摘 要：香溪河大橋工程4#橋墩施工區(qū)間水位變化幅度達(dá)30m，低水位時(shí)水深達(dá)15m，高水位時(shí)水深達(dá)45m左右，且橋位處地形傾斜，覆蓋層松散，巖面高低不平坦，施工條件困難。針對(duì)主橋墩基礎(chǔ)施工的平臺(tái)和圍堰，重點(diǎn)研究了先浮式平臺(tái)后鋼吊箱圍堰、先鋼護(hù)筒平臺(tái)后鋼吊箱圍堰、先鋼套箱圍堰后鉆孔平臺(tái)等3種方案。經(jīng)過從工期、成本、安全等方面進(jìn)行比選，最終確定采用先鋼護(hù)筒平臺(tái)后鋼吊箱圍堰的施工方法進(jìn)行施工。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；基礎(chǔ)施工；鉆孔平臺(tái)；鋼圍堰；方案比選

1 工程概況

1.1 橋梁概況

香溪長(zhǎng)江公路大橋是擬建的湖北省骨架公路網(wǎng)中第六縱的第二條支線跨越長(zhǎng)江的節(jié)點(diǎn)工程，路線全長(zhǎng)5.419km，是由多座特大型橋梁、隧道、路基及大型滑坡處置組成的項(xiàng)目群，關(guān)鍵性控制工程為香溪長(zhǎng)江公路大橋工程和香溪河大橋工程，其中香溪河大橋橋址位于香溪河口上游約2km處，橋位東岸為歸州鎮(zhèn)劉家壩，西岸為歸州鎮(zhèn)吳家溝，與峽堡公路（S255）相接，里程范圍為K3+217.184～K4+296.746，全長(zhǎng)1079.6m，香溪河橋位置圖見圖1。

香溪河橋主橋采用主跨470m組合混合梁斜拉橋。橋跨布置為：20m（混凝土箱梁）+（48+48+78）m+470m+（78+48+48）m（組合混合梁雙塔雙索面斜拉橋）+（3×35+6×20）m（左幅預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁）+（3×35+4×20）m（右幅預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁）。主橋4#橋墩基礎(chǔ)采用19根直徑為3米的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)83m，承臺(tái)采用直徑為30米的圓形承臺(tái)，高度為7米，主橋結(jié)構(gòu)圖見圖2。

1.2 水文情況

4#橋位位于三峽大壩庫(kù)區(qū)，每年6月至9月，整個(gè)汛期水庫(kù)維持低水位運(yùn)行。水庫(kù)每年9月下旬開始蓄水，10月份壩前水位逐步升高+175.0m運(yùn)行。11月份至次年4月底，水庫(kù)維持較高水位，但4月底之前壩前水位不低于+155.0。香溪河橋汛期的流速一般為0.05m/s～0.24m/s，流向一般為187.1°～191.5°，汛期后流速一般為0.00m/s～0.13m/s，流向一般為187.8°～190.9°。

1.3 地質(zhì)條件

4#處地面標(biāo)高為130m～140m，地形坡腳18°～20°，基巖大面積裸露，地層傾角大于地形傾角，斜坡整體穩(wěn)定性較好。其中0～16m為粉砂質(zhì)粘土巖夾極少量薄層砂巖，16～40m為中厚層砂巖夾極少量薄層粉砂質(zhì)粘土巖，40～68m為薄層含炭質(zhì)粘土巖，68～95m為粉砂質(zhì)粘土巖。水文地質(zhì)條件如圖3。

