粉房湾长江大桥桥塔承台基坑开挖施工方案比选与实施

'粉房湾长江大桥桥塔承台基坑开挖施工方案比选与实施何德云，刘金蕾，王殿永21粉房湾长江大桥桥塔承台基坑开挖施工方案比选与实施何德云，刘金蕾。王殿永。(1．重庆市交委基本建设工程质量和安全监督站，重庆400060；2．山东广播电视大学，山东济南250012；3．中国建筑第六工程局有限公司基础设施部，天津300457)摘要：粉房湾长江大桥为主跨464m的双塔双索面公铁两用斜拉桥，桥塔位于长江边的砂卵石透水地层中，为实现在汛期前完成基础施工、桥塔出水的目标，从施工工期、质量安全、经济性等方面对承台基坑的3种围堰方案(逆作混凝土围堰、浇筑封底混凝土方案；多级井点降水及简单支护方案；台阶法分级开挖及注浆止水帷幕施工方案)进行比选，最后选择采用台阶法分级开挖及注浆止水帷幕的施工方案，确定施工方案后，通过地层透水试验及注浆试验取得相关施工参数，确保基坑开挖施工成功实施。工程实践证明该方案具有止水效果显著、工程经济性高、省时的优点。关键词：斜拉桥；基坑；施工；方案比选；注浆；止水帷幕中图分类号：TU753．1文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)03—0021—041工程概况粉房湾长江大桥位于重庆市江津区，在粉房湾—、承台亘!：丝兰要厂长江水位线跨越长江，是江津区连接重庆主城区的快速通道。大桥为(216．5+464+216．5)m双塔双索面公铁两I．一点ZI曼!I．．I1．盟亘zo．H’to0。to0to0’O0用斜拉桥，主桥全长897m，上层为双向6车道公路尺寸单位：cm标高单位：Ⅲ桥面，下层为轻轨桥面。主梁钢桁梁采用桁架和正交异性桥面板组合体系。桥塔采用宝塔形结构，墩图2P3桥塔承台结构示意塔固结，塔柱全高均为188．30m(自承台顶)。桥梁m和32．0m。为平衡桥塔传给地面的强大水平分立面布置如图1所示。力，在塔座下面的承台上设置箱形截面的预应力混897凝土横系梁。464P3主墩位于河床内的河漫滩上，河漫滩物质成分是砂卵石土，卵石含量60～7O，结构中密，容许承载力[]一500kPa。砂卵石土层以下为砂质泥岩和砂岩，砂岩呈薄层状或透镜体夹于砂质泥岩中。砂质泥岩在桥位区均有分布，节理裂隙不发育。中等风化岩层的自然抗压强度为421～1770kPa，饱图1粉房湾长江大桥立面布置示意和抗压强度为353～1080kPa；微风化岩层的自然抗压强度为1010~2860kPa，饱和抗压强度为6902下部结构概况及地质情况～1740kPa；属软质岩。砂岩呈薄层状或透镜体分大桥下部设P1～P6共6个墩柱，其中P1、P6布，节理裂隙不发育。中等风化岩层的自然抗压强为交界墩，P2、P5为边跨辅助墩，P3、P4为桥塔墩，度1570～2430kPa，饱和抗压强度1030～1850桥塔墩下设置塔座，塔座坐落在承台上。桥塔承台kPa；微风化岩层的自然抗压强度2730～3410截面尺寸为19．4m×23．6mX6．5m，位于长江通kPa，饱和抗压强度1720~2510kPa；属较软岩。航水位边缘，矩形承台的四角采用半径为5．0m的P3承台位置枯水季节水域不覆盖，但长江水渗圆形截面过渡，承台结构示意如图2所示。承台下透显著，承台基础施工需采用围堰，承台封底混凝土部布置9根乒3．0m的嵌岩桩基础，桩长分别为34．0属于永久结构，所以混凝土封底应坐落在强风化泥收稿日期：2010—12—27作者简介：何德云(1974一)，男，工程师，1999年7月毕业于重庆交通大学港口及航道工程专业，获学士学位，2005年7月毕业于重庆交通大学道路与铁道工程专业，获硕士学位(E—mail：hedeyun@sina．corn)。 22世界桥梁2011年第3期岩上。根据钻孔资料，上游承台需封底厚3．6m，下自然放坡达到稳定基坑的目的。第1个台阶开挖到游承台需封底厚4．5m。长江水位线以上0．5m处，在第1个台阶上注浆形成止水帷幕，起到止水目的，再通过自然放坡开挖第3施工方案比选2个台阶，开挖就位后浇注承台封底混凝土。