蒙西华中铁路洞庭湖特大桥N003号墩基础施工关键技术_刘丹飞

ＴｒａｎｓｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ　　ｐｇｙ　ＳｅｒｉａｌＮｏ．２８０　

ｏ．１Ｆｅｂ．２０１７Ｎ

／ＤＯＩ１０．３９６３ｉｓｓｎ．１６７１５７０．２０１７．０１．０１４．７　－ｊ

蒙西华中铁路洞庭湖特大桥Ｎ００３号墩基础施工关键技术

刘丹飞

（）中铁大桥局集团有限公司　武汉　４３００００

摘　要　蒙西华中铁路洞庭湖特大桥Ｎ钻孔桩基础，桥址基岩受构造００３号墩为连续梁的制动墩，基坑开挖深度约１挤压严重，岩体完整性差，角砾夹泥层分布不均匀；承台埋置深度超过１６ｍ，７基础施工难度高。本桥通过优化钻孔工艺，采用下部钢筋开挖边线距离施工栈桥边约５．９ｍ，ｍ，

混凝土围堰＋上部钢板桩围堰的新型组合式深基坑支挡结构，有效解决了施工难题，加快了施工进度，节约了施工成本。

关键词　钻孔桩基础　软弱地层　超深基坑　组合式围堰

　　蒙西华中铁路洞庭湖特大桥君山岸引桥由于

考虑后期河道疏浚，设置了７５ｍ＋３×１２０ｍ＋７５ｍ预应力混凝土连续梁。Ｎ００３号墩为连续梁的制动墩，基础设计采用直径２桩长．０ｍ钻孔桩基础，承台尺寸为１为４３～６２ｍ，４．６ｍ×２３．６ｍ×原地面标高为＋２承台底标高为５．５ｍ。７．０３ｍ，承台埋置深度超过１基坑开挖深０．９ｍ，６ｍ，＋１

开挖边线距离施工栈桥边约５．度约１７ｍ，９ｍ。墩位处出露层为种植土，松散或软塑，粘聚力为，，内摩擦角２层厚较薄约０．在６ｋＰａ０．９°３ｍ；４．

高程＋２软４．０３～＋２６．７３ｍ之间为粉质粘土层，，内摩塑，局部表层为硬塑，粘聚力为１５．１２４ｋＰａ；在高程＋１．擦角６．２０５°０３～＋２４．０３ｍ之间为淤泥质粉质粘土层，流塑状，局部失水呈软塑状，，；内摩擦角５．在高程粘聚力为９．３６８ｋＰａ３４９°弱风化板岩、９７ｍ以下依次为强风化板岩、－２．

破碎板岩、弱风化板岩、微风化板岩。破碎板岩层受挤压作用，呈网状节理发育，岩体极破碎。００３号墩基础施工总体方案１　Ｎ

００３号墩利用枯水期采用冲击钻成孔工艺Ｎ

进行钻孔桩施工，考虑到后期承台顶面以上基坑支护结构需要拆除，采用承台顶面以下混凝土围堰＋上部钢板桩围堰的新型组合式围堰进行基坑

收稿日期：１２０１６０８２－－第二次支护，承台分２次浇筑，第一次浇筑３ｍ，浇筑２．５ｍ。

２　钻孔桩施工关键技术

由于桥址基岩受构造挤压严重，岩体完整性差，角砾夹泥层分布不均匀，钻孔施工时易发生漏浆、塌孔、斜钻等，本桥通过采用优质泥浆护壁，根据不同地层控制冲程、水头差等措施，有效解决了上述困难。２．１　泥浆拌制

选用Ｐ由膨润土、碱ＨＰ优质膨润土泥浆，、（和聚丙烯酰胺羟甲基纤维素（ＣａＯＮＣＭＣ）２３）

］１２－。泥浆配置完成后在储浆（等原料组成［ＨＰ）Ｐ

使膨润土颗粒都充分膨胀后方可池内静置２４ｈ，

使用。２．２　钻孔施工

）开孔过程中，按照“小冲程、勤松绳”原则１

进行，低锤密击，钻至孔口以下５ｍ后适当增大冲程钻进。

）正常钻进时根据地质资料掌握土层变化，２

及时捞取钻渣取样，判断土层，记入钻孔记录表，并与地质资料进行核对。根据核对判定的土层调整钻机的钻孔进尺和泥浆性能。钻进保持连续进行，不得随意中途停钻。

）钻进过程中根据地质情况、钻头形式及重３

量等确定松绳量，均匀松放钢丝绳。每次松绳长

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刘丹飞：蒙西华中铁路洞庭湖特大桥Ｎ００３号墩基础施工关键技术２０１７年第１期

