庄心善，吴镜泊，彭伟珂(湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北武汉　430068)



武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔施工技术

庄心善，吴镜泊，彭伟珂
(湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430068)

摘要:鹦鹉洲长江大桥主桥长2 100 m，采用(200 + 2×850 + 200)m三塔四跨钢板结合梁悬索桥。1#塔墩位于汉阳江滩护坡上，地表标高12.0～21.0 m，高差起伏较大，基础施工对岸坡影响大，采用了“前排桩+锚杆”的结构形式以保证大堤稳定。1#墩基础采用44根直径2.0 m钻孔灌注桩，钻孔深度超过80 m，采用筑岛、双排防护桩施工方案。1#塔塔柱高达126.2 m，截面尺寸大、混凝土方量大，施工采用爬模分节段施工。1#墩钻孔桩施工、围堰施工与岸坡防护的相互配合、承台大体积混凝土浇筑控温等均是本工程的施工重点与难点。

关键词:大堤稳定钻孔灌注桩爬模分节段施工

1　工程概述

1#塔墩基础采用44根φ2.0 m钻孔灌注桩，桩基呈行列式布置:桩底标高为－68.50 m，桩长为75.0 m;桩底持力层为泥岩、破碎泥岩。承台为哑铃形，平面尺寸为67.0 m×28.0 m。承台顶标高为+ 12.0 m，承台厚5.5 m。为改善承台、塔底受力，在承台顶设3 m高塔座。承台采用C35混凝土，钻孔桩采用C30水下混凝土。1#塔采用钢筋混凝土框架结构，全高126.2 m，由塔座，上、下塔柱及上、下横梁组成。横桥向为门式框架结构，两塔柱间的横向中心间距:塔顶为36.0 m，塔底为39.0 m，横向呈1∶84.13的坡度。塔柱为箱形截面，横桥向尺寸为5.0 m。纵桥向尺寸从顶面7.0 m变化到塔底9.0 m。下塔柱与中塔柱保持一致，其中塔柱为钢筋混凝土结构，上下横梁为预应力混凝土结构。

2　 1#墩基础施工

2.1 1#墩基础施工方案

1#墩采用先平台后围堰［1］的总体施工方案。1#墩位于汉阳江滩坡脚处，覆盖层较厚，河床面自江中心向岸边逐渐提升，墩位处河床面的顺桥向标高变化较大。因此在施工过程中采取以下措施:在1#墩施工开始前，对大堤边坡进行防护，以保证其稳定性;及时清理河床，以保证施工船舶在枯水期所需的吃水深度;采用筑岛+钢平台［2］的施工方案，进行钻孔施工。墩位处覆盖层以砂层为主，采用旋挖钻机钻孔成桩;由于中砂层较厚，给钻孔桩施工带来一定的困难，故采取钢护筒定位固壁，优质泥浆护壁施工［3］。承台采用钢板桩围堰施工［4］，钢结构平台作为钢板桩插打平台，插打钢板桩，清基封底，抽水施工承台［5］。1#墩基础平面布置如图1所示。

图1　1#墩基础平面布置(单位:cm)

2.2 1#墩大堤防护

1#墩位于滩坡脚边缘处，距离长江大堤较近，且江滩边坡标高变化高达9 m，因此基础施工开始前先需对长江大堤进行防护，以确保长江大堤和基础施工的安全。

大堤防护是为了防止基础施工过程中大堤的坍塌，防护结构采用“前排桩+锚桩”［6］相结合的结构形式。前排桩中心与1#墩承台中心的水平距离为20 m，前排桩设置在江滩公园的二级平台上，桩顶标高+ 20.8 m，桩顶设置1 m厚胸墙。锚桩中心距前排桩中心25 m，锚桩桩顶标高+ 26.0 m，桩顶设置1 m高胸墙，前排桩胸墙与锚桩胸墙间采用钢绞线对拉。大堤防护布置见图2。

图2　大堤防护布置(单位:mm)

2.3 1#墩钻孔桩施工

1#墩墩位处覆盖土层厚为70.8～78.4 m，主要土层有粉砂、中砂、粉土、圆砾土和黏土。基岩为泥岩，岩石总体较完整，岩质较软;局部受断裂构造影响，岩石破碎，裂隙发育，岩石多呈碎块状，质软，手可掰断。考虑以上因素，选用2台XRS-1050旋挖钻机进行1#墩钻孔桩基础施工。

2.3.1平台施工

由于工程施工正处在长江枯水季，具备筑岛施工条件。先对围堰范围及边坡表面片石进行清理，沿江滩坡面修筑“之”字形施工便道，在墩位处填土筑岛，岛面标高+ 17 m。筑岛施工需严格分层填筑并碾压，分层厚度≤30 cm。使用履带吊配合旋挖钻机的方法进行钻孔作业。为防止长江涨水将岛淹没，可将岛面标高加至+ 18 m。同时，在部分桩基内插入支撑钢管，利用钢管接高搭设施工平台，此平台作为钻孔作业应急备用平台和吸泥封底施工的钢平台。

