涪秀铁路桥梁深水基础施工创新技术

李勇海，杨嘉毅，项远方

(1.中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215131； 2.宁波市镇海雄镇建设投资有限公司，浙江 宁波 315000)

1 工程概况

涪陵乌江右线大桥是渝怀铁路涪陵—梅江段增建二线规模最大、结构最复杂的桥梁工程，主桥采用(98+192+94)m连续刚构跨越乌江主航道(见图1)，常年有千吨级货轮通航。其中，3号主墩位于乌江航道深水区，基础为桩基承台基础，钻孔桩直径为2.5m，桩长为14m，顺桥向3排，每排4根，共计12根；承台平面尺寸为19.6m×14.4m，高4m，封底混凝土厚度为3m。设计水深达37m，设计最大流速v=3.95m/s，基础采用圆形双壁钢围堰先堰后桩法施工。钢围堰外径28m，内径25m，高38.4m，竖向分为6节段，每节段水平分为16块，单块围堰最大重16t，总重达1 350t(见图2)。围堰舱内填充混凝土，填充高度为7m，采用C30水下混凝土。

图1 主桥纵断面(单位：cm)

图2 钢围堰立面构造

因乌江航道长期规划需求，3号主墩施工前需进行水下爆破施工，最大爆破深度为12m，爆破方量达1.5万m3。

2 深水基础爆破施工技术创新

2.1 “三维数字化”水下地形精准测量

为满足水下爆破精度要求，水下地形测量采用国内先进的单波速测深仪配备RTK-GPS对爆破区域河床进行三维坐标测量，测点间距为0.5m，测量精度可达±1cm，测量数据经软件处理后，可直观展现不同位置河床标高及基坑爆破效果(见图3)，可用于精确指导钻孔孔深及基坑超欠挖控制，提高了深水倾斜裸岩河床及爆破基坑测量精度和效率。与传统的施工方法相比，其具有测量精度高、测量速度快、施工成本低等特点[1]。

图3 水下地形软件处理效果

2.2 航道区钻爆船“六缆定位法”施工

根据钻爆设计图纸确定爆破范围，在GPS的指引下开动电绞锚机移动船只，钻爆船初定位完成后，钻爆船抛设六具锚，首尾两具中锚，两侧共两具边锚。钻爆船展布采用六缆定位法，即2根主缆，两侧各设2根边缆。在通航两侧均使用沉链，沉链因自重沉入水下，不会影响过往船舶通航，解决了繁忙航道正常通行条件下钻爆船高精度定位难题(见图4)。

图4 钻爆船施工定位

2.3 “潜孔钻机双向定位法”施工

水下爆破钻爆船施工中，钻爆船定位系统由纵向滑移轨道、横向滑移轨道、液压动力系统及RTK-GPS 4部分组成。当船舶粗定位完成后，4台钻机根据孔距沿纵向滑移轨道、横向滑移轨道进行前后、左右平面精确定位，过程中采用RTK-GPS对平面位置进行复测，可在0.5h内完成4台钻机的定位工作，提高了潜孔钻机定位速度及精度，效率较传统定位方法有了很大提高(见图5)[2]。

图5 潜孔钻机多向定位

2.4 深孔一次爆破到位、分阶段清碴施工方法

针对倾斜裸岩特点，创新采用平面分区、竖向深孔一次爆破剥离到位的施工方法，实现了爆破速度快、易于清碴、坑底平整度良好、封航时间短，相对于传统的竖向分层爆破具有爆破经济效益高、爆破效果好的特点(见图6)[3-4]。

图6 水下爆破方式示意

水下爆破完成后，采用“分阶段不同机械清碴法”，清碴初期采用8m3梅花形抓泥船，抓斗最大抓碴直径为5m，体量大，效率高，每小时可清碴400m3，但基底精度控制能力较差，用于前期大面积清碴。

清碴后期采用“八字形”抓泥船，配备2台大小不同的抓斗，1台抓斗最大抓碴量为6m3，1台抓斗最大抓碴量为2m3，配备河床扫测系统，清碴高度控制精度高，确保了后期水下基坑基底及周边精确清碴。

3 大型双壁钢围堰施工技术创新

3.1 创新设计一种下水托盘装置

综合考虑钢围堰首节自重、拼装效率及下水托盘强度、刚度、自重、下水场地平整量、托盘回收等限制条件，采用MIDAS Civil软件对下水托盘装置进行设计，下水托盘采用“双支雪橇板桁架式”结构，结构布置如图7所示[5]。

图7 钢围堰首节拼装下水托盘结构布置

托盘形式根据日常生活中雪橇板的原理，将下水托盘设计成双支雪橇板形式，通过托盘底部气囊滚动的方式下水，有效解决了现有无底钢围堰多采用固定式下水滑道或全底面铺设钢板和分配梁，自重大、回收困难、对场地要求严格的弊端，同时兼具受力均匀、刚度大的特点[6]。

3.2 创新设计一种单拖单绑浮运安装方法

在首节钢围堰浮运过程中，为减少对乌江主航道的影响，创造性地采用钢围堰单拖单绑的浮运安装方式。通过选取合适船型的拖船、帮船，并在双壁钢围堰外壁板上设置一定数量的爬耳，通过缆绳多方位连接固定帮船和拖船之间，以使双壁钢围堰、拖船和帮船三者相对稳定，形成一个整体结构，通过拖船带动帮船，帮船带动双壁钢围堰行驶。在钢围堰浮运期间占用航道的宽度为帮船宽度+钢围堰直径(见图8)。与传统占用航道宽度为拖船宽度+帮船宽度+钢围堰直径相比，减少了钢围堰浮运期间占用航道的宽度，降低了钢围堰浮运期间对航道运营和过往船只的影响，有效解决了航运繁忙、区域狭小的航道在钢围堰浮运时禁航的难题[7]。

图8 钢围堰浮运示意

3.3 创新设计一种钢围堰精准定位着床控制方法

深水基础水下爆破、清碴完成后，开始钢围堰的定位、着床作业施工，为了解决传统钢围堰定位采用多艘定位船进行水平定位，采用隔舱均匀注水控制垂直度的着床方式带来的航道安全风险问题，创新采用了通过锚环配合岸边地锚、水中锚碇精确调整钢围堰的平面位置，通过千斤顶精确调整钢围堰的垂直度，采用承载钢管桩适应爆破基坑不平整基岩的方式定位(见图9)。该方法具有安全风险低、结构简单、操作方便快捷可靠、钢围堰着床精度高的特点，有效解决了由水下爆破基底不平整造成平面位置及垂直度偏差大的问题[8]。

图9 钢围堰精准定位示意

4 结语

涪陵乌江右线大桥3号墩钢围堰施工中采用的深水裸岩基础水下精准爆破技术、大型双壁钢围堰下水托盘设计、大型双壁钢围堰浮运技术及钢围堰精准着床等创新技术，具有安全、高效、快捷、精度高等特点，保障了深水基础钢围堰的安全顺利施工，为大桥后续桩基、墩柱及上部结构的施工奠定了坚实基础，其创造性的施工理念可为同类桥梁施工提供参考。