浅谈河段上游水中墩施工技术

钟祥威

1　工程概况

光泽桔子洲大桥是一座80m+60m全省首座不对称异形独塔单索面斜拉桥，桥址位于闽江上游支流西溪与北溪交汇处，建成后是光泽县地标性建筑物。桥址地形属重丘陵地区河谷地貌类型，河谷呈宽“U”字型，西溪宽约80m，北溪宽约200m。水位随季节性降雨影响较大，降雨时经常会有山洪现象，水位暴涨和暴落比较快，枯水期时水深4.0m，流速为1.0m/s，50年一遇降雨时水深达6.3m，河床内没有淤泥层及其它杂土，多为砂卵石，覆盖层厚度约2.0m，为主要渗漏层，往下是强风化花岗岩，岩面为河床冲刷线。主塔1#墩承台位于西溪主河槽中，承台尺寸为15.3m×12m×3.5m，承台位于河床冲刷线下，嵌入岩层中，施工时需爆破岩层。为与迎宾大道相接同步开通，根据施工安排，该处桥墩施工必须在汛期时施工，无法回避。围堰平面位置如图1，单位尺寸为m。

图1　围堰平面位置图

2　方案比较

方案一：利用钢栈桥作为施工通道，钢围堰或钢板桩施工承台。优点：市场上钢围堰或钢板桩物资设备多，调取快。缺点：由于地质层为强风化花岗岩，局部还有较大孤石。钢栈桥、钢围堰或钢板桩等无法有效嵌入河床，且上游漂来的树枝等杂物容易堵塞在此处，形成巨大水平推力，造成钢栈桥失稳倾覆；在采用钢围堰或钢板桩时，同样钢围堰或钢板桩无法有效嵌入高底不平的岩层，会造成钢围堰或钢板桩密封度不够，渗水大，稳定性差。同时投入的钢材量大，需使用的设备多，风险高，成本大。

方案二：填土筑岛围堰。优点：由于水流速度平缓，水不深，附近又有合适的土源，筑岛容易。还可通过清理对岸河道，改移流水方向，增大流水截面。施工期间可通过加强与地方气象、水利部门沟通，掌握汛情趋势及间隙，合理安排组织施工。缺点：遇河水暴涨时容易被冲刷，危及人身及设备安全，但必要时可撤离作业人员及设备启动应急预案。最后经过论证及方案专家评审后认为筑岛围堰为最佳施工方案。

3　筑岛围堰技术

3.1　施工工艺流程

施工准备→施工放样→筑岛围堰→桩基施工→基坑开挖→承台及墩柱施工→挖除围堰。

3.2　筑岛围堰技术要求

由于1#墩位于西溪河槽中间，筑岛时应考虑围堰后河道被压缩，水流速度增大从而加大了对围堰冲刷的防护。还需满足承台基坑开挖放坡要求，满足承台基础施工平面尺寸需要，围堰要求防水严密，渗漏小，同时需要满足基坑开挖后堰体强度和稳定性的要求。本次筑岛围堰顶平面尺寸37m×34m，平均填土厚度7.5m，土石方基坑开挖总深度11.1m。

3.3　具体施工技术

（1）筑岛围堰前，采用型号PC200-8长臂挖掘机（大小臂总长15.4m）在岸边将筑岛边坡位置范围内够得到的河床底砂卵石层清除到筑岛范围外堆好，直至挖到强风化岩层。土石方填筑采用推填的形式，运土车把土倒在岸边，用装载机向水中推进，推进范围为长臂挖掘机清除过河底砂卵石位置。再用长臂挖掘机将筑岛边坡范围内够得到的河床底砂卵石清除至筑岛外，然后再填土，以此循环，直至筑岛围堰形成。

