浅谈悬索桥主塔基坑施工技术
2018-01-22
工程概况
某跨河大桥主桥采用双塔双索面自锚式悬索桥，跨度组合为70.5m+175m+70.5m=316m，两侧引桥均采用3孔一联预应力混凝土简支连续箱梁。大桥总长492米，桥宽为45米，桥面面积约为22140平方米。
大桥5号主塔基础处于主河道区域内，基础形式采用梯形台座，其顶面尺寸为12.5m×9.5m,底面尺寸为16.5m×19.5m,台座厚2.5m,台座下接16.5m×19.5m×3.65m钢筋混凝土承台。5号主塔基础开挖时先将自然地面大面积下挖约3m，再进行基坑开挖。开挖深度为13.75m，基坑深度为10.8m，降水深度为9.4m。
桥位区位于河下游，由于河水的游荡冲刷，河道较宽阔。地形起伏不大。地貌单元属伊河河床及河漫滩。本区主要有卵石孔隙水、黄土孔隙孔洞裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水。主要接受大气降水和河水补给。年径流量不大，但汛期洪水比较大。桥位区地层以第四系全新统、上更新统冲洪积形成的卵石为主。
二、施工部署
5号基坑开挖区域的桩基施工完成后，现场原有的泥浆池进行换填压实。西侧为工程的施工便道，东侧为下游橡胶坝的蓄水池，距基坑边大约30m，主河道的疏水通道与5号基坑相邻。故施工周边环境较为复杂。
基坑开挖采用大开挖，止水与降水、明排相结合的的方法达到基坑施工的目的。基坑分二级放坡，放坡坡度1：1。中间平台宽度4m，第一级坡深度4m，第二级坡深度7m。止水第一级采用防水土工布和粘土结合达到止水效果，深度6m，开挖下口宽度2m，按1：0.7坡度开挖。止水第二级考虑离基坑较近，考虑采用GFC咬合桩既能达到止水效果，又对边坡的稳定起安全作用。
考虑水量较大，采用管井进行降低坑边水位，达到坑底仅有少量水涌出。坑底水利用集水井采用明排的方法进行排水。现场配备发电机组，安排断电自动发电装置，保证基坑施工期间降水不中断。
二、施工方案
鉴于5号墩基坑地下水位较高，施工现场距离河道较近，本工程采用止水、导水、排水和降水相结合的施工措施来保证基坑开挖顺利进行。
三、止水帷幕
为达到止水效果，止水帷幕分两级，第一级用粘土+防水土工布沿基坑周边布置，深度6m。第二级用GFC桩咬合桩布置在二级台阶。详见下图。
1 、土工布泥土墙
沿墩台外边线17m处布置土工布泥土墙，以达到止水效果，泥土墙布置长度293.6m，布置具体位置见平面布置图。用长臂挖掘机沿布置位置进行基槽开挖，基底开挖宽度2米，边形成坡道，坡度为1:0.7，每次开挖长度12m左右。基槽开挖后，在一端用污水泵进行降水。用粘土覆盖靠坑边坡道，厚度100mm。铺防水土工布，在用粘土覆盖100mm，然后用砂卵回填，回填要密实。注意土工布搭界长度不小于500mm。
2、CFG桩
为达到止水效果，根据工程地质及周边环境，在承台外边线7m处进行双排CFG桩施工，前排与后排交错布置，桩咬合100mm，桩径为500mm，桩心间距为750mm。共计558根，桩底标高-13m。
采用长螺旋钻内泵压混凝土的灌注施工方法。混凝土采用C25，运输车运至施工现场，地泵配合进行灌注，地泵输送混凝土长度55m。施工前进行成桩工艺试验，确定施工工艺和参数，试桩数量符合设计要求并且不少于2根。
2.1、CFG桩施工
钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动电机，将钻杆旋转下沉至设计标高，关闭电机，清理钻孔周围土。成孔时应先慢后快，这样能避免钻杆摇晃，也能及时检查并纠正钻杆偏位的差值。
CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先拔管后泵料。成桩的提拔速度控制在2m/min-3m/min，成桩过程连续进行，避免供料出现问题导致停机待料。
2.2、操作要点
⑴、开钻前必须检查钻头上的出料活门是否闭合，严禁开口钻进。
⑵、钻进过程中，未达到设计标高不得反转或提升钻杆，如因特殊情况要反转提升钻杆，应将钻杆提至地表，对钻头活门重新疏通、闭合。
