某高速公路跨渭河特大橋樁基防沖刷下切防護施工技術(shù)要點探討

韓 拓，張琳鵬，翟金萍

（1.陜西丞海水務(wù)工程有限公司,陜西 西安 710000；2.西安景天水利水電勘察設(shè)計咨詢有限公司,陜西 西安 710000）

1 工程概況

某高速公路跨渭河特大橋,橋梁上部結(jié)構(gòu)形式為簡支連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁,下部為柱式橋墩,埋置式橋臺,基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注摩擦樁基礎(chǔ)。該橋上下游河道內(nèi)自橋梁建成后水流沖刷引起河床下切,致使位于主河槽中的橋墩（1#樁、2#樁、3#樁）樁基外露,墩柱的設(shè)置壓縮了主槽行洪面積,導(dǎo)致下游河道流速增大,增大了下游橋墩的局部沖刷深度,加劇了原橋梁樁基外露速度。為防止河道在發(fā)生洪水時進一步下切,橋梁樁柱造成進一步?jīng)_深,因此需要制定一套樁基防護技術(shù),保障橋梁安全度汛和行車安全。

2 工程地質(zhì)條件

鉆孔取原狀土樣68件,擾動樣176件、現(xiàn)場做標(biāo)貫試驗87次,依據(jù)地基土（亞粘土）成因,分層統(tǒng)計地基上的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計表

橋位區(qū)各類地基土其成因不同,沉積時代及顆粒配等差異工程特性明顯不同。河漫灘及階地上部,沖積相亞砂土及亞粘土,一般含水量較高,力學(xué)強度較低。河漫灘及階地中下部,沖積相亞粘土則較硬,土質(zhì)致密均勻、壓縮性中等,力學(xué)強度高。厚度較大的中粗砂及礫石則呈飽和狀態(tài),中密～密實。地基承載力較高。

3 樁基防護施工技術(shù)比選

基于不同原理,將沖刷防護措施分為主動防護和被動防護。其中：主動防護,即旨在改變或減小水流原來的水力特性,降低來流強度,或使其改變流向,即減弱向下射流和馬蹄形旋渦對橋梁基礎(chǔ)的沖刷效應(yīng)；被動防護,即旨在橋梁基礎(chǔ)周圍的河床鋪設(shè)保護層,提高橋梁基礎(chǔ)對來流剪切應(yīng)力的抵抗力,以保護下層易受沖刷的泥沙[1]。

1）方案一：水下加強樁基基礎(chǔ)。

2）方案二：橋下游修建鉛絲籠石護擋+護擋前拋石+護擋前吹填落淤。

方案一采用深水無底鋼套圍堰,其施工復(fù)雜,風(fēng)險大,成本高[2]。方案二在橋下游設(shè)置鉛絲籠石護擋,再對其前方拋填以加固防護。優(yōu)點是可以采用大型吊裝設(shè)備,“人材機”高強度施工配合,可快速完成防護任務(wù),滿足度汛要求。缺點是橋下拋填施工精度低,質(zhì)量控制難度和強度大。

該項目臨近汛期,擬盡快實施防護方案,經(jīng)過綜合考量,采取方案二：在橋的下游采用修筑鉛絲籠石護擋,在護擋前進行拋石,后在護擋前及至橋的上游縱向30 m進行吹填落淤,使整個拋石區(qū)域充填泥沙密實,可減緩或者消除樁基河床下切的可能。

4 樁基防沖刷下切防護施工技術(shù)要點

4.1 修筑鉛絲籠石護擋

4.1.1 制作賓格石籠

在200 t吊車實施吊裝范圍內(nèi),人工裝填賓格石籠網(wǎng)兜（規(guī)格2 m×1 m×1 m）,鉛絲石籠所選石料應(yīng)為配級良好的石料,塊石粒徑控制在30 cm～50 cm,剔除最長邊小于網(wǎng)眼的塊石,內(nèi)隔板應(yīng)垂直放置并應(yīng)與格賓石籠面板綁扎、絞合,再行封蓋。采用高鍍鋅鉛絲單根纏繞成雙股,由頂部角端扎緊兩條主邊框鉛絲,再向下每間隔200 mm捆結(jié),直至底部角端,確保在吊裝時牢固。

4.1.2 石籠水下修筑鉛絲籠石護擋

鉛絲籠石護擋在橋下游鋪砌,人工配合機械將已裝填的格賓石籠網(wǎng)兜,從3 號樁基開始鋪砌。鋪砌高度沿河床底至原設(shè)計沖刷線高程；對于河床兩側(cè)超出原設(shè)計沖刷線高程的灘面進行單層鉛絲石籠砌護,砌護高度為1 m,砌護范圍至現(xiàn)狀主槽岸坡處。鉛絲石籠沿水流方向砌護寬度為45 m,迎水側(cè)和背水側(cè)坡比均為1∶3。按照每一排鉛絲石籠的位置線依次進行鋪砌,且需錯茬鋪砌。設(shè)置鉛絲籠石護擋的橫斷面見圖1。