度宜控制在３～８ｃ严禁打空锤和松绳过多。ｍ内，

）钻孔过程遇到的问题及处理措施。４

加大泥浆①当钻进过程中孔内出现漏浆时，比重，停止钻进，待漏浆处理好后方可继续钻进。不能强提，查明原因和钻头位②发生卡钻时，置，采取晃大绳及其他措施，使钻头松动后再提起。采用小冲③在有倾斜的破碎板岩层钻进时，程低速钻进，必要时回填片石、卵石或混凝土冲平后再进行钻进。３　基坑支护方案比选３．１　综合分析

根据本工程项目的特点，传统的深基坑支挡防护结构一般有钢板桩、混凝土围堰、钢管桩等，钢板桩与钢管桩均可重复使用，插打、拔出容易，施工方便、快捷，缺点是随着基坑深度加大，钢板桩和钢管桩的柔性增大，对于开挖深度较大的软弱地质基坑，钢板桩和钢管桩的锚固段均难以满足结构受力要求，同时其内支撑设置数量较大，后期承台、墩身施工作业空间受限；混凝土围堰结构受力情况较好，但存在下沉周期长、成本大、承台以上部分拆除困难、不利于绿色施工等问题。

基于上述背景技术的不足，本桥提供了一种适用于软弱地质深基坑的支护结构施工技术，即采用下部混凝土围堰＋上部钢板桩围堰的新型组合式支挡结构。

此项新技术充分利用下部钢筋混凝土围堰的受力特性，巧妙地将混凝土围堰和钢板桩围堰组合在一起，不但能够满足结构受力要求，而且避免了承台以上混凝土围堰拆除困难以及拆除时产生的建筑垃圾、粉尘、噪声等环境污染，有利于绿色施工，有效加快施工进度，节约施工成本。３．２　组合式围堰主要受力分析

）混凝土围堰的配筋计算。需要对混凝土１

围堰浇筑完成后抽枕木时产生的竖向弯曲应力以及围堰下沉承受主动土压力作用下的内力综合考虑。抽枕木时产生的竖向弯曲应力根据井壁内取考虑土方式（按取土后井壁最大悬空跨度１５ｍ）沉井按６点支承来计算，经计算井壁最大弯矩为：井壁最大剪力３５９．２ｋＮ·ｍ；６７．６ｋＮ。围８００　　堰下沉时刃角承受的最大土压力为２１８．６５ｋＰａ（。圆形井壁计算时考虑围堰下沉至设计标高时）

的井壁外侧土压力不均按内摩擦角相差±相邻９０°来假定计算，经计算井壁截面所受弯矩值最大．５°２

截面最大压力为为１３４７７．５６ｋＮ。３４．４６ｋＮ·ｍ，３　　

）钢板桩计算。钢板桩及２层内支撑均于２

混凝土围堰下放至顶面距离开挖地面０．５ｍ处安装，安装完成后一起下放。下放过程中最不利工况为钢板桩下放至设计位置时，此时最大弯矩为：６．１ｋＮ·ｍ。钢板桩应力为２５＜１７０－５，满足要求。钢板桩最大位移为８．ＭＰａ７５ｍｍ，满足要求，位移最大值产生于２层内支撑之间跨中处。

）内支撑圈梁采用２ＨＮ７００×３００型钢组，３

，剪应力为３其最大弯曲应力为１０５．９ＭＰａ６．９，，均满足则组合应力为１ＭＰａ２３．７＜１７０ＭＰａ要求。

３．３　组合式围堰与混凝土围堰经济指标分析

组合式围堰与混凝土围堰相比，节约钢筋

３

、及后期爆破拆除费用，混凝土１５．７ｔ６７．３ｍ９５　

增加钢板桩租赁等费用，综合比较组合式围堰节省费用约１４６．２４万元。４　组合式围堰施工关键技术

首先施工混凝土围堰，并使混凝土围堰下沉在混凝土围堰上安装至原地面标高０．５ｍ左右，钢板桩，形成组合式围堰，然后将组合式围堰整体下沉至设计标高，进行承台墩身施工，最后拆除钢板桩围堰。４．１　主要工艺流程

施工准备→测量放线→围堰垫层→钢刃角制作安装→钢筋绑扎→模板安装→混凝土围堰浇筑→混凝土围堰下沉→钢板桩安装→组合式围堰下沉→围堰封底→承台施工→墩身施工→钢板桩围堰拆除。