⑶、钻进过程中，长螺旋钻机自控系统严格控制螺纹钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配，要求螺纹钻杆旋转一圈，钻杆下降一个螺距，钻至设计深度。
⑷、钻头钻到设计标高后，长螺旋钻机反向旋转提升螺纹钻杆，提钻过程中，长螺旋钻机自控系统严格控制螺纹钻杆提升速度和旋转速度，并保持同步和匹配，要求螺纹钻杆旋转一圈，钻杆上升一个螺距，与此同时制备好的混凝土开始由高压泵输送，通过空心螺纹钻杆由钻头泵出。
⑸、提钻时，钻头到达不塌孔位置或地下水位以上，方可停止泵压混凝土。
⑹、混凝土应连续灌注，桩身充盈系数应为1.2～1.25，桩身混凝土超灌高度不宜小于0.5m，以保证凿除浮浆后，桩顶混凝土达到设计强度值。
（二）、降水及排水施工
由于基坑降水量较大，为确保深基坑施工顺利进行，在距基坑边1m处每间距5m布置一口深22m的降水井，降水管井总数为53个。考虑淤积、管座及沉砂，以及泵的进水口的位置，打井成孔直径600mm，滤管采用Φ400预制混凝土管，在管壁上冲孔，孔径Φ20，呈梅花形布置。井管高出地面300mm，粘土回填封孔不低于2m。降水井布置详见右图。横桥向在基坑两侧各布置一道直径为800mm的污水管道，每隔15m设置一口集水井，集水井共20口。基坑开挖后，在井管降水持续进行的同时，仍需进行明排降水。
1、施工要求
⑴、冲击式打桩机垂直打井，井深不得小于22米。
⑵、打井施工达到设计深度后宜多打进0.5～1m，用大泵量冲洗泥浆减少沉淀，并应立即下管注入清水，稀释泥浆比重接近1.05后，投入滤料不少于计算量95％，严禁井管强行插入导致井壁坍塌。滤料填至含水层以上，改用粘土回填封孔不少于2m。
⑶、洗井不应搁置时间过长或完成打井后集中洗井。
2、施工方法
⑴、采用冲击钻成孔，成孔直径600mm，成井直径400mm，孔深22m。
⑵、成孔后冲孔换浆，底部填入少许砾料后安装沉砂管底座，上面连接冲孔砼管，外缠两层孔径1～2mm的铁丝网，为保证滤管强度及进水能力，每个降水井下冲孔砼管至少10m , 每米管冲孔（直径20mm）不得少于20个,但也不得超过30个。上面井管为实管。
⑶、下管方法采用托盘法，先将井底盘与第一节井管组装对正连接好，采用尼龙网包扎，用三根竹片（呈等边三角形）固定，距每节井管上下150mm位置再用粗铁丝绑扎牢固后慢慢下放，然后逐节按此方法下至到井底。井管之间的连接要牢固可靠。
⑷、井管安装完毕后，在管井与孔壁之间填入砾料, 滤料规格为4-6mm，砾料厚度取100mm。为保证填砾四周厚度的均匀和防止井管倾斜，填料前井管固定好，然后从四周同时进行填料砾料填至地面以下2m，上部粘土填充密实。
⑸、成井后立即进行洗井，达到水清砂净。
㈢、边坡支护
基坑护坡采用喷射混凝土进行护坡，坡面钢筋网为8@180mm×180mm，喷射混凝土强度为C20(设计配比为：水泥：砂：碎石：速凝剂=1：2：2：0.03〖重量比〗)，喷射混凝土厚度为110mm；钢筋网片坑边要外翻1.0m宽，用Φ18（长0.5m）的钢钎固定牢固。
（四）基坑开挖
横桥向从两边向中间的方向进行基坑的开挖。5号承台基坑深度最大深度在11m以内，地质情况以卵石为主。基坑基底平面尺寸按基础平面尺寸四周各边增宽100cm，以便在基础底面外安置模板及设置排水沟和集水坑之用。基坑采用1：1的坡比，分三阶开挖，第一阶为从121.20m向下开挖至止水帷幕墙CFG桩桩顶处，开挖深度为4米，第二阶开挖深度为3.5米，第三阶开挖深度为3.5米。详见上图。
四、结语
通过对本工程中主塔基础基坑施工方案的深入研究和总结，可以为同类桥梁基坑的降水施工提供宝贵的实践经验。
参考文献：
[1]JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].
[2]CJJ2-2008，城市桥梁工程施工与质量验收规范[S].
作者简介：杨宏权/男，1968年出生，工程师，河南六建建筑集团有限公司，从事项目管理工作。
