邕江特大桥水中墩基岩处理施工工艺
2017-11-13
1 工程概况
邕江特大桥是南宁枢纽工程南环线邕宁——那罗段控制工期的重点工程，与既有铁路大致平行，相距约30m。它跨越邕江（规划Ⅱ级航道）及仙湖大道，桥梁全长1055.5m，共计25跨，主桥为（92+168+92）m连续梁。主桥16#、17#墩位于水中，水深8-13m。主墩采用直径5.8m的圆端型实体墩，16#墩高22m，17#墩高26m。主墩基础施工采用双壁钢围堰。16#和17#承台底标高分别为：+51.08m和+47.769m。设计施工最高水位为+63.85m。16#墩承台埋入河床约11m，17#墩承台底与河床面基本平齐。地质、水文情况：百年一遇的水位为+77.08m，通航最高水位+73.51m，最高施工水位+63.85m，本桥受水文、立交、地形的影响，航道为规划II级。水流与线路方向呈81°，最高流速为2.5m/s。地质资料不够详细，初步设计图中显示，16#墩为泥岩夹页岩，强度为0.18MPa，17#墩位处为灰岩，强度为0.8MPa，并存在溶洞，岩溶发育，并呈串珠状。
2 方案的选择
根据施工周期，本桥施工至少跨越一个汛期，再结合本桥地质情况及施工最高水位，对16#墩、17#墩实行不同的水上施工组织；两个主墩基础采用“先围堰后桩基”的方法组织施工，围堰顶标高按照施工最高水位63.85m+1m进行施工设计。17#墩双壁钢围堰处底层为裸露基岩，在下沉钢围堰时需要将河床开挖到围堰封底混凝土地面以下，常规的处理方法是用水下爆破法，将钻机安装在浮箱上进行钻孔，然后用有资质的专业爆破队伍实施水下爆破作业。爆破需要采用合适的参数，计算出装药量。爆破后采用长臂挖机在驳船上进行清基，基坑石方装船运到指定地点。清基完成后派潜水员下水进行摸探，保证爆破满足双壁钢围堰下沉的需要。
水下爆破施工周期长，效率低，同时结合现场实际工期安排，河床爆破需在汛期进行，施工难道相当大，根据现有施工图进行放样后，新建桥梁中心线与老桥中心线距离不足30米，而双壁钢围堰的直径为24米，经放样与老桥的围堰基本重合，因此如果采用水下爆破必将对老桥承台产生一定影响，在加上水下爆破位置离既有铁路桥较近，存在一定安全风险，会导致工期拖长，很难满足工期要求。见图1所示的桥位平面图。
经过多方协调与论证，决定采取另一种方法来处理河床基岩。本文简要介绍一下处理17#墩围堰河床基岩的方法。它是将冲击钻机安装在浮平台上进行冲击破碎基岩，利用水流将石渣带走。
3 施工方法
浮平台的搭设：
浮平台是由16节中-60舟节（舟桥器材）及4个分水节（舟桥器材）组成四条舟体，将两条舟体拼在一起组成一组，两组舟体拉开2m空档，将两组舟体通过多组双拼的400工字钢栓接连接成整体，四个角上安装上锚机，通过钢丝绳与水中重力锚进行连接。再在浮平台上安装三台钻机呈“品”字型布置。钻机选用钢丝绳冲击式钻机，钢丝绳直径为？准36钢丝绳，钻头直径为1.5m的实心钻。冲击基岩的范围要比钢围堰外径要大1m，围堰尺寸为圆端直径为15.6m，直线部分长8.4m，内外壁间距1.5m。钢围堰刃脚部分要冲击平整没有死角，以免影响围堰的下沉。因此在冲击围堰刃脚部分时要进行无缝冲击，相邻冲击桩位距离不大于钻头半径，其他部分不小于钻头直径。见图3所示的冲击桩位示意图。
测量定位，是通过岸上的测量定位仪器来测定浮平台，平台的移动是靠四个角的锚机来调整浮平台的位置，只要测定浮平台空挡中轴线在桩位的横轴线上即可，在通浮平台上的钻机横向移位来确定每个冲击桩位，钻机的横向移位要靠导链水平拖动来完成，这样形成一道槽一道槽的冲击面，基坑周边形成锯齿型直壁。
深度的控制，由于冲击钻钢丝绳的长度受水位的影响较大，必须每天记录水位的变化情况，应在钢丝绳上做好刻度，根据水位变化适时调整钢丝绳的长度。
由于受流速和流向的影响，实际上水下冲击的桩位和水面测定的桩位是有偏差的，为了消除这种偏差，必须计算好偏移量及方位。下面简要介绍一下：
基本数据：①施工期间在9月份下旬流速基本趋于稳定平均1m/s，水深15m。②冲击钻机钢丝绳直径36mm，钻头直径1.5m，高2m，呈圆锥状，重5.2t。③水流方向与线路前进方向呈81°角。
作用于钻头及钢丝绳水阻力为：R=KrF■（kg） 式中：K为挡水星座系数（矩形为1，流线形为0.75）；
r为水的容重为1000kg/m3；
F为阻水面积。
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；
则顺水流方向移位：ΔL=15×tgθ=15×0.0218=0.33m。
水流方向与线路前进方向α=81°，线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。
因此在测量定位中一定要考虑到这些因素，否则冲击的基坑与实际有偏位现象，钢围堰不能准确就位，影响施工。施工完后又改用钻头直径为2m的大钻机进行清扫一遍，再用水下声纳探测仪进行复核。检测结果显示冲击效果非常好，基本达到围堰下沉要求。施工开始于9月25日，结束于11月5日历时40天，共清理石方1250m3。没有使用任何清渣设备，对航道也没有产生不利影响。
施工中应注意的事项：①由于是在水上施工，注意人员及设备安全，应配备必须的救生设施和警示标识，防止人员落水和过往船只的碰触。要与水文气象部门保持联系，做好水文气象预报；②合理安排工序，浮平台移位尽量在白天进行；③冲击钻冲击力很大，要经常对浮体连接处进行检查；④动力配备要充足，并有备用电源。
4 结束语
通过这次施工给我们处理类似问题时获得了宝贵经验，此方法在实践中施工简单，便捷，而且提高功效，节约成本和工期，尤其在临近既有线水中墩施工中不失一种好方法。
参考文献：
[1]交通部第一公路工程总公司主编.桥涵[M].人民交通出版社.
[2]铁路战备业务手册.铁道部战备局，1989.
[3]江正荣，朱国梁编著.简明施工计算手册[M].中国建筑工业出版社，2005.
[4]吴德馨编著.浮桥施工技术[M].中国建材工业出版社，2000.
