水下的较量——苍容浔江大桥基础施工关键技术

苍容浔江大桥是梧州—玉林—钦州高速公路的控制性工程，是在梧州市跨越浔江的一座特大桥，大桥全长1688米，为世界最大跨径独柱式三塔空间缆悬索桥，由跨江主桥和南北引桥等组成，主桥跨径布置为55+520+520+55米，大桥具有“一个世界之最、四个国内之首”的特征。世界最大跨径独柱式三塔空间缆悬索桥、国内首次采用主跨超500米的三塔空间缆结构体系悬索桥、国内首次采用双深槽式鞍座的悬索桥、国内首次采用桩墙组合结构锚碇基础的悬索桥、国内首次采用先缆后梁工艺施工的三塔空间缆悬索桥。

主桥索塔基础采用承台+群桩基础结构设计，中塔、过渡墩桩基为φ3.5m钻孔灌注桩，边塔桩基为φ3m钻孔灌注桩，引桥为φ2.5m钻孔灌注桩。主桥索塔顶鞍罩标高+129.6m，鞍座中心点标高+127.6m，塔柱采用上下塔柱设计，上塔柱为圆端形结构设计，下塔柱为变截面结构设计由底端圆形结构渐变为圆端形结构。全桥共两根主缆，主桥索缆结构采用平行钢丝结构，由37股127丝镀锌高强钢丝组成，钢丝强度为1960MPa材料，每跨布置31对吊索，吊索纵向间距为16m。吊索同样采用平行钢丝吊索，选用1770MPa高强钢丝。主桥索鞍采用采用铸焊结构，其中索塔鞍座采用合体鞍座。主桥主梁采用分离式组合钢箱梁，主梁在索塔处通过横向抗风支座和纵向阻尼器支座对横纵向位移进行限制。

施工组织难度大：本工程跨越浔江，南北两岸分属不同县管理，其中北岸属于苍梧县岭脚镇上大义村，南岸属于藤县塘步镇维定村，进场道路须经过当地村庄，南北两岸沿江道路处于正在修建的状态，其施工对桥梁建设将造成较大干扰。

技术难度大：苍容浔江大桥为三塔空间缆悬索桥，由于上跨浔江主航道，不能采用该型桥梁常用的先梁后缆施工方式，在上部结构施工过程中猫道架设、主缆调索、主梁架设等工序均存在极大的施工难度。主桥中塔为大直径群桩基础，水深达到18m，无覆盖层，施工过程中护筒沉振、平台搭设等施工难度较大。锚碇基础采用大直径桩基+铣接头的墙式基础，基础结构新颖，在桩基钢筋笼制作、二期成槽施工过程中存在较大的施工难度。

环水保要求高：项目穿越浔江水域，周边环、水保要求高，施工期间要最大程度的减少对周边环境破坏，应加强周边环境的保护。

水上施工平台搭建

平台位于浔江中心处，浔江航道为II级航道，航道繁忙，来往船只多，且平台到浔江航道最小距离仅153m；平台处于深水区，设计高水位时水深达到22.7m，且度汛或上游开闸时设计流速达到2.04m/s；因此安全风险高。设计水流速度达到2.04m/s，且覆盖层为细砂，极易被冲刷；中塔水上平台部分覆盖层较薄，且须打入强风化岩层3m以上；考虑后续钢吊箱壁体宽度及预留操作空间，沉桩时需严格控制精度；故而沉桩施工控制难度大。平台施工期间使用频繁，使用周期较长，且荷载较大，对平台稳定性要求高，安装精度、焊接质量要求高。中塔施工在本项目关键线路上且为关键工作，水上钢平台是中塔能够尽早开工的关键，故而工期紧张。 

桩基钢护筒下放

施工运输条件差，施工进场利用浔江南北岸新建道路进行运输，大型材料通过浔江水运至施工场地，以满足基本材料、设备运输需求。中塔桩基水深达到18m，钢护筒下放垂直度要求高，施工控制难度大。桩基江底面无覆盖层为岩层，钢护筒沉振施工难度较大。

