邕江特大橋水中墩基巖處理施工工藝
2017-11-13
1 工程概況
邕江特大橋是南寧樞紐工程南環(huán)線邕寧——那羅段控制工期的重點工程，與既有鐵路大致平行，相距約30m。它跨越邕江（規(guī)劃Ⅱ級航道）及仙湖大道，橋梁全長1055.5m，共計25跨，主橋為（92+168+92）m連續(xù)梁。主橋16#、17#墩位于水中，水深8-13m。主墩采用直徑5.8m的圓端型實體墩，16#墩高22m，17#墩高26m。主墩基礎(chǔ)施工采用雙壁鋼圍堰。16#和17#承臺底標高分別為：+51.08m和+47.769m。設(shè)計施工最高水位為+63.85m。16#墩承臺埋入河床約11m，17#墩承臺底與河床面基本平齊。地質(zhì)、水文情況：百年一遇的水位為+77.08m，通航最高水位+73.51m，最高施工水位+63.85m，本橋受水文、立交、地形的影響，航道為規(guī)劃II級。水流與線路方向呈81°，最高流速為2.5m/s。地質(zhì)資料不夠詳細，初步設(shè)計圖中顯示，16#墩為泥巖夾頁巖，強度為0.18MPa，17#墩位處為灰?guī)r，強度為0.8MPa，并存在溶洞，巖溶發(fā)育，并呈串珠狀。
2 方案的選擇
根據(jù)施工周期，本橋施工至少跨越一個汛期，再結(jié)合本橋地質(zhì)情況及施工最高水位，對16#墩、17#墩實行不同的水上施工組織；兩個主墩基礎(chǔ)采用“先圍堰后樁基”的方法組織施工，圍堰頂標高按照施工最高水位63.85m+1m進行施工設(shè)計。17#墩雙壁鋼圍堰處底層為裸露基巖，在下沉鋼圍堰時需要將河床開挖到圍堰封底混凝土地面以下，常規(guī)的處理方法是用水下爆破法，將鉆機安裝在浮箱上進行鉆孔，然后用有資質(zhì)的專業(yè)爆破隊伍實施水下爆破作業(yè)。爆破需要采用合適的參數(shù)，計算出裝藥量。爆破后采用長臂挖機在駁船上進行清基，基坑石方裝船運到指定地點。清基完成后派潛水員下水進行摸探，保證爆破滿足雙壁鋼圍堰下沉的需要。
水下爆破施工周期長，效率低，同時結(jié)合現(xiàn)場實際工期安排，河床爆破需在汛期進行，施工難道相當大，根據(jù)現(xiàn)有施工圖進行放樣后，新建橋梁中心線與老橋中心線距離不足30米，而雙壁鋼圍堰的直徑為24米，經(jīng)放樣與老橋的圍堰基本重合，因此如果采用水下爆破必將對老橋承臺產(chǎn)生一定影響，在加上水下爆破位置離既有鐵路橋較近，存在一定安全風(fēng)險，會導(dǎo)致工期拖長，很難滿足工期要求。見圖1所示的橋位平面圖。
經(jīng)過多方協(xié)調(diào)與論證，決定采取另一種方法來處理河床基巖。本文簡要介紹一下處理17#墩圍堰河床基巖的方法。它是將沖擊鉆機安裝在浮平臺上進行沖擊破碎基巖，利用水流將石渣帶走。
3 施工方法
浮平臺的搭設(shè)：
浮平臺是由16節(jié)中-60舟節(jié)（舟橋器材）及4個分水節(jié)（舟橋器材）組成四條舟體，將兩條舟體拼在一起組成一組，兩組舟體拉開2m空檔，將兩組舟體通過多組雙拼的400工字鋼栓接連接成整體，四個角上安裝上錨機，通過鋼絲繩與水中重力錨進行連接。再在浮平臺上安裝三臺鉆機呈“品”字型布置。鉆機選用鋼絲繩沖擊式鉆機，鋼絲繩直徑為？準36鋼絲繩，鉆頭直徑為1.5m的實心鉆。沖擊基巖的范圍要比鋼圍堰外徑要大1m，圍堰尺寸為圓端直徑為15.6m，直線部分長8.4m，內(nèi)外壁間距1.5m。鋼圍堰刃腳部分要沖擊平整沒有死角，以免影響圍堰的下沉。因此在沖擊圍堰刃腳部分時要進行無縫沖擊，相鄰沖擊樁位距離不大于鉆頭半徑，其他部分不小于鉆頭直徑。見圖3所示的沖擊樁位示意圖。
