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永武高速公路深水桥施工技术

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2020年4月19日
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永武高速公路深水桥施工技术

一、项目概况
永武高速公路有近60公里北绕柘林湖，多次跨越柘林湖库叉，全线桥梁总长18.9KM/95座，桥梁比例16.33%；桩基水深超过20米的深水桥梁有5座，其中：南山一桥、巾口大桥、红岩潭大桥的最大水深近30米，是中国内河桥梁建设基础施工水深最深的桥梁工程。
这三座深水桥均为40米预应力砼T梁，具体简况如下表：
项 目
南山一桥
巾口大桥
红岩潭大桥
小 计
桥 长（m）
969
769
809
2547
重型钢栈桥长（m）
860
520
759
2139
深水平台（个）
20
14
18
52
钢栈桥用钢（t）
2600
1900
2500
7000
钢护筒用钢（t）
1600
1100
1600
4300
钢平台用钢（t）
2900

3500
8400
临建总用钢（t）
7100
5000
7600
19700
三座深水桥于 8月份开工， 12月完成了桥梁下部构造。深水桩基在施工过程中，大都遇到了斜岩、孤石、裂隙、溶洞、坚石等一种或多种情况，穿孔、漏浆、塌孔、平台和护筒下沉、卡钻等现象经常发生，需要潜水员全程配合，桩基施工难度之大、工效之低、投入之大，都比预想的要困难得多。
二、工程设计和施工方案的确定
在桥位选定和施工方案的确定上，项目办提前介入、全过程参与，及时调整与优化。
1、桥位的选定
南山一桥、巾口大桥设计单位提出了二个方案，其中二方案（即绿线方案）采用桥梁将两岸岛屿直接连起来，线形较为顺直，专家一致推荐，但有一座长2KM的深水桥梁，基础水深达35m；一方案（即红线方案）沿山边布线，平面线形略差，但将特长深水桥梁分成三座桥梁跨越，且最大水深要浅5m。鉴于旅游高速公路的特点，综合考虑技术经济指标和施工工期、难度等因素，经与专家深入沟通，最终采用了路线一方案，为工程施工争取有利条件。
红岩潭大桥设计单位也提出了二个方案，经与当地村民沟通，发现二方案要跨越一个深水泥潭（红岩潭因此而得名），故采用了一方案，桥长相近，但湖底条件相对较好。
2、施工方案的确定
为保证后期施工的顺利进行，项目办未雨绸缪， 3月，在设计单位拟定初步设计方案后，项目办即组织国内具有丰富经验的深水桥专家对三座深水桥的施工方案开展技术论证，为项目施工招标和施工图设计提供咨询意见；施工单位进场后， 8月8日,项目办再次组织专家对深水桥实施方案进一步论证，以指导深水桥梁的实施，将原承包人拟采用的组合驳+钻孔平台并周转一次的方案调整为通长重型钢栈桥+全平台的方案；实施过程中，项目办成立专门的工作小组，对深水桥梁的施工进行全程跟踪，提供全面的技术、协调和资源的支持，为深水桥的顺利施工提供了强有力的保证。
三、钢便桥及钢平台的搭设
柘林湖是由人工筑坝形成的人工湖，南山一桥桥址处于大倾角半山腰、红岩潭大桥处于鲁溪河原河道，陡斜坡、孤石、裸岩、溶洞遍布，水下地形起伏不平、覆盖层浅甚至无覆盖层，钢栈桥、钢平台施工及钢护筒沉放难度大、稳定性差。经过试桩，采用90T振动锤插打720、820钢管桩，钢管桩插入深度一般为2.0～4.0米，最小深度为0米。为确保稳定，栈桥按3m×3m间距布置2×2根钢管桩，高位剪刀撑固结，形成稳固的小“板凳桩”；平台按顺桥向间距3.5～5米、垂直桥向间距9～11.5米不等布置4×4根钢管桩，高位剪刀撑固结，形成稳固的大“板凳桩”。平台与栈桥联结，确保整体稳定性。钢管桩上搭工字钢垫梁、铺贝雷片、分配梁、桥面板等构成桥面系，栈桥面宽6米，平台为15米×30米。
裸岩及孤石处基础：先将钢管桩垂直下放到位，潜水员用袋装砼将桩底堆码固结做基座，再剪刀撑加固。红岩潭大桥4#平台有根钢管桩正处于一块较大的孤石（利用潜水员探摸），在该预定桩位旁边先插打入一根钢管桩，然后再施工该钢管桩，两根钢管桩连接，相互帮扶，以保稳定。类似情况，三座深水桥有近二十处之多。