台阶大桥桩基础于2009年11月6日正式开钻，节法开挖及注浆止水帷幕方案示意如图5所示。点工期是要求2010年汛期来临之前桥塔高出汛期顶面184．522平均182水位，即5月份完成承台浇筑。为了完成节点目标，水位线179~02ll78．022承台必须在保证工程质量和安全的前提下，尽量缩短工砂卵石土星砂卵石土期。此类承台施工的常规方法有基坑开挖支护法、基坑放坡井点降水法和钢板桩围堰法等口]，近年来UUl』、⋯蒹陆续探索的还有地下连续墙[2]、单壁钢套箱围堰_3]、锁口式钢套箱围堰_d等新的施工方法。在充分论证图5台阶法开挖及注浆止水帷幕施工方案示意的基础上，提出3种方案进行比选l_5J。3．4施工方案比选3．1逆作混凝土围堰、浇筑封底混凝土方案(设计3种方案在施工工期、质量安全、经济性等方面推荐方案)的对比分析如表1所示。设计推荐方案为先分3级开挖基坑，每开挖一表13种施工方案对比层施工一层混凝土围堰，3层围堰的厚度分别为1．5，2．0，2．5m，围堰施工完成后拆除坑底挖掘机，进行水下爆破并清渣，浇筑封底混凝土。混凝土围堰法基坑开挖示意如图3所示。图3混凝土围堰法基坑开挖方粟示意3．2多级井点降水及简单支护方案设计推荐的混凝土围堰和封底混凝土主要有两经分析，3种方案都能够满足承台开挖的需要，个作用，一是保证基坑壁的稳定性，二是止水。为了设计单位推荐的方案1最为稳妥，能够充分保证基达到这两个效果，根据经验提出了替代方案，即采用坑开挖和承台施工的安全，但是投入比较大，而且分多级井点降水，将水位降到开挖面以下，同时采用放3层施工围堰，施工工期长，有可能会延误桥塔的出坡加混凝土喷锚护壁的方式加固基坑壁，形成一个水时间；另外承台施工完成后，外露的混凝土围堰还稳定的无水基坑。多级井点降水及简单支护示意如需要破碎拆除，加大后续的施工投入，并产生大量的图4所示。建筑垃圾，不符合当前绿色施工的要求。方案2的3．3台阶法分级开挖及注浆止水帷幕施工方案支护加降水的方案经过了多年的实践，也是比较稳结合现场地质条件，在经过论证分析后提出了妥的施工方法，但是全过程都要受降水施工的影响，另外一种思路，即分台阶开挖，降低基坑相对深度，一旦降水过程中出现流沙或者是遇到连续降雨，施初始下水位线量l筋】=c土面层絮工将变得不可控制，另外还需要电力持续供应，一旦承台断电施工就将中断，不可避免地延误工期。方案3砂卵封底混凝土量I充分利用了长江枯水期的优势，分级开挖的方式将下水位线、，／降水后地承台及封底的开挖深度一分为二，上面一半和水无坑外减压井、、_下—水位线—～旋喷桩止水帷幕砂卵石土关就直接放坡开挖，下面一半受渗水影响再采取止U桩基础砂质泥岩干井单位：cm水措施，将工程经济性大大提高，另外注浆止水帷幕图4多级井点降水及简单支护方案示意也在多个工程中得到了应用L6J，止水效果显著，仅对 粉房湾长江大桥桥塔承台基坑开挖施工方案比选与实施何德云，刘金蕾，王殿永23下半部分进行注浆帷幕施工也大大节省了开挖的时间。为了实现汛期来临之前完成承台施工的目标。5注浆止水帷幕承台基坑开挖施工选用方案3(台阶法分级开挖及注浆止水帷幕施工5．1施工流程方案)作为实施方案，同时，对相关参数进行试验以施工流程为：测量放线一承台基坑第一步开挖保障该方案的成功实施。一插打注浆管一注浆一2d后开挖基坑第二步一清底一浇筑封底混凝土一承台钢筋施工一模板施工一4地层透水及注浆试验承台混凝土浇筑一基坑回填4．1透水试验5．2基坑开挖为确定承台周围地层的透水性，在承台侧面顺整个承台土方开挖工程量约23000m。，开挖施长江水流方向开挖了一条试验沟，试验沟宽3m，长工充分考虑现场条件、运输条件、分阶段施工步骤和5m，深达基岩，试验沟距离江水15m左右，开挖至工程总体部署等各种因素，安排好各工序的穿插施江面水位以下后有水缓慢渗出，至12h时水深约1工，每个承台投入4台挖掘机，两上两下配合施工。m，24h后水平面和江水持平。试验显示砂卵石地第一步按照1：1．5的坡比挖至179．02m高程，向层透水性好，但无地下径流，渗水可控。