朗鎮(zhèn)4號(hào)雅魯藏布江特大橋水中墩下部結(jié)構(gòu)施工安全技術(shù)研究

賀志榮，金 鑫，李定國(guó)

（中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031）

1 研究背景

雅魯藏布江是青藏高原上流域最長(zhǎng)的河流，具有海拔高、水量大、彎道多、變化頻繁等特點(diǎn)。與其他江河相比，其河床縱坡較陡、落差大、對(duì)地表物體攜帶能力強(qiáng)。中國(guó)的基建工程發(fā)展迅速，隨著建設(shè)的深入，在其流域范圍內(nèi)會(huì)根據(jù)需求進(jìn)行橋梁的施工，其中橋梁水中墩施工安全技術(shù)的研究和總結(jié)對(duì)高原橋梁建設(shè)具有重大指導(dǎo)和借鑒意義。

2 工程概況

朗鎮(zhèn)4號(hào)雅魯藏布江特大橋位于西藏朗縣朗鎮(zhèn)堆巴塘新村，橋址位于的區(qū)域?yàn)槲鞑啬喜扛呱脚璧?。在工程范圍?nèi)主要受到了雅魯藏布江的影響，屬于典型的高原地形地貌，山高坡陡，河床縱坡較陡，流速較大，橋址處地形相對(duì)平緩。橋梁與主河道斜交為10°，采用連續(xù)梁為剛性結(jié)構(gòu)（44 m+80 m+44 m）通過(guò)主河道，在兩端銜接簡(jiǎn)支箱梁（32 m），橋梁全長(zhǎng)1 264.32 m。橋址所處的雅魯藏布江面寬度為150 m，水流速度快，河床主要由8 m左右深度的砂卵石（漂石）構(gòu)成。其中橋梁的16號(hào)墩和17號(hào)墩位于江中，承臺(tái)頂面標(biāo)高位于常年水位線以下，樁和承臺(tái)施工將深入河床，涉及的主要地質(zhì)為砂卵石，同時(shí)又為水中墩施工，難度較大。朗鎮(zhèn)4號(hào)雅魯藏布江特大橋如圖1所示。

圖1 朗鎮(zhèn)4號(hào)雅魯藏布江特大橋

3 水中墩筑島施工

3.1 筑島標(biāo)高確定

雅魯藏布江在16號(hào)墩、17號(hào)墩的常年水位是3 086.10 m，在施工時(shí)2個(gè)墩的承臺(tái)將低于常年水位，風(fēng)險(xiǎn)較大；在施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和沿線調(diào)研，為降低施工風(fēng)險(xiǎn)并保證施工正常開(kāi)展，在進(jìn)行承臺(tái)施工時(shí)進(jìn)行筑島圍護(hù)[1]，筑島頂面標(biāo)高為3 089.10 m（高出常水位標(biāo)高3 m）。

3.2 基坑支護(hù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況和條件，結(jié)合技術(shù)特點(diǎn)，共選取5種類型的支護(hù)方案，分別為技術(shù)相對(duì)成熟的鋼板樁圍堰和鋼管樁圍堰、工期較短的鋼筋混凝土圍護(hù)樁+旋噴樁止水帷幕、穩(wěn)定性好的鋼筋混凝土連續(xù)墻以及受力結(jié)構(gòu)良好的SMW工法，方案對(duì)比如表1所示。

表1 不同類型基坑支護(hù)方案對(duì)比表

表1（續(xù)）

通過(guò)綜合比選和實(shí)際施工效果來(lái)看，水中墩承臺(tái)基坑采用鋼筋混凝土圍護(hù)樁+旋噴樁止水帷幕支護(hù)方案在雅魯藏布江施工條件下實(shí)施效果較好。

4 水中墩下部結(jié)構(gòu)施工方案實(shí)施

施工流程圖如圖2所示，基坑支護(hù)平面布置圖如圖3所示。

圖2 施工流程圖

圖3 基坑支護(hù)平面布置圖（單位：m）

4.1 筑島平臺(tái)施工[2]