钢吊箱制作

钢吊箱外直径38.6m，内直径35.6m，加工过程中对于施工精度控制较为困难，底板加工过程中桁架拼装和焊接变形较大，施工中对变形控制要求较高；钢吊箱壁体分块加工完成后进行分块总拼时拼装变形和拼装精度要求较高；钢吊箱为薄壁结构体系，焊缝长度长，对水密性要求高，施工中对焊缝质量要求高；岸上拼装钢吊箱整体最大高度15m，作业高度高，吊装过程中分块之间的对接精度控制较为困难。

钢吊箱下放

中塔钢吊箱总重685t，受下游航道限制，大型浮吊船无法入场，吊箱采用6+9m的分节模式进行吊装，单重最大440t；水中承台位于Ⅱ级航道中，中塔所在位置水深在 18m左右，上下游行船量大，水上交通组织风险较大。

为解决中塔江底河床裸岩无覆盖层问题，我们在水上平台沉桩及桩基钢护筒下放的施工工艺及机械设备等方面进行优化创新。对于锚碇基础采用大直径桩基+铣接头的墙式基础，在桩基钢筋笼制作、二期成槽施工过程中对线性和垂直度进行控制的措施。对中塔承台钢吊箱现场制作中尺寸和钢板焊接质量进行优化。

中塔水上平台钢立柱在加工场加工处理，通过运输船运输至施工水域。钢立柱采用120t起重船配合冲击锤沉设，就位后及时采用80t起重船安装平联、主横梁、主纵梁、桥面结构及附属设施。待平台上部结构及面板安装完成后，进行锚桩钻孔施工。钢立柱沉放施工过程中，沉桩难度主要由立柱入土深度、地层特性及立柱直径决定，经分析，沉放直径Ф1200×14钢立柱对振动锤要求较高。根据设计图纸可知中塔水上平台Ф1200×14钢立柱最大入土深度≥8.5m，嵌岩深度≥3.5m，且据现场勘查，中塔江底河床与设计不符，无覆盖层为裸岩，原计划选用振动锤改为冲击锤。为保证钢管桩位置和倾斜度，在起重船前端设计导向架，使钢管桩可以在江中竖立，进而使用冲击锤进行沉桩，在沉桩过程中，安排一名技术员对钢管柱每一锤进深进行记录观察，判定钢管桩是否达到入岩要求，和钢管桩底部是否卷边，确定沉桩结束，及时焊接临时平联，依照此法进行剩余钢管桩施工。

钢护筒规格选用

根据地勘数据显示，中塔区域的岩层主要为碎块状强风化粉砂岩，节理裂隙很发育，岩体极破碎，为中风化岩夹强风化岩互层；中风化粉砂岩，节理裂隙发育，岩芯较破碎，岩质较软，其饱和单轴抗压强度值22.6～74.4MPa,平均50.1MPa,标准值为47.4MPa;微风化粉砂岩变余砂质结构，变余构造，节理裂隙发育，岩芯较完整，局部较破碎，岩质较硬，其饱和单轴抗压强度值40.7～88.7MPa,平均64.6MPa,标准值为61.0MPa。

中塔共设置14根大直径钢护筒，单根长度为29m,内径为380cm,壁厚为2.5cm;钢护筒顶口外侧设置0.6m长的加强箍、底口外侧设置1m长的加强箍，加强厚度均为2cm。

冲击锤型号选用

为了保证钢护筒底口的刚度，采用2cm钢板进行贴焊加强，此时钢护筒底口与河床接触的面积为543574mm2,为了能够将裸露的中风化粉砂岩压碎，则按照F=P×A,P=75MPa带入可得，F=4.1×10·kN,假设贯入度为0.01m,不计管壁下沉时所受的摩阻力，按照1.5倍的放大系数考虑可知所需的冲击能量为611.52kN·m,通过对市场常规的冲击锤进行选型，拟选用YC-50液压冲击锤。