2.3.2钢护筒插打

钢护筒在工厂制造，运输至工地插打。钢护筒共44根，直径2.3 m，顶面标高+ 17 m，底标高－8 m，单根长25 m，护筒两端及中部焊装加强套环。在围堰周边插打钢管桩作为围堰吊挂支撑桩和安全防护桩。

2.3.3钻孔、成桩

采用2台XRS-1050旋挖钻机钻孔，分22个循环钻孔。旋挖钻机安装必须稳定，岛体必须排水畅通，且岛面必须铺设钢板。钻孔采用泥浆护壁成孔，泥浆采用膨润土、火碱以及纤维素混合而制。在泥浆池中用搅浆机将泥浆搅拌好后，泵入孔内，旋挖钻均匀缓慢钻进。

2.4承台施工

2.4.1钢板桩围堰施工

运用钢板桩围堰施工1#墩承台，承台底标高为+ 6.5 m，最大抽水水位为+ 22.0 m，最大抽水水头为15.5 m。采用抗弯模量为2 700 cm3的SX27型钢板桩，钢板桩长为27 m，设置2道内支撑和圈梁。底层圈梁采用1.0 m×1.2 m焊接箱梁;顶层圈梁采用2HW 588×300型钢。由于圈梁尺寸较大，而承台边与桩基的净距较小，因此钢板桩围堰距承台边间距设定为1.25 m。

钢板桩组拼前，选择、整修钢板桩，将长度相同的每3块钢板桩套连成组，同时将沥青、黄油混合物嵌入锁口内。检查钢板桩两边锁口，用弧形夹箍将钢板桩夹成与内导环相符的弧度;最后用竹竿塞棉絮后，外面再涂1道桐油灰或防水油膏处理钢板桩组锁口［7］。

将牛腿焊接在钢护筒上，以安装顶层圈梁和内支撑作为钢板桩插打导向，并作为钢板桩围堰直接承受钢板桩传来的水、土压力的支撑。

钢板桩合龙后，采用高压水枪配合泥浆机，利用2 台80 t履带吊机和1台塔吊，清理围堰内基底面至设计标高，再进行围堰内混凝土封底。采用水下混凝土对围堰封底，待封底混凝土强度达到设计要求后，开始抽水，抽水完成后，拆除钻孔平台。

2.4.2承台施工

1#墩承台混凝土为C35，混凝土量7 274.2 m3，按照大体积混凝土施工工艺施工［8］，须按规范或设计要求采取保温和降温措施。浇筑承台，由承台实际尺寸与围堰平面定位误差确定立模位置。按设计要求分2次浇筑承台混凝土，第1层3.0 m，第2层2.5 m。承台布置如图3所示。

图3　承台布置(尺寸单位:cm;高程:m)

由于承台一次性浇筑约4 000 m3混凝土，水化热较高。为控制承台混凝土内部因水化热引起的绝热温升，防止因混凝土内外温差过大而产生裂纹，施工中必须采取如下措施保证承台混凝土浇筑质量。

1)合理选择原材料，优化混凝土配合比

选用水化热较低的水泥。采用级配良好的5～25 mm碎石，减小针状、片状、石粉含量。选用优质中砂，含泥量＜1%。在混凝土中掺入Ⅰ级粉煤灰，从而减少水泥用量;在承台混凝土中掺用高效减水剂，延长初凝时间，满足混凝土设计强度，延缓水泥水化热峰值出现的时间。混凝土坍落度应控制在18～20 cm，和易性好，不泌水，利于泵送。

2)埋置冷却水管

通过冷却水管的循环冷却水，经热交换作用，由循环水带出混凝土体内水化热产生的热量，降低混凝土内部的温度，以减小内外温差。冷却水管进口设有调节流量的阀门，冷却水管安装后，进行通水压力检验，以免渗漏。每层循环冷却水管被浇筑的混凝土掩盖并振捣完毕后，即可在该层循环冷却水管内通水。一般情况，冷却水的流量越小，则进出水的温差越大，出口水温度越高，这将会影响冷却水和混凝土的热交换，使带出的热量减少。因此，要通过水阀，调整循环水流量，并作好进出口水温记录。

3)分层浇筑

混凝土应水平分层、斜向分段浇筑，从而增大散热面积，延长浇筑时间，使混凝土部分热量充分散发到空气中。

4)降低混凝土入模温度

水泥水化热的绝热温升、浇筑温度、结构物的散热温降等温度的叠加会影响混凝土的内部温度。因此，可在混凝土中加冰块或选在低温时段拌制混凝土，从而降低入模温度，达到控制混凝土内部温度的效果。

5)保湿蓄热养护

蓄热养护可以减少混凝土表面的热量扩散，避免表面产生裂缝。保湿养护可以防止混凝土表面因脱水而产生干缩裂缝，并可使水泥水化作用顺利进行，从而提高混凝土的极限抗拉和抗压强度。