斜陡坡岩地段基础：在南山一桥和红岩潭大桥多处墩位于坡度较大的陡斜坡裸岩地段，坡度40～50°左右。为此，先下潜水员进行小范围的水下爆破，凿平岩面，使钢管桩有稳固的着床位置，再用浮吊将钢管桩逐一垂直下放至预定位置，履带吊配合固定，并逐一互相联结形成小 “板凳”，进而相互联结成大“板凳”，确保稳定。
四、钢护筒的安设
红岩潭大桥中段和巾口大桥，地层上部多为透水的圆砾、卵石、块石等，采用120T振动锤插打钢护筒，插入深度一般为2.0～3.0米，但往往钢护筒底部漏水。故先上冲击钻加大冲击3～5米至中风化，然后振动锤跟进，二次插打钢护筒。插打好的钢护筒与施工平台焊接，进一步确保稳定。钢护筒跟进之后，仍漏水严重的，就下潜水员，在钢护筒内外水下灌注砼的方式对该桩位进行密封处理。
南山一桥大部分和红岩潭大桥起终点段位于斜坡裸岩上，因钢护筒底不在同一水平面上，高差达2～3米，无法下放。首先，安排潜水员对所在的位置进行水下爆破，炸平位置；如效果不佳，则在桩位处安排钻机空打，适当的加大钻机锤头直径，把高差过大的部分彻底打平，并继续下打2米左右，将钢护筒象栽树一下“栽”进去，钢护筒内外灌注砼密封处理。
五、深水岩溶桩基施工
因设计未逐桩钻探，进场施工后发现深水桥有大量桩基均有溶洞、裂隙等不良地质，与设计文件出入较大。为此，项目办要求承包人对三座深水桥梁进行逐桩超前地质补钻，经过钻探发现南山一桥、红岩潭大桥不良地质发育，红岩潭大桥有50根桩、南山一桥有26根溶洞较发育、并有多根桩基有溶洞串，水中最大处溶洞达到14.3米（红岩潭大桥18#墩右1孔），岸上最大处溶洞达到17.1米（红岩潭大桥19#右1孔）。另外，三座深水桥均地处武宁系砾岩，岩石强度达到60MP以上，钻孔工效很低。
对溶洞无填充物的桩基础采用抛填片石及粘土方法处理。对有填充物溶洞的桩基础，视洞内填充物和充填情况处理。当溶洞内空间较大时采用抛填片石及粘土方法处理；当溶洞内填充物较密实、基本填满时适当提高泥浆比重即可。关键是要根据超前地质钻探情况，备足相应的片石和粘土，并密切注意孔内水头变化，及时造浆和回填，以稳住孔内水头。
逐桩超前地质勘探，不能以点反映出整个桩位的真实情况，由于溶洞位置、容量的不确定性，给桩基施工带来了很大的难度。如红岩潭大桥12#左-1、17#左-0、17#左-1桩基施工时，在地勘报告无溶洞处，却遭遇较大溶洞，瞬间护筒内水位急降十余米，造成孔内外的水压力差急剧变化、补水不及，14mm厚钢板卷制的钢护筒被瞬间挤压变形。事后由潜水员下水割除变形钢护筒，重新加工护筒下放，并水下砼密封。
深水桥施工中最困难就是红岩潭大桥19#右-1桩的探头岩处理，该桩位于湖岸边的陡崖上，桩径2米，桩身1/3于岸上，2/3于水中，且经过潜水员的水下探摸，确定该桩位正处于山体突出的探头岩上，岩石厚9.3米，向内凹陷4.5米，悬空6.5米，再下为45%陡坡，无法搭设工作平台。经研究，在探头岩上加大面积现浇桩基工作平台（平台以嵌岩桩相连），确保钻机就位。打穿该突出岩体后，再下钢护筒，在钢护筒底浇筑水下砼密封处理，该桩施工前后历时3个多月。
六、施工环保措施
本项目位于著名的庐山西海风景区，柘林湖水属国家一级水质、为南昌市未来备用水源地，水域中生存有大量的现代桃花水母，是全国最大的桃花水母繁衍地，其中巾口大桥、红岩潭大桥区域均为专供出口的水产养殖基地，水环境极为敏感、环保要求很高。为了确保一湖清水不受污染，桥梁建设在环保文明施工、污染防治上狠下功夫，在加强宣传教育的同时，采取了多种切实可行的措施，取得了明显的效果。如冲击钻钻孔施工时，对于浅覆盖层和裸岩桩位采用清水钻工艺，其余桩位采用泥浆循环工艺，但不掺加任何化学物质；并严禁泥浆直排，多余废浆和钻渣均经过泥驳外运。为避免工程机械废油污染湖水，施工过程中采用吸油绵、泡沫块等在钻孔平台周围设置防油隔离带；对施工废物和生活垃圾集中收集处理等。
经过参建各方努力，湖区桥梁均已顺利完成，较好地解决了深水区、景区建桥的技术难题和防污染问题，有效地保护了湖区的一湖清水和养殖业，取得了工程与环境的和谐协调。