（2）经实地勘察填料选择运距约2.0km山体开挖出的黄粘性土。经现场筛分水面以下采用纯粘土，其砾石含量不得超过10%，水面以上砾石含量不超过40%，填料的渗透系数不得大于1×10-5cm/s。填筑出水面后开始用20T压路机分层碾压，压实系数不得低于0.9，堰体顶面铺设50cm厚的碎石土并碾压平整，其顶面高出常水位1.5m，并设2%人字排水坡。

（3）为了更好的保证围堰的稳定性，减轻河水对堰体的压力，围堰的外坡面筑成向外拱的弧形。为减小河水的对坡面的冲刷，还可通过开挖对岸河道，改变流水方向，增大流水截面。同时针对本地盛产毛竹这一特点，迎水面边坡使用竹片档板全覆盖，竹片档板之间用铁丝绑牢，并用U型φ12钢筋固钉在坡面。最后用装载机把堰内挖除的直径大于10cm以上的砂卵石均匀的覆盖在边坡上，其厚度不小于0.5m。

（4）筑岛完成后立即合理安排桩机设备，以最短的时间内完成桩基施工。同时在堰体四周3m范围内设两排喷浆孔，两排孔间距为70cm，每排孔间距为120cm，呈梅花型布置，深入至强风化岩层面，利用水泥浆封堵主要渗水层。同时利用高压注浆形成的连续防渗墙止水，使堰体更加稳定，水泥浆液比为：1：1（水：水泥），提管速度控制在8cm/min内，喷浆压为28～32MPa，自下而上开始喷射、旋转、提升。当提升至地面以下1.0m时停止喷浆。

4　基坑开挖

桩基施工完成后，根据气象部门提供的天气预报，选择有利天气组织开挖。开挖前用坐标在堰体上测出开挖边线平面尺寸。开挖时注意“分层开挖，严禁超挖”及“大基坑，小开挖”的原则。土方边坡控制为1：0.8，石方边坡为1：0.3，土石交界面设30cm宽平台，平台上堆码50cm高沙袋。开挖过程中测量人员随时架设仪器控制开挖高度和宽度，指导施工队及时进行修坡。现场配备两台挖掘机联合作业，主要以长臂挖掘机开挖为主，另一台挖掘机辅助，用以翻土上车，把基坑土方运到堰体外。

当开挖至岩体面层需爆破作业时，用凿岩机钻爆破孔。为确保围堰堰体稳定，按照小间距、小药量控制的原则，采用浅孔松动爆破技术，分两层爆破施工，每层深度1.8m，炮孔直径为40mm，间距1.0m呈梅花形布置，每次爆破20孔。超爆器材采用国产ms系列非电导爆管雷管，并采用簇联接方式捆孔，专用起爆器起爆。爆破完成后，用挖掘机清理石渣。基坑形成后，堰体除便道侧外，其余三侧禁止大型机械驶入，同时基坑内边坡上满铺彩条布，防止雨水冲刷坡面，减弱边坡的稳固，污染承台底面。基坑开挖平面及横断面图如图2～3，单位尺寸为m。

图2　围堰平面图

图3　基坑开挖横断面图

5　围堰稳定性计算

筑岛围堰顶标高：228.2m，以水位平齐堰顶计算则水位高差为7.5m。

筑岛围堰横断面：堰体顶面宽为3m，边坡为1：1.5和1：0.8。

筑岛围堰稳定性验算：筑岛围堰受到的水平力为外侧水压力P水、受到的竖向力为自重G、基底水的渗透压力U，见图4。

图4　堰体受力示意图

筑岛围堰填土高度H=7.5m，基底到水面高度H水=7.5m，土围堰的容重取γ素土=19.5kN/m3，水的容重γ水=10kN/m3，土体基底与地基的摩擦系数取f=0.4。