钢护筒垂直度与精度控制

导向架由HM588×300mm型钢制作而成，导向架高5.0m,立柱由双拼HM588×300mm型钢组成，顶部平面尺寸为8.0m×3.95m,导向架共分两层，第一层在2.5m处焊接一周HM588×300mm型钢，焊接尺寸为3.95m×3.95m,第二层为HM588×300mm型钢直接焊接在平联管上，形成矩形框架，提前将钢护筒所在位置对应导向架的底座采用加劲板焊接在钢平台上的HW900×300mm型钢加固，第二层HM588×300mm型钢与平联管焊接牢固，加劲板焊接时注意要易于拆除并能够周转使用，严格控制导向架的垂直度和平面位置，导向架安装精度中心偏差2cm,导向孔倾斜度不大于1/150。导向架角点位置设置4个导向轮，可通过导向轮调节护筒平面位置，提高了钢护筒下沉时的精度。利用导向架作为钢护筒的稳定装置和调节装置，采用加劲板将第一节钢护筒临时固定在导向架上，解除上部吊点，同理利用浮吊起吊第二节钢护筒进行钢护筒接长，浮吊缓慢落钩使钢护筒沿导向架自由下落，在刚接触河床底时，检验钢护筒的垂直度和平面位置，通过浮吊和导向架侧边提前放置的QL20T螺旋式千斤顶进行微调，满足要求后将钢护筒与导向架再次临时固结。

导向架示意图

钢护筒冲击下放

缓慢落钩直至浮吊船钢丝绳不再受力，再利用浮吊船将提前准备好的冲击锤吊起，将冲击锤落于钢护筒上方，割除护筒于导向架之间的临时连接，开启冲击锤，先减小冲击频率进行下沉，确保钢护筒稳定入岩，然后再连续锤击下沉，护筒沉放过程中浮吊大钩应保证处于松弛状态，防止在出现夹层地质是出现“掉锤”现象。护筒锤击过程中应随时观测导向结构是否有变形，并根据测量值进行调位，保证护筒平面位置和倾斜度在允许范围内，严禁盲目下沉。当护筒沉放至设计标高时，停止下沉，将冲击锤吊离护筒，护筒顶口应当高于水上钢平台30cm左右，并将多余钢护筒割除，割除后及时设置围挡和标识标牌并采用提前制作的钢板盖封盖。

冲击锤冲击图

浔江大桥主桥桩基属于大直径桩，在钢筋笼制作中线性控制难度大；旋挖钻机、双轮铣槽机穿越多样地质层，不均分布有素填土、粉质黏土，强风化岩、中风化岩及微风化岩，穿越强度由素土递增至134MPa，设备进尺困难及受力不均，易发生偏斜现象，从而造成精度无法达到设计要求1/400。

锚碇钢筋笼线性控制技术

桩基钢筋笼在钢筋加工厂采用“长线匹配法”分节加工制作，主要包括骨架制作及箍筋、保护层垫块、声测管、吊耳等安装。考虑钢筋定尺长度和运输条件，为尽量减少钢筋笼接头数量，钢筋笼标准节段长度取12m。圆形钢筋笼胎架用12mm厚的钢板制成弧形卡板(其弧面直径为钢筋笼主筋外径),每隔2m设置一块卡板，按主筋位置在卡板上作出支托主筋的半圆形槽，胎架长度较桩基长度长2-4m左右。胎架采用膨胀螺栓与地面连接，胎架位置用带线法控制布设，使胎架弧面中心沿钢筋笼纵向方向在一条直线上，胎架面与钢筋笼纵向中心线保持垂直，然后用水准仪对胎架的标高进行调平。

利用胎架高标控制钢筋笼线性，制作钢筋笼时，从顶节向底节开始匹配。钢筋下料前，根据钢筋笼分节长度和钢筋原材的长度作出合理化钢筋配料单，配料单须主管技术员签字确认无误后方可实施。

钢筋笼胎架

锚碇桩基垂直度控制技术

从机械组件及运作方式角度分析精度偏差，根据钻机自身特性，统一钻机站位方向，即预判桩孔偏移方向一致，提高桩墙咬合精度，对后期墙施工提供可控偏差信息。从入岩进尺方式分析精度偏差，采用多直径钻头进行分级成孔，进尺直径小于成桩直径，在进尺偏差后，可由大直径钻头进行修正，有效保障最终成孔精度，且不造成孔身永久性变化。从钻具改型方式分析精度偏差，对钻筒进行加长改装，由筒身进行成孔辅助导向，现场钻筒高度由3m加长至4m，增大钻筒与上部孔位接触范围，达到“以上导下”的垂直度控制效果。采取随测随纠控制措施，在更换钻头及分级扩孔间隙期间，通过超声检测设备对既有的钻孔进行垂直度检测，获取直观数值，确认偏差范围，在后期扩孔施工过程中对问题区段进行纠偏，实现钻进过程、垂直度修正的可视化施工。