2 基礎(chǔ)施工方案比選

三峽庫(kù)區(qū)蓄水后，庫(kù)區(qū)水位變化從145m-175m（吳淞水位），施工區(qū)間水位變化幅度達(dá)30m，4#墩基礎(chǔ)施工期間，低水位時(shí)水深達(dá)15m，高水位時(shí)水深達(dá)45m左右，給主橋的基礎(chǔ)施工帶來很大的施工難度，且橋位處地形傾斜，覆蓋層松散，巖面高低不平坦，選擇基礎(chǔ)施工方案時(shí)應(yīng)該根據(jù)水位變化和地質(zhì)條件的特點(diǎn)，制定合理的水上施工方案，既要考慮適應(yīng)水位變化，又要考慮結(jié)構(gòu)安全，滿足工期的需要，同時(shí)降低施工成本。一般在深水基礎(chǔ)施工中，應(yīng)該盡可能的安排在洪水期施工鉆孔樁，在枯水期施工承臺(tái)，同時(shí)要綜合考慮材料運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地、大型水上吊裝設(shè)備的資源和進(jìn)出場(chǎng)條件等因素，總體來說有先平臺(tái)后圍堰（圍堰和平臺(tái)分開）和先圍堰后平臺(tái)（圍堰平臺(tái)一體化）兩種大的施工思路。

4#橋墩承臺(tái)底面距離河床14m，屬于高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)，其承臺(tái)施工一般采用鋼吊箱圍堰的方案，根據(jù)4#基礎(chǔ)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和施工環(huán)境，可能用于高樁承臺(tái)基礎(chǔ)施工的施工方案有3種：（1）先浮式平臺(tái)后鋼吊箱圍堰方案；（2）先鋼護(hù)筒平臺(tái)后鋼吊箱圍堰方案；（3）先鋼套箱圍堰后鉆孔平臺(tái)方案。文章主要根據(jù)工期、成本、施工合理性、安全性等因素對(duì)以上3種方案進(jìn)行比選，最終確定適合于本橋的最佳施工方案。

2.1 方案一：先浮式平臺(tái)后鋼吊箱圍堰方案

該方案采用平臺(tái)和圍堰分離的施工方法，先進(jìn)行浮式平臺(tái)施工，為鉆孔樁提供施工場(chǎng)地，后安裝鋼吊箱圍堰施工，完成承臺(tái)施工，先浮式平臺(tái)后吊箱圍堰施工示意見圖4。

2.1.1 平臺(tái)施工

浮式平臺(tái)在庫(kù)區(qū)內(nèi)深水基礎(chǔ)的施工得到較大的運(yùn)用，分別在忠縣長(zhǎng)江大橋、千島湖上的江埠大橋、井田壩大橋、四川白龍湖水庫(kù)的白水大橋、洪湖上白沙湖大橋等橋梁基礎(chǔ)施工得到了運(yùn)用。浮式平臺(tái)是利用水的浮力作為平臺(tái)的支承反力來承受豎向荷載的一種剛性浮體作業(yè)平臺(tái)，主要適用于深水基礎(chǔ)施工過程中水位較深、落差較大、水面平靜、流速小、無通航要求的情況，它最大的優(yōu)點(diǎn)是在平臺(tái)形成過程中不需要設(shè)置支撐系統(tǒng)，大大加快了平臺(tái)的形成時(shí)間。香溪河橋4#主墩施工期間最深水深為45m左右，施工期間水位落差達(dá)30m，且河床覆蓋層較淺且松散，橋墩處流速較小，理論上可以采用該方案。

采用浮式平臺(tái)，由于取消了鋼管等支承樁結(jié)構(gòu)材料，減少了部分成本的投入，同時(shí)由于鉆孔平臺(tái)和鋼護(hù)筒完全脫離，在鉆孔樁施工過程中不需要進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，施工較為方便。但是浮式平臺(tái)要求浮體剛度要大，要有足夠的平面特性，不能有較大的傾角和晃動(dòng)，因此在進(jìn)行鉆機(jī)選型時(shí)，如采用沖擊鉆機(jī)，沖擊鉆機(jī)只生產(chǎn)豎向荷載，不產(chǎn)生水平附件荷載，因此平臺(tái)是穩(wěn)定可靠的。如果采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，由于旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工會(huì)產(chǎn)生較大水平附加扭矩，會(huì)對(duì)平臺(tái)的側(cè)向穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致平臺(tái)水平方向的晃動(dòng)，因此如果采用浮式平臺(tái)，一般都配套采用沖擊鉆機(jī)，而不采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。

