摘要：結(jié)合廣樂高速武江特大橋水中墩基礎(chǔ)施工實(shí)踐，闡述貝雷橋、鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)及受力分析，為同類工程提供了指導(dǎo)。

　　關(guān)鍵詞：水中墩基礎(chǔ),貝雷橋,鋼板樁圍堰

　　1 工程概況

　　廣樂高速武江特大橋水中共計(jì)16墩位，76根鉆孔樁，樁徑為1.8m、2m和2.8m三種，主墩承臺(tái)尺寸為10.6m×7m×3m，VI級航道。水流自北向南，西、東岸河槽寬度為40m及50m，中間為沙洲，下游為水電站，水深3m～9.6m,江水流速平緩,卵石土層厚達(dá)20m，無淤泥層。

　　2 貝雷橋的特點(diǎn)和類型選擇

　　貝雷橋具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、快速、經(jīng)濟(jì)、組合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)好、互換性強(qiáng)和容易組裝等特點(diǎn)，按各種排、層組合，跨度可由9m～69m。拆除后其材料、部件能回收再進(jìn)行使用，以免浪費(fèi)。

　　3 貝雷橋及平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　3.1 貝雷橋設(shè)計(jì)

　　貝雷橋承載力及通行力滿足50t吊車和9m3砼罐車滿載通行要求。棧橋總長549m,橋面寬6m，基本跨度為15+9m。

　　棧橋采用2根鋼管柱基礎(chǔ)，樁頂設(shè)兩根I36b工字鋼橫梁，其上鋪單層雙排貝雷片，橫向布置為90cm+370cm+90cm，棧橋設(shè)計(jì)承重65t。

　　鋼管柱直徑630mm，厚8 mm，橫向間距4.9m。橋面采用6m長Ι25b工字鋼作為分配梁，間距按75cm布置，擱置在貝雷梁上;橋面鋪設(shè)25b槽鋼，間距30cm。

　　3.2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　引橋鋼平臺(tái)長24m，寬11m;橋面板及分配梁與棧橋一致;縱梁為單層雙排貝雷梁片，擱置在雙拼36b工字鋼墊梁上;基礎(chǔ)為直徑ф630mm，壁厚8 mm的鋼管，橫向布置5.5m×2，縱向12m×2。

　　主墩鋼平臺(tái)長25.5m，寬18m,縱梁采用單層雙排貝雷片,基礎(chǔ)采用直徑ф800，壁厚10mm的鋼管，縱向間距4.35+3.5+4.88*2+3.5+4.35m,橫向間距8m+10m，管樁與管樁之間用325*6mm鋼管焊接，形成井架基礎(chǔ)。

　　4 鋼棧橋施工

　　4.1 鋼管樁的定位

　　利用一臺(tái)全站儀在岸上，沿著鋼管樁順橋軸的方向固定外切方向，定出鋼管樁的距離，利用竹竿吊垂球定位，岸上的人目測順橋向，小船上的人目測垂直向，控制鋼管的平面偏位情況和垂直度，并通過對講機(jī)指揮打樁機(jī)調(diào)整鋼管樁的垂直度和糾正平面偏位。

　　4.2 橋鋼管樁打設(shè)

　　貝雷橋鋼管樁擦打部分采用50t船吊和DZ90振動(dòng)錘配合進(jìn)行施工。50t船吊無法到達(dá)地方利用運(yùn)沙船澆沙將卵石河床填平、壓實(shí)形成筑島，然后用船將機(jī)具運(yùn)至筑島上施工作業(yè)。

　　4.3 工藝要點(diǎn)

　　⑴ 按設(shè)計(jì)好的棧橋樁位和標(biāo)高打樁和控制定位。

　　⑵施工過程中以貫入度控制為主，標(biāo)高復(fù)核為輔。為保證鋼管的防沖刷及抗橫向力的能力，根據(jù)施工需要可在鋼管樁周圍拋砂袋。

　　⑶在振動(dòng)錘振動(dòng)過程中，如樁頂有局部變形或損壞情況，要立即停止振動(dòng)，及時(shí)修復(fù)后再進(jìn)行。

　　⑷鋼管下沉必須均勻連續(xù)，中途間歇時(shí)間不可過長,最好控制在15min以下。

　　⑸施打時(shí)要不斷檢測樁位和樁的垂直度，并控制好樁頂標(biāo)高和貫入度。

　　4.4 貝雷梁、分配梁及橋面板安裝

　　貝雷梁拼裝在后場進(jìn)行，按組進(jìn)行，每次拼裝一組貝雷，每組貝雷梁長9m、15m，貝雷片之間用聯(lián)接片連接好。

　　在下部結(jié)構(gòu)頂墊梁上進(jìn)行測量放樣，定出貝雷梁準(zhǔn)確位置。貝雷每兩片分為一組，先安裝一組貝雷梁，準(zhǔn)確就位后先牢固捆綁在墊梁上，然后用騎馬螺栓將貝雷梁固定在墊梁上。貝雷梁安裝完成后，按設(shè)計(jì)要求架設(shè)I25b分配梁和橋面槽鋼。分配梁用騎馬螺栓與貝雷梁固定。