根據(jù)施工需要，以承臺(tái)為基點(diǎn)確定筑島范圍，承臺(tái)四邊各向外延伸9.4 m作為筑島的填筑線；填筑高度為9.84 m，坡率為1∶2，面積約1 301.7 m2。筑島迎水面應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，防止造成坡面沖刷和掏空，影響筑島安全，基礎(chǔ)主要用筋石籠進(jìn)行穩(wěn)固，坡面主要采用彩條布進(jìn)行覆蓋。在進(jìn)行筑島平臺(tái)施工時(shí)，持續(xù)對(duì)雅魯藏布江水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若出現(xiàn)水位快速上升等異常情況，立即對(duì)承臺(tái)基礎(chǔ)外6 m范圍內(nèi)分層填筑黏土進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

4.2 基坑、承臺(tái)樁基施工[3]

承臺(tái)樁基與基坑支護(hù)同步施工。樁基采用旋挖成孔。基坑2 m以下采取的支護(hù)方案為圍護(hù)樁和止水帷幕。圍護(hù)樁采用鋼筋混凝土，直徑1.25 m，間距1.5 m；止水帷幕采用高壓旋噴樁，直徑0.8 m，其相鄰兩樁契合寬度0.2 m。

整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)共設(shè)置3道支撐，由上向下分別為1道混凝土支撐和2道鋼支撐。混凝土支撐與冠梁同步施工，尺寸為1.4 m×1.0 m（寬×高）；鋼支撐在距離筑島頂部以下5 m和12 m分別設(shè)置，鋼圍檁按方案采用雙拼工字鋼，尺寸為I56a。

在基坑上部臨江側(cè)設(shè)置6 m的平臺(tái)，各類小型工、器具可在平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)；在使用大型機(jī)械設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡可能繞開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，采用下部小型挖機(jī)配合上部長(zhǎng)臂挖機(jī)的方式進(jìn)行施工?；娱_(kāi)挖時(shí)要按嚴(yán)格分層開(kāi)挖，開(kāi)挖到支撐位置要及時(shí)安裝支撐，并對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控。

4.3 承臺(tái)施工

承臺(tái)為大體積水下混凝土（標(biāo)號(hào)C2 5，厚度200 cm），分兩次澆筑，時(shí)間差控制在7 d以內(nèi)，并設(shè)置冷卻水管確保大體積混凝土澆筑質(zhì)量，混凝土澆筑完成后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，滿足養(yǎng)護(hù)期后及時(shí)回填基坑。

4.4 筑島平臺(tái)拆除

待墩身施工出水面且不影響墩身施工安全后，對(duì)筑島平臺(tái)進(jìn)行全部拆除。拆除順序：從河道側(cè)向靠岸側(cè)進(jìn)行拆除，從下游向上游方向進(jìn)行拆除。筑島土體采用18 m的長(zhǎng)臂挖機(jī)順著邊坡逐級(jí)挖出，拆除過(guò)程中，根據(jù)開(kāi)挖范圍逐級(jí)拆除基坑防護(hù)設(shè)施。水中墩下部結(jié)構(gòu)筑島施工圖如圖4所示。

圖4 水中墩下部結(jié)構(gòu)筑島施工圖

5 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)[4]

在進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工時(shí)，基礎(chǔ)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體受力在持續(xù)變化，支護(hù)結(jié)構(gòu)受外界動(dòng)荷載和靜荷載也可能發(fā)生變化，特別在雅魯藏布江復(fù)雜的地質(zhì)水文條件下，情況更為復(fù)雜。因此要準(zhǔn)確、及時(shí)、完整地反映工程的客觀變化，僅靠模擬分析和理論預(yù)測(cè)不能達(dá)到要求，需要對(duì)基礎(chǔ)施工涉及的作業(yè)面和圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后動(dòng)態(tài)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，確保施工生產(chǎn)安全有序。

5.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇

根據(jù)雅魯藏布江復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，合理選擇監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，以達(dá)到有效監(jiān)測(cè)基坑的目的，經(jīng)過(guò)分析總結(jié)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)樁頂水平位移及豎向位移、樁體位移（測(cè)斜）、支撐軸力、地表沉降監(jiān)測(cè)等4項(xiàng)，具體如表2所示。