圖1 鉛絲籠石護擋的橫斷面圖

4.2 樁柱的防護

在橋樁柱周圍4 m范圍內(nèi)填充沙袋,沙袋高度1.5 m,以防止拋石過程中石塊對樁柱造成撞擊。

4.3 橋下拋填石料

采用“總量控制,局部調(diào)整”的原則施工,從拋投量和拋投均勻性兩方面有效控制施工質(zhì)量[2]。根據(jù)施工范圍和船型,布設(shè)定位網(wǎng)格,計算出GPS在施工坐標(biāo)系下定位位置,自航拋石運輸船送入施工區(qū)域,GPS引導(dǎo)運輸船攪?yán)|初步駐位,兩臺GPS流動站分別測定船首和船尾的施工坐標(biāo),同時調(diào)整船位到指定位置,準(zhǔn)確駐位。拋填以前應(yīng)進行試拋,找到拋填石料的漂移方向和距離,以確定拋石位置。首先對橋下游進行拋填,利用施工控制網(wǎng)根據(jù)運輸船寬度將施工區(qū)域分為若干網(wǎng)格,運輸船順堤軸線方向利用船上GPS引導(dǎo)駐位。測深儀自動測量目標(biāo)區(qū)的拋填前高程,計算機自動指示網(wǎng)格內(nèi)拋填數(shù)量。施工中隨時測量、補拋,拋填完畢后,移船進行下一網(wǎng)格拋填。橋下拋填塊石與橋墩之間間隔4 m,采用拋填沙袋的方式進行鋪砌,橋下拋填塊石前先拋填沙袋,以避免拋填過程中石塊直接撞擊橋墩。見圖2、圖3船上拋石應(yīng)準(zhǔn)確定位,自下而上拋投,并及時探測水下拋石深度、厚度；施工完成后應(yīng)定期對墩柱下拋石的情況進行監(jiān)測。

圖2 樁基防護技術(shù)縱斷面圖

圖3 樁基防護平面圖

4.4 吹填回淤

河床鋪砌完成后,在迎水面利用吹填的方式實施回淤封填,回淤高度與橋下鉛絲籠石護擋高度一致。根據(jù)相關(guān)規(guī)范條例要求：任何單位和個人不得在橋梁跨越的河道上下游的下列范圍內(nèi)采砂,橋長500 m以上的鐵路橋梁,河道上游500 m,下游3000 m。該項目吹填工程施工宜采用順流施工方式,因此選擇橋上游500 m以上區(qū)域?qū)嵤┐堤?。吹填取料區(qū)域選取,應(yīng)選取泥沙顆粒粗,土含量低的區(qū)域。并且取料后,不可改變河勢。

吹填回淤是利用產(chǎn)自芬蘭的WATER MASTER IV型作業(yè)船,在橋上游500 m以上區(qū)域,布設(shè)排泥管輸送至2 號橋墩周圍。該設(shè)備流量效率600 m3/h,經(jīng)過現(xiàn)場在管道的前后段濃度取樣,吹填工藝泥沙濃度在32.5%～33.3%,泥沙產(chǎn)量195 m3/h。吹填落淤過程中,每2 小時對管口落淤的厚度和速率進行至少1 次的抽檢,以便調(diào)整管口位置和作業(yè)船的工作效率。根據(jù)設(shè)計要求,吹填回淤的厚度為橋下厚度0.8 m、橋上游1m。經(jīng)過現(xiàn)場的吹填試驗,決定分兩次分層回填,從而滿足設(shè)計要求的吹填高程、吹填平整度。

5 結(jié)論和建議

本次橋梁樁基基床防止下切防護工程,所實施的修筑橋下游的鉛絲籠石護擋、護擋前的拋石回填和吹填回淤的技術(shù)運用,是水利工程和公路工程技術(shù)的一次結(jié)合。工程完工后,歷經(jīng)二次洪水的考驗,經(jīng)過現(xiàn)場測量和觀測,樁基的基床下切得到了有效控制,順利完成了橋梁安全度汛,同時也保障了公路行車安全。通過本工程的實施,提出幾點建議：

1）養(yǎng)護單位應(yīng)在汛期到來前對大橋的上下游影響行洪的物體、林木和高稈作物等進行及時清理。

2）大橋橋下所進行的任何土方作業(yè),在完工后,應(yīng)校核行洪斷面,確保原有斷面不減少,否則將會增加樁基河床的下切,對橋梁造成安全隱患。

3）加強對橋梁基礎(chǔ)沖刷監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用和普及,日常做好現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)[3]的采集,可較好指導(dǎo)橋梁養(yǎng)護運營單位,及時采取防護措施,以防患于未然,為同類工程樁基沖刷防護提供借鑒。