在水源保护区施工的桥梁工程,为满足环保要求而禁止对水下基岩采取爆破施工,导致清基难度大,特别是在建工程与既有公路桥梁墩柱距离较近,进一步加剧了围堰方案的选型难度。

　　 新建武汉—十堰铁路孝感—十堰段浪河特大桥位于丹江口水库一级水源保护区,水位年际变幅最大值约10m。15号主墩承台位置处具有河床地形高差大,下伏基岩倾斜陡峭,且与既有福银高速公路浪河大桥8号圆柱墩距离近及基础高差小的施工特点,给深水基础施工带来较大难题。

　　 本文采用深水植桩技术,利用锁口钢管桩+钢筋混凝土钻孔桩的复合围堰 ^[1]施工方案,结合无封底排水开挖工艺,保护了既有公路桥梁运营安全,降低了基岩清理难度,缩短了工期并节约了成本。

　　 浪河特大桥在丹江口市丁家营镇二道河村附近的弯道河段跨越浪河,桥跨形式为1×24m简支箱梁+12×32m简支箱梁+(75+2×135+75)m连续梁+25×32m简支箱梁+3×24m简支箱梁,全长1.744km,线路方向与浪河河流夹角为143°。如图1所示,该预应力混凝土连续箱梁位于13～17号墩位置,主跨跨越福银高速公路浪河大桥与浪河航道。

　　 15号主墩位于浪河河道中,矩形承台尺寸为23.2m×16.8m,承台位于河床面以下,承台顶高程146.593m,承台底高程142.093m,承台高4.5m。

　　 15号主墩位置处地层从上往下依次为淤泥、粉质黏土、粗圆砾土、强风化云母石英片岩及弱风化云母石英片岩。15号墩承台埋入河床面以下4.3m,承台底进入云母石英片岩层最深处1.5m,水下开挖清基难度大。该墩位处河床地形起伏,局部有陡坡斜面,最大高差7.3m,围堰安装定位困难,如图2所示。

　　 如图3所示,15号墩承台距离既有福银高速公路浪河大桥8号墩立柱净距6.6m,承台底距离既有福银高速公路浪河大桥8号墩桩基底部5.543m。此种类型的公路桥桥墩因为使用圆柱墩,结构柔性大、对基础稳定敏感性高。围堰施工过程存在扰动既有基础风险,尤其是开挖安装过程,如果引起河床坍塌,将导致既有高速公路基础变形,危及运营安全。

　　 桥址区位于丹江口水库,受丹江口水库蓄水影响,常年水位保持在150～160m。丹江口水库防洪调度采用预报预泄、分级补偿方式进行。根据现场掌握的水文情况,桥址区水库调度还未达到正常蓄水位高度,施工期间浪河高水位在7—10月,最高水位160.000m;低水位在11月至次年6月,最高水位153.000m。水库水位在6—10月变幅较大,影响水中墩围堰的设计和施工。

　　 从承台形式、地质、水文及水中施工经验方面提出4种方案进行比较分析 ^[2,3,4]。

　　 钢板桩围堰的优势在于其厚度小和临近公路桥基础净距离最大 ^[5,6],但因为墩位处岩层强度较高,且为倾斜陡峭岩面,钢板桩的插打难以嵌入岩层,势必会造成大量变形和撕裂,且墩位处水位较深,钢板桩围堰侧向刚度不足的问题尤为突出,无法满足现场施工要求。

　　 如图4所示,双壁钢围堰尺寸较大 ^[7,8],为保证围堰能下沉到位,需在围堰壁厚范围内提前铣槽清理基岩,槽口宽度2m,深度6.59～13.89m,则铣槽后的槽口外边缘距离公路8号墩立柱4.45m,槽口底部略低于公路8号墩钻孔桩基底0.46m。围堰范围内淤泥、粉质黏土、粗圆砾土地质开挖时易坍塌,存在扰动既有公路桥梁基础风险,若既有高速公路基础变形,则危及运营安全,造成较严重后果。本方案对既有桥梁基础的安全影响过大,无法满足现场要求。

　　 锁口钢管桩相对于钢板桩优势在于强度、刚度大 ^[9,10],适宜本桥的深水基础施工,且结构清晰、尺寸较小,符合本桥临近既有建筑物的施工需求。但和钢板桩围堰一样其结构也是由钢板组成,面对强度大且倾斜陡峭的岩层地质时难以安装,在此类地质情况下,施工钢管桩围堰的常规方法为大基底大开挖,该方法对临近桥梁基础存在严重安全隐患。