试验沟靠江外甩土形成一道5m宽的平台，用于注浆和挖掘机面一侧渗水明显，上、下游2个面有渗水，但是渗水行走。注浆施工完成后进行第二步开挖，第二步同量较少，靠岸侧基本无渗水。样按照1：1．5的坡比挖至垫层底高程。开挖完成4．2地层注浆试验后对基坑底部进行测量、并进行人工清底，用高压水搅拌站建在高处的江滩上，地质情况和P3承枪辅助冲洗，直至露出干净完整的岩石面。开挖时台地质情况基本相同，因此选择该位置作为注浆试在基坑周围设集水井4个，并配备大功率水泵，对零验点，既采集试验数据，又对搅拌站料仓基础进行了星渗水明排。加固。试验注浆管采用~40×4mm钢管，管壁上开开挖出的土方暂时不外运，在承台开挖线外堆直径8mm的小孔，孔距300mm，梅花形布置，钢管积成顶面宽4121、底面宽8m的矩形土围堰，围堰顶前端做成锥形，末端车丝扣安装注浆嘴。面高程在187．5m左右，在靠岸侧留10m宽的缺试验钢管设2排，每排6根，排距和问距均为1口，方便施工车辆和机具进出。外圈土围堰的作用m，梅花形布置，钢管打人地面6m深后，使用注浆一是方便后期回填取土，二是预防出现特殊情况导泵注入增加了速凝剂的水泥浆。试验结果表明，该致工期延误，在涨水前不能完成承台施工，可以对土地层透水性强，容易注浆，当注浆压力达到0．5MPa围堰外侧用沙袋进行加固，围堰上再施工3道注浆时，水泥浆渗透明显，而且从相邻的几个注浆管的压止水帷幕。经过对围堰周围水流进行计算分析l_7]，浆嘴中往外渗漏，需要将相邻的注浆管预先封口。长江水位到187m左右仍可继续施工。注浆间断进行，当压力表显示读数达到0．5MPa5．3注意事项时，注浆速度明显降低，停顿5min后继续注浆，压(1)注浆管设计3排，间距1．2m，梅花形布置。力第二次达到0．5MPa时再停顿5min，第三次注(2)注浆管要深入到岩层面。浆压力达到0．7MPa，搅拌站原有的混凝土地面出(3)注浆管用挖掘机辅助插入，如果注浆管插现明显的起拱并出现裂纹，有水泥浆渗出，停止注浆。入遇上卵石，可以采用气压风镐在注浆管末端振动，4．3试验结论辅助下沉，效果较好。经统计，12根注浆管共使用水泥8t。注浆3d(4)第二步基坑开挖后，仍有少量水渗出，可以后，对注浆地层局部开挖后发现水泥浆固结并连成辅助明排水，不影响封底施工。一体，单根注浆管扩散半径约1m，有效地改善了地层结构，能够起到止水效果。根据试验结果，确定注6结语浆管采用~40×4mm钢管，管壁开直径8mm的小粉房湾长江大桥基坑开挖时间紧、任务重，为了孑L，孔距300mm，梅花形布置；注浆管间距为1．2加快施工进度，经过比选施工方案，并通过试验取得rn，注浆压力为0．5MPa，水泥浆水灰比为1：1，注指导数据，采用了台阶法分级开挖及注浆止水帷幕浆分3次完成，每次间隔5min。注浆范围为承台的施工方案取代围堰施工，仅用了10d就完成了承上、下游和靠江侧，共3个面注浆。台开挖，顺利浇筑了封底混凝土。大桥施工从桥塔 24世界桥梁2011年第3期桩基开钻到承台浇筑完成，仅用了5个多月的时间。[4]刘建村，陈丹华．锁口式套箱围堰施工技术[J]．世界桥梁，2008，(1)：25—27．参考文献：[5]杨齐海，高兴泽．强涌潮浅海河流中承台施工方案比选[J]．桥梁建设，2010，(s1)：25—28．[1]吴向军．郑州黄河公铁两用桥主河槽承台施工方案[J]．[6]陈兆忠，王殿永，程学军．锚喷一止水帷幕一暗柱组合体桥梁建设，2010，(3)：4—7．系在某深基坑工程中的应用[J]．施工技术，2005，(S1)：E22杨奉举，牛小龙．南京长江第四大桥南锚碇基础地下连14—16．续墙施工EJ]．桥梁建设，2010，(6)：77—79．E7]胡勇，杨进先．施工期桥梁围堰水流力研究[J]．桥梁[3]余允锋，崔淮宇．单壁钢套箱围堰在浅海区桥梁施工中建设，2010，(5)：12—15．的应用EJ]．世界桥梁，2008，(s1)：5557．Comparison，SelectionandImplementationofConstructionSchemeofFoundationPitExcavationforMainPylonPileCapsofFenfangwanChangjiangRiverBridgeHEDe—yun．