2.1.2 吊箱圍堰施工

鋼吊箱圍堰施工：和方案二類似，在此不再贅述，將在方案二詳細(xì)進(jìn)行闡述，施工示意圖如下。

2.2 方案二：先鋼護(hù)筒平臺(tái)后鋼吊箱圍堰方案

該方案和方案一的區(qū)別在于采用鋼護(hù)筒平臺(tái)代替浮式平臺(tái)，吊箱圍堰的施工方法相同，由于施工水位較深，且落差較大，因此該平臺(tái)的施工難點(diǎn)在于如何確保平臺(tái)的側(cè)向穩(wěn)定性，特別是在支撐樁的自由長(zhǎng)度較大時(shí)，要充分考慮風(fēng)荷載、龍門吊制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水平慣性力，鉆機(jī)鉆孔過程中產(chǎn)生的附加水平扭矩等對(duì)平臺(tái)側(cè)向穩(wěn)定性的影響。

2.2.1 平臺(tái)施工

一般的鉆孔平臺(tái)主要有小樁平臺(tái)（鋼管樁）和大樁平臺(tái)（鋼護(hù)筒）兩種，分別采用鋼管樁和鋼護(hù)筒作為平臺(tái)的支撐樁。由于本橋橋墩處覆蓋層較松散，且地形存在一定的坡度，且平臺(tái)安裝期間正值高水位，安裝水下連接系較為困難，因此如何保證平臺(tái)支撐樁的剛度和入巖層深度是確保鉆孔平臺(tái)的關(guān)鍵。

如果選擇鋼管樁作為平臺(tái)的支撐系統(tǒng)，由于基巖標(biāo)高+120m左右，河床標(biāo)高+130m，施工期間最大水深45m左右，其平臺(tái)臨時(shí)樁的自由長(zhǎng)度達(dá)55m，為確保平臺(tái)的穩(wěn)定，鋼管樁不但數(shù)量較多，且必須形成群樁基礎(chǔ)，導(dǎo)致的鉆孔樁平臺(tái)工程數(shù)量很大。如選擇本橋3.4m的鋼護(hù)筒作為鉆孔平臺(tái)的支撐體系，由于其直徑較大，剛度足夠，且通過連接系將護(hù)筒群連成一個(gè)整體，可以增加平臺(tái)的穩(wěn)定性，盡量減少水下聯(lián)結(jié)系的安裝，確保施工順利和平臺(tái)穩(wěn)定。且為了保證平臺(tái)的安全，使得鋼護(hù)筒下口處于固結(jié)狀態(tài)，護(hù)筒穿過覆蓋層，進(jìn)入巖層，且在護(hù)筒安裝到位后在護(hù)筒內(nèi)灌注10m高的素混凝土，使得鋼護(hù)筒底部和巖面形成錨固結(jié)構(gòu)。另外基礎(chǔ)施工期間需要布置龍門吊配合鉆孔樁及承臺(tái)、塔墩施工，因此在平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)考慮將龍門吊的支撐樁同平臺(tái)結(jié)構(gòu)合二為一進(jìn)行考慮。

同時(shí)為了確保平臺(tái)的穩(wěn)定，確保在施工期間平臺(tái)的晃動(dòng)較小，因此在選擇平臺(tái)的主梁時(shí)，不選擇常用的貝雷梁結(jié)構(gòu)，而是重新加工制造高度為2m的“工”字形焊接鋼板梁結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)穩(wěn)定的板凳結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過分配梁把鋼護(hù)筒與平臺(tái)結(jié)構(gòu)連為一體，增加平臺(tái)縱橋向穩(wěn)定性；另外將門吊樁在橫橋向與鋼板梁及分配梁連為一整體，增加平臺(tái)橫橋向穩(wěn)定性，鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖如下。