　　4.5 鉆孔樁施工

　　選用沖擊鉆按照陸地上常規(guī)鉆孔施工完成鉆孔樁施工。泥漿池采用相鄰樁鋼護(hù)筒進(jìn)行造漿循環(huán)，不得排入河中。

　　5 鋼板樁圍堰施工

　　主墩承臺(tái)尺寸為10.6m×7m×3m，采取矩形長邊整體圍堰，圍堰尺寸25.85m×9m，最大水深為9.6m，設(shè)計(jì)地質(zhì)揭示覆蓋層為16～45m厚卵石土。結(jié)合設(shè)計(jì)、河床地質(zhì)情況、工期、經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，擬采用18m長拉森Ⅳ鋼板樁。圍堰內(nèi)設(shè)2道圍囹，上下層采用I45b工字鋼雙拼焊接。

　　5.1 施工工藝

　　5.1.1 工藝流程

　　測量定位→護(hù)筒上焊牛腿→導(dǎo)向架加工拼裝→焊接第一層圍囹→沿圍囹插打鋼板樁→潛水員檢查→角樁合攏→抽水、止水→安裝第二層圍囹→監(jiān)控量測圍囹變形→鑿樁頭、清基及回填墊層→封底→支撐體系轉(zhuǎn)換→承臺(tái)施工→第一道支撐體系轉(zhuǎn)換→施工墩柱→拆除支撐，拔鋼板樁。

　　5.1.2 施工步驟和方法

　　(1)導(dǎo)向架加工安裝。在鉆孔樁外側(cè)的鋼護(hù)筒上焊接牛腿托架，安裝第一道支撐導(dǎo)梁，作為鋼板樁插打時(shí)的導(dǎo)向架，以控制其平面位置和垂直度。

　　(2)鋼板樁插打施工。利用50t浮吊作為起吊設(shè)備，配合DZ90型振動(dòng)錘的施工方法逐片施打。插打采用逐塊(組)插打到底或全圍堰先插合攏后，再逐塊(組)打入。打樁時(shí)先在中心打入一個(gè)用兩根拉森樁焊接在一起的控制樁，以導(dǎo)梁為定位、垂直插打，第二根樁要與第一個(gè)樁相咬合并保持樁身垂直打入，最后在接口處上部焊接及與導(dǎo)向架焊接起來，以抗水流沖擊，然后依次類推打完整個(gè)圍堰鋼板樁，最后角樁封閉位置將兩個(gè)拉森樁垂直焊接在一起打入(如圖1所示)，形成轉(zhuǎn)角，經(jīng)過多次調(diào)整短邊誤差構(gòu)成自然角樁合攏。

　　(3)支撐及基坑處理。鋼板樁施打完后，開始布置第一道圍囹、支撐，抽水至第二層圍囹下方1m后安裝第二層圍囹及支撐(如圖2、圖3所示)，后繼續(xù)抽水堵漏，直至基坑底。監(jiān)控量測相對變形位移及四角絕對位移，監(jiān)測樁頂向基坑內(nèi)外的偏移量。尤其是洪水期要嚴(yán)密監(jiān)控。

　　5.1.3 水下封底

　　水下封底施工采用垂直導(dǎo)管法施工，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管的直徑、砼的流動(dòng)半徑，均勻、合理布設(shè)導(dǎo)管數(shù)量。砼的流動(dòng)半徑按3m考慮，直徑為Φ300 mm鋼管，首批砼灌注埋深不小于60～80cm,采用分層、先低處后高處、先四周后中間法灌注。灌注中需派潛水員觀察水下灌注情況，保證水下混凝土的封底厚度、質(zhì)量及大面平整。20#墩相當(dāng)?shù)统信_(tái)不需封底，只需15cm墊層封底即可。