LIUJin—lei，WANGDian—yong。(1．EngineeringQualityandSafetySupervisionStationofCapitalConstruction，TransportCommission，ChongqingCity，Chongqing400060，China；2．ShandongRadioandTelevisionUniversity，Jinan250012，China；3．DivisionofInfrastructure，ChinaConstructionSixthEngineeringCo．，Ltd．，Tianjin300457，China)Abstract：TheFenfangwanChangjiangRiverBridgeisarail—cure—roadcable—stayedbridgewithdoublepylons，doublecableplanesandwithamainspan464m．Thepylonsofthebridgearelocatedinthepermeablestratumformedbysandandcobblesbythesideoftheriver．Tomeetthetargetthattheconstructionofthefoundationscouldbecompletedandtheconstructionofthepylonscouldbecarriedoutabovewaterlevelbeforethecomingoffloodperiods，threecofferdamconstructionschemesforthefoundationpitsofpilecapsofthepylons，includingthereversely—constructedconcretecofferdamandconcretingofcofferdambasesealing，themulti—levelwell—pointdewateringandsimplelaggingandthemulti—stepexcavationandwaterstoppagecurtaingrouting，werecomparedfromaspectsoftheconstructiontimeschedule，quality，safetyandeco—nomicalefficiency．Itwasdeterminedthattheconstructionschemeofmulti—stepexcavationandwaterstoppagecurtaingroutingshouldbeselectedandinaccordancewiththedeterminedscheme，thecorrespondingconstructionparameterswereobtainedthroughaseriesoftestingofthestratumwaterpermeabilityandwaterstoppagecurtaingroutingtoensurethattheexcavationofthefoundationpitscouldbesuccessfullyimplemented．Theconstructionpracticeprovesthattheschemehasadvantagesofsignificantwaterstoppageeffect，goodeconomicalefficiency，andistime—saving．Keywords：cable—stayedbridge；foundationpit；construction；schemecomparisonandselec—tion；grouting；waterstoppagecurtain'