外侧水压力：P 水=1/2H 水×2γ 水=3.75×2×10=75kN/m

堰体重量：G=1/2（3+20.5）×7.5×γ 素土=82.25×19.5=1603.9kN/m

渗透压力：U=1/2×H 水×3×γ 水=3.75×3×10=112.5kN/m

稳定系数：K=f（G-U）/P水=7.9＞1.3满足要求。

6　施工监测

围堰变形监测的基准点采用现有的四等控制网中靠近观测区的三个点，采用徕卡TS02全站仪监测平面坐标，用NA720自动安平水准仪监测标高。水位监测遵循“牢固适用，便于观察”的原则，监测点选择围堰的西侧（西溪上游）及围堰北侧（西溪下游）合适位置安装水标尺的方式。测量人员用水准仪测出实时监测点水位标高，再对照刻度安装水标尺，村尺刻度清晰，并牢固耐用。

变形监测采取全站仪和目测监测相结合的方式进行，目测主要检查围堰是否有明显裂痕、塌方、涌沙渗水等情况。监测点观测桩横向应按断面布设，每个断面设4个观测桩，本次围堰除便道侧未设观测桩，其余三侧均设了观测桩。观测桩采用1.0m长10cm直径圆木，圆木顶钉入测量专用钉。埋入土层深度0.9m，面上用30cm长×30cm宽×30cm厚混凝土包裹，混凝土面与土面平齐，观测桩外露0.1m，并刻上编号（详见堰体受力示意图）。

平面位移监测采用测边交会法进行观测，棱镜安装时强制对中，以提高观测精度。观测点相对于基准点的点位误差控制在≤±2.0mm，各观测点的平面位移量以首次测量的数据与累计值差计算并得出，位移量计算至毫米级，并将测量数据记录好。

沉降观测采用徕卡NA720型自动安平水准仪，观测点的垂直中误差控制在≤±0.5mm。确保测量精度，观测时各观测水准点组成一个闭合水准路线环，沉降量以首次测得各观测桩的高程差与累计高差所得，沉降量计算至毫米级，并将测量数据做好记录。

每天测量各观测桩的次数不应少于5次，特别是在基坑形成初期及爆破作业期间，更要24h监测。同时设定监测报警值，当平面位移累计量大于40mm，变形速率连续3d大于4mm/d，填筑面沉降为60mm，变形速率连续3d大于5mm/d或土体变化较大时，及时上报现场施工主管及项目部并加密观测次数，必要时撤离作业人员及设备启动应急预案。测量严格遵守全过程使用同一台仪器、同一个测量人员，同一种观测方法和路线。监测结果要有相对应的数据和图表说明，并标明变化速率和累计变化值，施工监测过程应持续整个基坑内施工作业完成后结束。

7　承台施工

桩基检测合格后，清扫干净垫层面，放出承台边线，在垫层上刻好钢筋布置间距，安装钢筋，用25T吊机安装定型钢模并加固。注意控制好墩身钢筋、塔墩固结钢铰线、综合接地等预埋件的位置。施工完毕后及时报验并按大体积混凝土施工要求浇注混凝土，每层浇注厚度控制为50cm，并采用二次捣固方法，即混凝土在即将初凝前再振捣一次，确保混凝土的密实度，减少内部微裂缝、提高抗裂性。混凝土采用商品混凝土并以汽车泵输送方式浇注，在浇注过程中注意避免碰撞预埋件及模板，随时观测各种预埋件的位置有无变化并及时纠正。浇筑完毕后做好混凝土养护及施工缝的凿毛处理，待混凝土强度达到50%时即可开始墩身施工。

8　结束语

对于为跨越河流、山谷而设计的水中墩桥梁工程，由于地形地貌不尽相同，当常用的钢围堰、钢板桩、沉井等方案无可行性时，只能因地制宜相适应的施工方案。如本文介绍的采用筑岛围堰的施工方案，将水中施工转化为陆地施工，不但技术成熟、施工工艺简单而且效果显著。为今后碰到类似水中墩施工时有一定的借鉴作用。

[1]《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）.北京：中国建筑工业出版社.