2.2.2 鋼吊箱圍堰施工

步驟1：在鉆孔樁施工期間，在平臺(tái)下方安裝圍堰拼裝吊車（電動(dòng)葫蘆），在鋼護(hù)筒上焊接圍堰拼裝平臺(tái)，并在平臺(tái)上拼裝底節(jié)吊箱圍堰，實(shí)現(xiàn)鉆孔樁施工和圍堰施工同步進(jìn)行；

步驟：2：底節(jié)圍堰拼裝完畢后，在鉆孔平臺(tái)上安裝圍堰下放系統(tǒng)，利用下放系統(tǒng)將底節(jié)圍堰提升并下放至自浮狀態(tài)，下放過程中需安裝導(dǎo)向。

步驟3：在底節(jié)圍堰處于自浮狀態(tài)下繼續(xù)在其上拼裝第二節(jié)圍堰，拼裝完成后使圍堰處于自浮狀態(tài)。

步驟4：鉆孔樁施工完畢后拆除鉆機(jī)，同時(shí)吊箱圍堰隨庫(kù)區(qū)水位下下降，通過調(diào)整圍堰壁艙內(nèi)水位，使圍堰下沉至設(shè)計(jì)位置處，并安裝底板吊桿，澆筑水下封底砼。

步驟5：待封底砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除鉆孔平臺(tái)并割除多余鋼護(hù)筒結(jié)構(gòu)，在低水位狀態(tài)下（水位不得高于+160.0m）完成承臺(tái)砼澆筑，承臺(tái)分兩次澆筑，塔墩施工期間可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行雙臂圍堰的接高，保證施工連續(xù)進(jìn)行。

方案二的具體施工步驟如下：在2臺(tái)2000噸駁船上拼裝鋼板梁形成鉆孔平臺(tái)→浮運(yùn)并拋錨定位→高水位插打深水定位樁→在鋼管樁內(nèi)施作鉆孔樁→插打中間三個(gè)護(hù)筒→平臺(tái)掛樁轉(zhuǎn)換→退出駁船→拼裝100噸龍門吊機(jī)→鋼護(hù)筒插打→鉆孔，同時(shí)護(hù)筒跟進(jìn)穿過斷層和卵石層→采用KTY4000型液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，樁基施工完成后→割除多余高度的護(hù)筒→拆除鉆孔平臺(tái)→安裝鋼吊箱拼裝及下放平臺(tái)→拼裝鋼吊箱底板及首節(jié)段→液壓系統(tǒng)同步下放→拼裝其余節(jié)段鋼吊箱→鋼吊箱下放到位，固定→潛水工堵漏，澆筑封底砼→圍堰內(nèi)抽水，剝除樁頭→澆筑承臺(tái)墊層→承臺(tái)分層施工→塔墩采用整體預(yù)扎整體模板快速施工出水。

采用該方案的優(yōu)點(diǎn)是可快速施工，進(jìn)場(chǎng)后即可在附近水域利用駁船拼裝鉆孔平臺(tái)，在拼裝鉆孔平臺(tái)的同時(shí)可同時(shí)進(jìn)行水上棧橋等其他工作，最后采用TKY4000液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，能最快形成生產(chǎn)能力，有利于在明年的下一個(gè)枯水期來臨之前完成鉆孔樁施工，有利于利用枯水期間進(jìn)行承臺(tái)施工。且該方案采用龍門吊支撐樁和鋼護(hù)筒作為鉆孔平臺(tái)的基礎(chǔ)，采用鋼板梁作為平臺(tái)的主梁，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以滿足大扭矩鉆機(jī)作業(yè)是產(chǎn)生的附加水平扭矩，平臺(tái)的側(cè)向穩(wěn)定性也有保證，且永臨結(jié)合，充分利用護(hù)筒的作用，能夠節(jié)省較多的臨時(shí)工程量。但是該方案受水位影響較大，該方案只適用于在枯水期施工承臺(tái)，不具備在洪水期進(jìn)行承臺(tái)施工，在洪水期水位達(dá)175m，鋼吊箱圍堰需要承受30多米水頭差，經(jīng)過計(jì)算，圍堰底板受力要求不能通過。因此要求承臺(tái)必須在低水位狀態(tài)下（水位不得高于+160.0m）完成砼澆筑，也就是說從形成鉆孔樁的生產(chǎn)能力開始，所有的鉆孔樁必須在明年的下一個(gè)枯水期來臨之前完成。