４．２　组合式围堰结构

组合式围堰下部为圆形钢筋混凝土结构，上部采用拉森－４钢板桩围挡结构。钢筋混凝土围井壁厚度为１．钢板桩井堰外径为３１．６ｍ，５ｍ；钢筋混凝土井壁与钢板桩之壁直径为３０．２６ｍ；间采用内槽镶嵌的方式连接，搭接的长度为０．５ｍ。封底混凝土厚度１．５ｍ。组合式围堰立面、平面图见图１、图２。

２０１７年第１期刘丹飞：蒙西华中铁路洞庭湖特大桥Ｎ００３号墩基础施工关键技术

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图１　组合式围堰立面布置图（单位：ｍｍ）

））ａ１混凝土围堰平面图　　　　　　　　　　　　　　　ｂ３钢板桩平面图　１　３－－图２　混凝土围堰及钢板桩围堰平面布置图（单位：ｍｍ）

４．３　组合式围堰下沉计算

［３］

第三节沉井下沉计根据《沉井设计与施工》４．４．２　混凝土围堰与钢板桩围堰组合固结

钢板桩安放在混凝土围堰预设的５０ｃｍ深凹槽内，安装时钢板桩与圈梁固定，在伸入混凝土围堰井壁范围的钢板桩外表面涂沥青隔离，钢板桩与混凝土井壁连接处采用水泥砂浆填充密实。待砂浆强度达到设计要求时，紧固锚固钢筋。锚固钢筋为３０根直径３２ｍｍＰＳＢ８３０精轧螺纹钢筋，　两端各安装一个螺帽增锚固钢筋长度为１．６ｍ，加锚固力，承受不平衡力矩产生的压力。４．４．３　围堰下沉

）在地面四周边缘向外设排水沟，基坑边缘１弃土，禁止机械车辆０ｍ范围内严禁堆放材料、２．通行。

００％后２）待围堰混凝土强度达到设计强度１

进行围堰下沉。下沉施工前复核测量控制点，在围堰侧面设置下沉标尺，并记录初始标高。）抽垫前将所有的枕木按设计拟定的次序３

用红漆进行分组编号，分区间进行抽垫。当抽出枕木出现空挡后，应立即用砂回填密实，以减少围堰下沉量和定位枕木折断数量，防止围堰产生较大位移和倾斜。

算中的相关公式对混凝土围堰及组合式围堰的下沉系数及下沉稳定系数进行计算，土体极限摩阻力依据本桥试桩所取得的参数，具有较强的代表下沉稳定系数性。经计算下沉系数均大于１．０５，满足相关要求。下沉系数及下沉稳均小于０．９，定系数计算统计见表１。

表１　下沉系数及下沉稳定系数统计表

　　　　混凝土围堰　　　　　　　组合式围堰　　　　　下沉系数ｋ′下沉系数ｋ′１下沉稳定系数ｋ１２下沉稳定系数ｋ２

２．７６　０．８５　１．１６　０．６２

４．４　组合式围堰施工主要技术要点４．４．１　围堰垫层设置

由于地基承载力较低，为保证围堰制作时的稳定，刃脚底部需采用砂垫层进行换填，以提高地基承载力。砂垫层的厚度根据整体的围堰重量和垫层底部地基土的承载力计算而定。经计算，设宽度４ｍ；刃脚枕木采用置砂垫层厚度１．５ｍ，９７根１６０ｍｍ×２００ｍｍ断面的枕木。３

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刘丹飞：蒙西华中铁路洞庭湖特大桥Ｎ００３号墩基础施工关键技术２０１７年第１期

）出土方式采取人工射水、吸泥，排水下沉，４

出土顺序由内向外：先取靠近中间底隔墙处的土体，再取远离底隔墙的土体，严格控制底隔墙两侧井格取土面高差。

）围堰纠偏应根据测量资料随偏随纠，当围５／堰偏斜达到容许值的１围堰下沉４时便要纠偏，过程中要做到勤测、勤纠，小角度纠偏。）围堰进入终沉阶段，须加强监控，严格控６

制超沉。施工中，在围堰壁上对称设４个高程观测点和“十”字轴线观测点，４个点下沉量的平均值作为围堰每次的下沉量，以下沉量最大的一点为基准得出其他各点的下沉量高差，来指导纠偏下沉施工。下沉过程中，应做到均匀，对称出土，严格控制泥面高差，当平面位置和四角高差出现偏差时应及时纠正，避免围堰偏离轴线，同时应注意纠偏幅度不宜过大，频率不宜过高。４．４．４　围堰下沉时注意事项及应对措施

围堰下沉过程中要做到勤测、勤纠，小角度纠

，“沉少则多挖”的原则在开偏，根据“沉多则少挖”