測量定位，是通過岸上的測量定位儀器來測定浮平臺，平臺的移動是靠四個角的錨機來調(diào)整浮平臺的位置，只要測定浮平臺空擋中軸線在樁位的橫軸線上即可，在通浮平臺上的鉆機橫向移位來確定每個沖擊樁位，鉆機的橫向移位要靠導(dǎo)鏈水平拖動來完成，這樣形成一道槽一道槽的沖擊面，基坑周邊形成鋸齒型直壁。
深度的控制，由于沖擊鉆鋼絲繩的長度受水位的影響較大，必須每天記錄水位的變化情況，應(yīng)在鋼絲繩上做好刻度，根據(jù)水位變化適時調(diào)整鋼絲繩的長度。
由于受流速和流向的影響，實際上水下沖擊的樁位和水面測定的樁位是有偏差的，為了消除這種偏差，必須計算好偏移量及方位。下面簡要介紹一下：
基本數(shù)據(jù)：①施工期間在9月份下旬流速基本趨于穩(wěn)定平均1m/s，水深15m。②沖擊鉆機鋼絲繩直徑36mm，鉆頭直徑1.5m，高2m，呈圓錐狀，重5.2t。③水流方向與線路前進方向呈81°角。
作用于鉆頭及鋼絲繩水阻力為：R=KrF■（kg） 式中：K為擋水星座系數(shù)（矩形為1，流線形為0.75）；
r為水的容重為1000kg/m3；
F為阻水面積。
R=1×1000×（0.036×13+0.5×1.5×2）×1/（2×9.8）=100kg；
重量G=5200+13×4.56=5259kg；
浮力：F=（5.2/7.85+0.018×0.018×3.14×13）×1000=676kg；
tgθ=100/（5259-676）=0.0218；
則順水流方向移位：ΔL=15×tgθ=15×0.0218=0.33m。
水流方向與線路前進方向α=81°，線路方向及垂直方向移位：ΔX=ΔL×sinα=0.33×sin81°=0.33m；ΔY=ΔL×cosα=0.33×cos81°=0.05m。
因此在測量定位中一定要考慮到這些因素，否則沖擊的基坑與實際有偏位現(xiàn)象，鋼圍堰不能準確就位，影響施工。施工完后又改用鉆頭直徑為2m的大鉆機進行清掃一遍，再用水下聲納探測儀進行復(fù)核。檢測結(jié)果顯示沖擊效果非常好，基本達到圍堰下沉要求。施工開始于9月25日，結(jié)束于11月5日歷時40天，共清理石方1250m3。沒有使用任何清渣設(shè)備，對航道也沒有產(chǎn)生不利影響。
施工中應(yīng)注意的事項：①由于是在水上施工，注意人員及設(shè)備安全，應(yīng)配備必須的救生設(shè)施和警示標識，防止人員落水和過往船只的碰觸。要與水文氣象部門保持聯(lián)系，做好水文氣象預(yù)報；②合理安排工序，浮平臺移位盡量在白天進行；③沖擊鉆沖擊力很大，要經(jīng)常對浮體連接處進行檢查；④動力配備要充足，并有備用電源。
4 結(jié)束語
通過這次施工給我們處理類似問題時獲得了寶貴經(jīng)驗，此方法在實踐中施工簡單，便捷，而且提高功效，節(jié)約成本和工期，尤其在臨近既有線水中墩施工中不失一種好方法。
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