2.3 方案三：先鋼套箱圍堰后鉆孔平臺(tái)方案

采用圍堰平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)，鋼套箱圍堰既是鉆孔平臺(tái)的承重結(jié)構(gòu)，也是承臺(tái)施工的擋水結(jié)構(gòu)，施工時(shí)先形成圍堰，在圍堰內(nèi)安裝護(hù)筒群后進(jìn)行圍堰封底，利用護(hù)筒群作為鉆孔平臺(tái)的支撐樁，在其上形成鉆孔平臺(tái)，進(jìn)行鉆孔樁施工，鉆孔施工完成后進(jìn)行抽水，進(jìn)行承臺(tái)和下塔墩施工，直到結(jié)構(gòu)出水。該方案在寧安鐵路安慶長(zhǎng)江鐵路大橋的3#和4#墩的基礎(chǔ)施工中得到了運(yùn)用，可以適用于庫(kù)區(qū)內(nèi)深水、覆蓋層較淺、巖面傾斜的深水基礎(chǔ)工程，理論上也能用于本橋4#施工，采用該方案的優(yōu)點(diǎn)是圍堰下放到位后，其后期鉆孔樁和承臺(tái)施工就不再受水位影響，后期可控，但是清理河床、水下爆破、圍堰就位等步驟較為復(fù)雜，不可預(yù)見的因素較多，在施工前需要對(duì)河床斷面進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量，否則對(duì)圍堰就位和堵漏封底將產(chǎn)生重大影響。且4#原設(shè)計(jì)為高樁承臺(tái)，采用套箱圍堰也意味著其鋼結(jié)構(gòu)加工量要比鋼吊箱圍堰多，對(duì)施工成本有著較大影響。

3 施工方案的綜合比較

根據(jù)4#基礎(chǔ)施工特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)以上3種施工方案進(jìn)行比較，具體見表1。

本橋業(yè)主批復(fù)的開工日期為2015年8月28日，正是低水位的尾期，水位開始上漲，因此如果要保證在明年的枯水期能夠進(jìn)行承臺(tái)施工，降低圍堰施工的設(shè)防水位，減少圍堰封底厚度，必須在明年5月底之前完成鉆孔樁的施工，才能保證在明年低水位期間完成承臺(tái)施工，這是工期的目標(biāo)要求，方案比選時(shí)要重點(diǎn)考慮工期的因素。

方案一雖然成本較低，但是由于不能采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，只能采用沖擊鉆機(jī)，從以往的施工經(jīng)驗(yàn)來看，深水基礎(chǔ)沖擊鉆機(jī)鉆孔巖層的施工效率不高，工期較長(zhǎng)，采用多個(gè)循環(huán)，影響更大，不具備在下一個(gè)枯水期來臨之前完成鉆孔樁施工，后續(xù)的吊箱圍堰只能在洪水期施工，條件不具備，因此方案一不宜采用。