加长型钻筒

随测随纠施工检测谱图

主墩承台钢吊箱施工工艺采用分块制作、分块拼装、整体分节后分节下放的施工工艺进行施工。钢吊箱由两个部分组成：底板与壁板。壁板高15m，分为两节，首节高6m，次节高9m；壁板由12个分块组成，12个分块分26°、30°和36°。

钢吊箱底板焊接制作

钢吊箱底板由面板和型钢骨架组成，面板采用6mm钢板，钢吊箱型钢骨架采用主梁HN400×200和次梁HN200×100焊接而成，焊接次梁时计划合理采用在HN200×100焊接而成，焊接次梁时拟在上方放置水平尺，来保证焊接接头处底板的平整度，同时对于隔断的主次梁焊接时采用带线法进行主次梁之间的焊接以保证底板骨架的线性。型材间采用气体保护焊焊接。在底板焊接前，下放提前放置HM588×300型钢，作为找平支垫以及底板下部的焊接操作空间。

放置HM588×300型钢空出焊接操作空间

钢吊箱壁体焊接制作

钢吊箱共分两节段，共24分块，其制作拟委托专业厂家在岸边加工场实施，下料完成的钢板、角钢、竖向次梁 、环板和水平横撑统一在胎架上组拼，控制其圆弧线型。外壁板下料制作，钢板进场时，在号料前需对变形的钢板、角钢进行矫正处理，消除变化；竖向次梁采用角钢 L70×6，制作完成后与外壁板焊接，焊缝连续饱满；进行环板下料制作，同时将水平横撑焊接于环板上形成整体，统一按设计间距与外壁板进行焊接；环板安装完成后，进行隔舱板与内竖向次梁安装、焊接。随后进行端板和内壁板焊接；内壁板焊接完成后，把壁体翻身，补完全部焊缝。

壁体胎架

钢吊箱壁体拼装

在钢吊箱底板上标示出壁体面板边线，在壁板内外侧提前焊接定位角钢，将壁体吊放至底板上完成壁体初步定位，再通过撬棍及千斤顶等辅助工具精确调整壁体的平面位置，通过汽车吊的起吊调整壁体垂直度，并在花篮螺丝两头分别焊接，临时斜撑进行壁体垂直度调节。

定位块就位后，即可吊装第二块。吊装第二块时，先将其摆放在距离定位块50mm的位置，然后测量其壁板上定位线与底板上安装线的距离，以确定切割余量，当割除余量后将其向定位块拉拢对接。竖缝焊接时，采用在竖缝侧边提前按照1.8m的间距焊接牛腿作为竖缝的操作平台，平台上满铺设钢跳板，牛腿间距为1m,并在平台侧边设置爬梯，作为竖向通道，平台及通道可多次周转施工，第二块安装完成后，按此方法依次吊装其他块体。

壁体拼装

钢吊箱下放安装

钢吊箱总高度15m，首节高度6m，次节高度9m，设计吊装重量：首节为440.0t，次节为265t，钢吊箱采用660t浮吊船进行整体吊装。

钢吊箱吊装前，提前与海事部门联系，办理水上施工相关手续。

先将钢丝绳两端销栓在钢吊箱的吊耳上，再将钢丝绳栓挂在起重船的主吊钩上。8根起吊钢丝绳全部安装后，再次检查各吊点销轴，合格后起吊钢吊箱。选择良好气象条件时吊装钢吊箱。现场浮吊抛锚定位后，当钢吊箱中心位置与设计中心位置大致对齐时，停止移动起重船。缓慢下放钢吊箱，使其平稳通过钢护筒上的导向装置，导向装置可选择在对角的两根钢护筒上焊接。继续下放钢吊箱，并派多人检查吊箱底板开孔与护筒相对位置，确保钢吊箱顺利吊放到设计标高。

达到要求后将钢吊箱落放到位，首节钢吊箱下水后，入水约2.3m时达到自浮状态，可采用在对角设置四个手拉葫芦在钢护筒和钢吊箱之间进行精确调整钢吊箱平面位置，并及时与钢护筒及钻孔平台临时固定，钢吊箱挑梁结构采用水上钢平台履带吊进行拼装，吊放钢护筒顶部的牛腿上，及时进行挑梁与钢护筒间的焊接，做好钢吊箱临时加固施工。

660t浮吊吊装钢吊箱