　　5.2 鋼板樁入土深度驗(yàn)算

　　查《橋涵》上冊圖5-45板樁計(jì)算圖(四)曲線6-6，根據(jù)卵石土的內(nèi)摩擦角φ=35°得h=a×H=0.4×9.6=3.8m。

　　開挖后圍堰外入河床9.6m,入河床至少3.8m，露出水面1m,則總長13.4m,需選用18m長拉森鋼板樁。現(xiàn)場將根據(jù)實(shí)際貫入度進(jìn)行控制，保證鋼板樁入土深度不小于3.8m。根據(jù)樁位地質(zhì)資料，樁底范圍下40m為卵石土，σ=200kpa,中密，持力層中又無承壓水，在此可不驗(yàn)算鋼板樁的入土深度。

　　5.3 內(nèi)支撐及彎矩計(jì)算

　　(1)荷載計(jì)算。多支撐板樁按等反力布置時(shí)，支撐間距第二層為第一層的0.6倍，第一支撐的反力只為其他各支撐反力的0.15倍。這種支撐布置可使各跨板樁的彎矩盡量接近，以期經(jīng)濟(jì)。則H=h+0.6h ，即6.58=1.6h，得h=4.11m，支撐從上到下間距依次為4.11m，2.47m。

　　取1m寬板樁計(jì)算，則河床底的水壓力P=ρgh=65.8KN/m ,則壓力線的增加率p=65.8/6.58=10KN/m2。

　　各支撐的反力P=pH2/2(n-1+0.15) ，式中;P—各支撐反力，kN;n—支撐數(shù);p—壓力線的增加率，KN/m2;H—基坑深度，m。

　　則1延米鋼板樁支撐反力P=10×6.582/(2×1.15)=188.2kN。

　　(2)內(nèi)力驗(yàn)算。按等反力原理布置，各支撐受力相等。利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算得σ=4.92P/A=98.4MPa<【σ】=215 MPa，滿足要求。

　　(3)圍囹布置及檢算。由圖5可知，Mmax=2.97×188.2=558.95KN.m，

　　受均布荷載最大的是最底層圍囹，W=2Wx=2*1500=3000cm3，σ=M/W=558.95*103/(3000*10-6)=186.3MPa<【σ】=215 MPa，滿足要求。

　　(3)剪力Qmax=2.5*188.2=470.5KN,τ=Q/A=470.5*103/(2*111*10-4)=21.19 MPa<【τ】=125MPa,滿足要求。

　　(4)圍囹最大變形計(jì)算。I45b E=200GPa;雙拼工字鋼截面面積：A=222cm2，截面慣性矩：I=67520cm4，故有：EA=4.44*109， EI=13.504*107。

　　根據(jù)圖6可知鋼圍囹最大撓度發(fā)生在單元2跨中處，最大撓度值為9.7mm

　　(5)21#墩支撐采用4個(gè)K撐(八角撐)，上下兩層支撐均采用I40b工字鋼，下層圍囹采用2I56b工字鋼，上層采用2I45b工字鋼，且將第二層圍囹提到層臺(tái)上，第一層與水面平齊，不需體系轉(zhuǎn)換，更經(jīng)濟(jì)和方便。

　　即圍囹Mmax=250.9KN.m，K撐Mmax=49.1 KN.m，底層圍囹W=2Wx=2*2447=4894cm3，σ=M/W=250.9*103/(3000*10-6)=51.2MPa<【σ】=145 MPa，滿足要求。K撐W=Wx=1140cm3，σ=M/W=49.1*103/(1140*10-6)=43.1MPa<【σ】=145 MPa，滿足要求。

　　5.4.封底厚度確定

　　封底混凝土的作用不僅在于堵滲水，而且還能平衡圍堰抽水后受到的浮力。封底混凝土采用水下混凝土施工澆筑工藝，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后再抽水施工。假設(shè)封底厚度為1m，F(xiàn)-G1≤(nπD+2υ)×[τ] ×T ，則通過計(jì)算得τ=F-G1 =10626.1kN<[τ]=11718kN，因此，在抽干水時(shí)不會(huì)上浮。

　　6 總結(jié)

　　通過水中墩的施工實(shí)踐，其施工技術(shù)和設(shè)計(jì)取得了成功的經(jīng)驗(yàn)，既滿足了施工進(jìn)度、整體穩(wěn)定性要求，又節(jié)約了成本,施工工藝成熟可操作性強(qiáng)，采用八角撐比直撐更經(jīng)濟(jì)、方便快捷，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。這是我們在實(shí)際施工過程中通過比選、實(shí)踐與摸索出來的，對今后類似水中墩施工提供了借鑒。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]胡明義.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(梁橋上冊).北京：人民交通出版社，1996年3月.

　　[2]、何兆儀、鄒毅松等編著，路橋施工計(jì)算手冊，人民交通出版社，2001年10月.

　　[3]第一公路工程總公司主編，公路施工手冊(上、下冊)，第二版，北京：人民交通出版社，1999年11月.