方案三必須先進(jìn)行圍堰加工，周期較長(zhǎng)，壓縮了鉆孔樁的施工時(shí)間，而且香溪河附近無適合圍堰加工的場(chǎng)地和下河碼頭，大型水上吊機(jī)也難于進(jìn)入長(zhǎng)江上游地區(qū)，且由于河床傾斜，覆蓋成較淺，要提前進(jìn)行河床平整和爆破，圍堰下沉到位后堵漏施工難度也很大，且由于是高樁承臺(tái)，采用套箱圍堰意味比吊箱圍堰要多做15m左右的鋼圍堰，用鋼量大大增加，大大增加了施工成本，雖然具有一旦形成圍堰，不受施工水位影響的優(yōu)點(diǎn)，但是從工期角度考慮，需要在下一個(gè)枯水期來臨之前完成鉆孔樁施工才具備承臺(tái)低水位施工的條件，這樣工期目標(biāo)和成本目標(biāo)都能實(shí)現(xiàn)，因此從這個(gè)角度，方案三也不適合本橋施工。

方案二能快速形成鉆孔樁的生產(chǎn)能力，根據(jù)鉆孔平臺(tái)形成的時(shí)間和旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的施工周期（每根樁的施工周期為40天），具備在明年枯水期來臨之前完成鉆孔樁的條件，從工期角度來講，是可行的。同時(shí)方案二采用先鋼護(hù)筒平臺(tái)后鋼吊箱圍堰方案，不需要額外采用臨時(shí)鋼管樁作為支撐樁，充分利用永臨結(jié)合，利用主體結(jié)構(gòu)的鋼護(hù)筒作為鉆孔平臺(tái)的支撐體系，大大減少了臨時(shí)工程量，降低了施工成本，也考慮了現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地位置狹小、長(zhǎng)江上游地區(qū)大型浮吊難以進(jìn)入的實(shí)際情況。

且該方案還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)鉆孔樁實(shí)際進(jìn)度來考慮是否鉆孔樁施工和圍堰拼裝同步進(jìn)行，該鉆孔平臺(tái)的標(biāo)高設(shè)置是178m，在后期進(jìn)度滯后時(shí)，在明年3月份水位降至160m左右的時(shí)候，在平臺(tái)下方有接近14m的操作空間，可以通過設(shè)置環(huán)形走道和卷揚(yáng)機(jī)等起升裝置，在護(hù)筒上設(shè)置牛腿搭設(shè)圍堰拼裝平臺(tái)，在鉆孔樁施工的同時(shí)，在平臺(tái)的下方拼裝圍堰，做到圍堰拼裝和鉆孔樁施工同步進(jìn)行，確保了施工工期，以保證明年低水位期間完成承臺(tái)施工。因此綜上所述，方案二既能快速形成鉆孔平臺(tái)，又考慮后期的實(shí)際施工需要，且成本較低，是適合本橋基礎(chǔ)施工的較好方法，但是要求在形成鉆孔樁的生產(chǎn)能力后，必須確保鉆孔樁的生產(chǎn)進(jìn)度，保證在明年枯水期來臨之前完成所有鉆孔樁的施工。

4 結(jié)語

湖北宜昌香溪河大橋的4#橋墩基礎(chǔ)施工采用先鋼護(hù)筒平臺(tái)后鋼吊箱圍堰的施工方法，利用鐵駁在岸邊進(jìn)行平臺(tái)拼裝，解決了現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小不足的問題，充分利用了大直徑的鋼護(hù)筒作為鉆孔平臺(tái)，節(jié)省了用鋼量，同時(shí)在平臺(tái)設(shè)計(jì)的時(shí)候充分考慮后期增加鉆機(jī)數(shù)量時(shí)結(jié)構(gòu)承載力的需要和明年3月底水位下降后在鉆孔平臺(tái)下方拼裝圍堰結(jié)構(gòu)的需要，做到了鉆孔樁施工和鋼圍堰拼裝同步進(jìn)行，節(jié)省了工期，以保證明年低水位期間完成承臺(tái)施工，可為三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)的深水基礎(chǔ)施工提供借鑒和參考。

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作者簡(jiǎn)介：陳佛賜（1978.12- ），男，本科，中鐵大橋局第七工程有限公司，高級(jí)工程師，研究方向：橋梁施工與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。