表2 監(jiān)控量測(cè)主要項(xiàng)目及精度要求控制表

5.2 樁頂變形

樁的變形主要表現(xiàn)為水平及豎向的位移。進(jìn)行基坑施工時(shí)，在原狀土體被挖出運(yùn)走后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)在周邊土壓力的作用下發(fā)生變形。樁的水平及豎向的位移可以直接反映出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體受力變化，在深基坑監(jiān)控量測(cè)中非常重要。所以，觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)在監(jiān)控量測(cè)專項(xiàng)方案中進(jìn)行明確，報(bào)批通過(guò)后設(shè)置在基坑頂部較為固定且能真實(shí)反映變形的地方（如樁頂、冠梁處），同時(shí)要便于觀察，在過(guò)程中進(jìn)行保護(hù)。在進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)時(shí)，如需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化時(shí)，應(yīng)履行報(bào)審程序。

5.3 樁體位移（測(cè)斜）

在進(jìn)行基坑施工時(shí)，開(kāi)挖和運(yùn)輸對(duì)基坑周邊的土體產(chǎn)生擾動(dòng)后，造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力與原狀土相比在不同深度的位置均發(fā)生了變化。所以，在進(jìn)行基坑施工時(shí)，通過(guò)采用傾斜儀進(jìn)行測(cè)量的方式，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移和周圍臨空面土體的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。樁體位移監(jiān)測(cè)傾斜儀如圖5所示。

圖5 樁體位移監(jiān)測(cè)傾斜儀

5.4 支撐軸力

在基坑施工過(guò)程中，橫支撐（混凝土支撐和鋼支撐）是穩(wěn)定基坑穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其受力情況對(duì)基坑的穩(wěn)定和安全具有最直接的影響。在進(jìn)行基坑和主體結(jié)構(gòu)的施時(shí)，對(duì)支撐軸力的變化進(jìn)行及時(shí)的掌握，有效判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全情況。

5.5 地表沉降

在基坑施工時(shí)，對(duì)其影響周邊土體的情況進(jìn)行觀察和測(cè)量，以隨時(shí)了解和掌控施工區(qū)域范圍內(nèi)基礎(chǔ)的穩(wěn)定情況，具體如表3所示。

表3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

5.6 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處置

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，出現(xiàn)異常情況時(shí)啟動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警，可有效地預(yù)防發(fā)生各類安全事故，保證主體結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境安全。其中控制基準(zhǔn)和預(yù)警值的正確設(shè)定可以保證監(jiān)測(cè)工作有據(jù)可依，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)后，可以判定主體結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境處于正常、異常和危險(xiǎn)的狀態(tài)情況。所以，應(yīng)將監(jiān)測(cè)控制基準(zhǔn)和預(yù)警值作為監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展的前置條件，采用2項(xiàng)指標(biāo)結(jié)合控制，分別為變化速率和變量累計(jì)，具體如表4和表5所示。

表4 監(jiān)測(cè)控制基準(zhǔn)及預(yù)（報(bào)）警值指標(biāo)

表5 監(jiān)測(cè)管理等級(jí)及對(duì)策

6 結(jié)語(yǔ)

某高原鐵路朗鎮(zhèn)4號(hào)雅魯藏布江特大橋水中墩下部結(jié)構(gòu)已全部安全完成，是十分成功和值得借鑒的。首先工程實(shí)施前針對(duì)雅魯藏布江獨(dú)特的地質(zhì)水文特點(diǎn)進(jìn)行全面分析并選擇合理的施工方案，其中選擇適用基坑支護(hù)方式是重中之重。在實(shí)施工過(guò)程中，加強(qiáng)管控和監(jiān)測(cè)是成功的保障，在川藏鐵路實(shí)施在即的時(shí)期，對(duì)朗鎮(zhèn)4號(hào)雅魯藏布江特大橋水下結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)的成功總結(jié)將為建設(shè)川藏鐵路提供重要參考。