　　 根据对上述3种围堰的分析研究,锁口钢管桩围堰在不考虑大基底大开挖对既有桥梁的影响下是最适宜的技术方案。对锁口钢管桩围堰采取深水植桩的技术方案,即采用旋挖钻逐根钻略大于钢管外径的孔,用振动锤安装锁口钢管桩,然后在钢管桩内钻小于钢管内径的孔,锁口钢管桩起到钢护筒的作用,最后钢管桩内灌注钢筋混凝土桩,从而很好地解决了锁口钢管桩岩层地质锚固问题,并且旋挖钻机成孔对土层扰动较小,达到了对既有桥梁基础无扰动的保护目的,如图5所示。

　　 常规锁口钢管桩围堰采取不排水开挖清基,水下浇筑封底混凝土,然后抽水安装内支撑的工序,但针对本项目,基岩强度高,清理深度大,特别是在高水位期施工时水下清理难度较大,而且工期长,不能满足节点工期要求,为此需对锁口钢管桩围堰常规工序进行优化,通过岩层渗透系数试验、植桩施工、低水位期安装内支撑等措施达到优化目的。优化后的施工流程为:锁口钢管桩加工→锁口钢管桩桩位放样→锁口钢管桩孔位钻孔→安装锁口钢管桩→锁口钢管桩内钢筋混凝土桩施工→抽水安装内支撑→清基→浇筑混凝土垫层→承台施工。

　　 针对强风化云母石英片岩裂隙发育、强度高的特点,开展现场透水性能试验。通过现场铣孔后,采用振动锤将锁口钢管桩安装至岩层顶面,然后清理管桩内土体,在管桩内分别套钻1,2,4m深度钻孔桩,最后抽水静置24h,分别检测12h和24h的渗流水深,检测数据如表1所示。

　　 根据现场试验,在与设计方案同样直径规格的深水植桩钢管桩24h渗流水深平均约40mm,植桩深度对渗流影响不明显,故此工艺优化可行。

　　 锁口钢管桩安装采取“3根一循环”的方式 ^[11],当旋挖钻机钻完3个1.5m孔后,采用振动锤安装1.0m锁口钢管桩,在安装好的3根锁口钢管桩内采用0.8m钻头引孔安装钢筋笼,清孔,灌注3根钢筋混凝土桩,然后继续钻孔进入下一循环。尽量缩短钻孔与灌注钢筋混凝土桩的时间,使钻成的孔尽快形成钢筋混凝土钢管桩对基底起支护作用。为加快施工速度,采用2台旋挖钻机分别从线路右侧中间顺时针、逆时针逐根引孔,每引3根交替安装1次,最后在线路左侧合龙。

　　 待所有钢管桩引孔锚固结束后,在锁口钢管桩外侧槽口内采用吸泥机清理孔壁与管桩间隙渣土,水下灌注混凝土封闭孔隙前沿槽口外侧四周,距离锁口钢管桩0.8m堆码1.0m高砂袋与锁口钢管桩之间形成环口,在环口内采用水下垂直导管法浇筑混凝土;在锁口内采用人工填塞红黏土、锯末混合物并采用钢钎插捣密实的方式止水,要求混合物配合比为3∶1(体积比) ^[12],红黏土最大粒径≤10mm。通过铣孔孔隙的封闭处理及锁口内填塞止水,进一步提高工艺优化的实施性。

　　 围堰施工期间按设防水位160.0m与153.0m 2种情况考虑,如图6所示。低水位期安装内支撑可将设防水位160.0m时的5层内支撑优化为2层内支撑。内支撑数量减少,可加快围堰内排水开挖进度,达到降低成本、缩短工期的目的。

　　 如图7所示,为保证临近15号墩附近的福银高速公路运营安全,在福银高速公路浪河大桥8号墩共4根墩柱上设点位,通过测斜仪进行水平位移监测。施工过程中,最大平面累积位移值为4.1mm,满足设计值5mm要求,本深水植桩复合围堰施工方案达到对邻近建筑物保护的目的。

　　 1)分析对比了钢板桩围堰、双壁钢套箱围堰、锁口钢管桩围堰等常规施工方案难以入岩锚固和大基底大开挖时危及临近既有公路桥梁柔性圆柱墩安全的难题,通过实施深水植桩复合围堰方案,取得了较好的施工效果。

　　 2)采用旋挖钻机铣孔成槽,提高了倾斜陡峭岩面情况下的锁口钢管桩植入精度,降低了施工难度。

　　 3)复合围堰强度高,能更好地抵抗河床高差产生的四周受力严重不均衡及偏压问题。

　　 4)通过裂隙发育的强风化云母石英片岩渗透试验及旋挖钻机铣孔后的槽口孔隙内水下混凝土封闭措施,实现了无封底的排水开挖工艺优化,降低了水下基岩清理难度,缩短了工期。

　　 5)合理利用低水位期,减少围堰内支撑层数,提高清基开挖速度,节省临时支撑设施投入。