４］

。挖中纠偏［

）围堰倾斜偏位。围堰在入土较浅时，容易１

底标高，再经过２～３ｄ的下沉稳定，或经观测在８

即可进行围堰０ｍｍ时，ｈ内累计下沉量不大于１

封底。

）围堰封底前在围堰四周设置油毡＋泡沫２

板＋油毡的措施，将封底混凝土与围堰侧壁隔离，避免后期承台施工时组合式围堰沉降对封底混凝土的影响。

４．４．６　组合式围堰实施效果

００３号墩组合式围堰混凝土围堰部分平均Ｎ

／，下沉完成后连续３ｄ测单日下沉量为５７ｃｍｄ形成组合量，混凝土围堰累计沉降量为２７ｍｍ；

／，下沉完成式围堰后平均单日下沉量为８０ｃｍｄ后连续３ｄ测量，混凝土围堰累计沉降量为３１

未发生突沉现象，下沉到位后ｍｍ。２次下沉平稳，

水平最大偏差为０ｍｍ，４个角点高程最大偏差为９

栈桥累计沉降为６４ｍｍ，．５ｍｍ。围堰偏差及倾５

斜度均在规范要求范围内，栈桥沉降量较小。５　承台施工及后期钢板桩拆除

第承台分２次浇筑，第一次浇筑高度为３ｍ，二次浇筑高度为２．５ｍ。为满足洞庭湖后期疏浚需要，墩身施工完毕后需对组合式围堰进行拆除，混凝土围堰＋钢板桩围堰的结合形式，使得拆除困难大大降低，割除锚固精轧螺纹钢，拆除圈梁及内支撑，逐根拔除钢板桩，回填基坑并恢复原貌。６　结语

蒙西华中铁路洞庭湖特大桥通过采用本施工技术，成功完成了Ｎ未发００３号墩基础施工任务，生任何安全质量事故，经济效益和社会效益明显。随着建筑业的日益发展，国家和社会对于节能、环保、低碳等绿色施工的要求越来越高，超深基坑、软弱地层和后期需要部分拆除的类似工程项目将会越来越多，本施工技术具有极大的应用推广价值。

产生倾斜。纠正倾斜时，一般可在刃脚高的一侧

取土，必要时可由人工配合在刃脚下除土。随着围堰的下沉，在围堰高的一侧减少刃脚下正面阻力，在围堰低的一侧增加刃脚下的正面阻力，使围堰的偏差在下沉过程逐渐纠正。

）围堰突沉。增设底梁以提高正面支承力；２在刃脚部位保留约５均匀削土，使０ｃｍ宽的土堤，围堰挤土缓慢下沉；严格控制除土深度，避免挖土超过刃脚使刃脚被掏空，特别是刚开始下沉时，要注意先观测沉降，少挖土；在围堰外壁空隙填充级配碎石增加摩阻力，随沉随灌。

）围堰止沉。围堰下沉接近设计标高０．５３停止吸泥，对围堰进行观测，如停止吸泥后ｍ时，

围堰下沉量仍然较大，则在围堰底标高接近设计

立即向围堰内回灌水，标高０．待围堰止２ｍ时，沉后，搭设水封平台进行围堰封底。

）靠近围堰侧栈桥管柱可能发生位移。栈４桥在围堰下沉时，设置隔离带单侧通行。围堰在下沉过程中，栈桥的检查和监测频率６次／当ｈ；或管桩周围管柱基础变形接近预警值１０ｍｍ时（

，停止围堰施工，土体发生开裂时）并对基坑支护结构和周边的保护对象采取应急措施，查明原因，

采取相应的保护措施后再进行围堰下沉施工。４．４．５　组合式围堰封底

）当围堰下沉至距设计底标高５停０ｃｍ时，１

止井内挖土和排水，使其靠自重下沉至接近设计

参考文献

［］挤压破碎倾斜板岩大直径深水钻孔桩施工１　邓敬雄．

］（）：技术［世界桥梁，Ｊ．２２０１５２１４．２－［］董伟，吴智敏，等．２ＣＦＲＰ加固局部薄弱混凝　侯东序，

］土桥墩非线性分析［武汉理工大学学报（交通科Ｊ．，（）：学与工程版）５２５０１４，３８３２０２４．－［］沉井设计与施工［上海：同济大学出版３Ｍ］．　段良策．

社，２００６．

［］盛华，罗瑞华．城市桥梁超大沉井关键施工４　冯广胜，

］（）：技术［桥梁建设，Ｊ．２０１５４１０７１２．１－