筋笼和打设钢护筒等。
钻孔桩施工时，除配备相应的钻机、压风机、泥浆泵、泥浆分离机、泥浆船、运输及备用电源等，另配备工作船作为施工时的辅助作业平台，部分机具、材料可摆放在工作船上。
钢筋笼在生产区胎膜上用长线法分段制作，用加自制长平板车运输，通过岸边连接围堰的栈桥运至围堰旁，采用浮吊吊装。
由于设计要求桩基用超声波检测，声测管应与钢筋笼一起安装，安装时应注意保持其位置准确，牢固可靠，密封性良好。
水中钻孔桩施工工艺和方法见有关章节之“水中钻孔桩基础施工工艺和方法”。
3.7承台大体积混凝土施工
水中钻孔桩全部完成后，采用水泵抽水，切割多余钢护筒，凿除高于桩顶设计标高以上的桩头混凝土，清除围堰内浮渣，大体整平混凝土面。
然后绑扎承台钢筋，立模板，浇注混凝土。
混凝土采用多台输送泵水平分层一次浇注成型。
41#承台混凝土尺寸为17.2m×17.2m×5m（长×宽×高）,体积为1479.2m3，为大体积混凝土。
控制混凝土内外温差，防止温度裂缝产生是承台施工控制的重点。
根据温度裂缝产生的机理，采取以下控温差、防裂纹措施:
（1）优化配合比，选用低水化热的水泥,如矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥或粉煤灰水泥等，充分利用混凝土的后期强度,减少水泥用量。
（2）原材料控制。
尽量选用粒径大（但不宜大于40mm）且级配良好的粗集料,严格控制砂石的含泥量。
夏季砂石材料应避免阳光直晒,并可喷冷水雾或冷气预冷;用低温水或冰水搅拌混凝土;混凝土运输过程中也应避免日晒。
（3）掺合料及外加剂的使用。
用粉煤灰作掺合料,可以代替部分水泥,降低水化热。
外加剂主要是减水剂、缓凝剂。
混凝土中掺入减水剂，可以减少拌和用水,节约水泥用量,从而降低了水化热。
缓凝剂可以防止混凝土温峰出现过早,延缓水化热释放时间,减少内外温差。
（4）采用内部散热、外部保温的措施减少内外温差。
混凝土浇筑应合理布置冷却循环管，同时在混凝土内部设置温度监测元件,管内采用循环水排热，安装冷却管时应进行密水检查,保证不漏浆、不漏水。
混凝土浇筑完毕12h内,应先盖塑料薄膜一层后盖草包或麻袋两层,再盖塑料薄膜一层进行隔热保温养护。
通过水温表和预埋元件进行温度监控，根据监控结果来调整冷却循环管内进水温度和水流速度，从而达到控制温差不超过允许值、防止裂缝的目的。
3.8双壁钢围堰拆除
桥梁施工完毕即可进行钢围堰拆除，钢围堰拆除可以采用水下切割的方法进行，拆除范围为承台顶面以上部分，同时将其它水中临时结构如定位桩、栈桥等拆除。
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