3　 1#墩塔柱施工

3.1塔柱施工方案

1#塔混凝土塔柱采用翻模+爬模的施工方案［9］，上下横梁均采用现浇支架施工。下塔柱内外模采用翻模施工，中塔柱、上塔柱内外模采用液压爬模施工。下横梁与塔柱之间采取异步法施工，即先施工塔柱，再单独施工下横梁;上横梁与塔柱同步浇筑施工。1#塔柱施工平面布置如图4所示。

图4　1#塔柱施工平面布置

3.2塔吊布置方案

1#墩塔柱在上、下游各布置1台300 t·m塔吊，同时辅以履带吊和200 t浮吊配合，满足塔柱施工的需要。

3.3液压爬模施工方法

液压自爬模主要分为模板系统、预埋系统、液压系统和支架系统4部分。液压自爬模的动力来源是本身自带的液压顶升系统，通过液压系统可使模板架体与导轨间形成互爬，从而使液压自爬模稳步向上爬升，液压自爬模在施工过程中无需其它起重设备，操作方便，爬升速度快，安全系数高［10］。

塔柱爬模施工工序:混凝土浇筑完毕→拆模后移→安装附属装置→提升导轨→爬升架体→绑扎钢筋→模板清理刷脱模剂→埋件固定在模板上→合模→浇筑混凝土。

3.4塔柱施工

1#塔塔柱共分21个节段施工，每个节段高6 m(第1和第21节高6.1 m)，爬模标准高6.15 m，采取上留10 cm下包5 cm浇筑接高。下横梁采用现浇支架施工，在承台上搭设钢管立柱+钢箱梁作为施工现浇支架。下横梁分2次浇筑成型，首次浇筑高4 m，第二次浇筑高3 m。上塔柱采用爬模法施工，每6 m一个节段。为保证塔柱线形，上塔柱需设置塔柱横撑，边塔上塔柱共设置4道钢管横撑，约20 m一道。上横梁采用现浇支架施工，在塔柱上设置预埋件，采用低合金钢军用梁作为现浇支架施工。

4　结论

鹦鹉洲长江大桥1#墩塔施工规模大，混凝土用量3.4万m3，钢材用量3 461.8 t。其结构复杂，工程质量要求高，且要考虑到洪水、航运、地质、周边施工环境等客观因素对施工的影响。施工过程中通过严密施工组织，合理配置施工设备，规范施工技术及施工工序，工程原材料严格实施先检验后使用原则，有效保证了1#墩塔施工的安全、质量和工期目标。

参考文献

［1］时一波，何少华，刘荣，等.武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩塔钢板桩围堰施工关键技术［J］.中外公路，2014(1):225-227.

［2］何树凯.跨江大桥水中基础施工方案设计［J］.世界桥梁，2014，42(2):52-56.

［3］林礼进.优质泥浆在旋挖钻孔灌注桩护壁中的应用［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2013，40(11):57-60.

［4］李迎九.钢板桩围堰施工技术［J］.桥梁建设，2011，41(2):76-79.

［5］孟凡超，王仁贵，徐国平，等.公路桥涵设计手册——悬索桥［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［6］周洪波，黄胜生.锚桩法单桩静载试验中群桩相互作用及误差分析［J］.岩土力学，2004，25(10):1613-1616.

［7］时一波.武汉鹦鹉洲长江大桥1#墩群桩基础施工技术研究［D］.长沙:中南大学，2011.

［8］夏其良.泥浆护壁混凝土灌注桩的施工及检测［J］.铁道工程学报，1995(1):112-118.

［9］蔡凡杰，胡厚兰.滑模与爬模施工工艺在桥梁高墩施工中的运用［J］.公路，2013(6):68-71.

［10］尹振君.黄冈公铁两用长江大桥桥塔液压爬模施工技术［J］.世界桥梁，2015，43(1):18-22.

(责任审编赵其文)

Construction Technology of No.1 Pier Tower of Wuhan Yingwuzhou Yangtze River Bridge

ZHUANG Xinshan，WU Jingbo，PENG Weike

(School of Civil Engineering＆Architecture，Hubei University of Technology，Wuhan Hubei 430068，China)

Abstract:Yingwuzhou Yangtze River Bridge，with 2 100 m main bridge span using(200 + 2×850 + 200)m，is a suspension bridge using three towers and four-span steel composite girder.T he 1#tower pier section is located on Hanyang marshland slope，with surface elevation 12.0 m through 21 m.T he great elevation difference has side effect，the construction of foundation affecting the slope.T hus，“front row pile + anchor rod”structure was used to ensure the embankment stability.1#pier foundation uses 44 2.0-m-diameter bored piles and the drilling depth is more than 80 m.Island was built and double-line protect piles were used.T he 1#tower is 126.2 m high，resulting large sectional dimension and concrete volume;thus，segmental climbing formwork was used.T he cooperation of the 1#pier bored piles construction，cofferdam construction and slope protection，and temperature control in mass concrete pouring of the bearing platform are the keys and difficulties of the project.

Key words:Embankment stability;Bored pile;Segmental climbing formwork construction

作者简介:庄心善(1964—)，男，教授，博士。

基金项目:湖北省教育厅自然科学基金(D20081408)

收稿日期:2015-10-19;修回日期:2015-12-22

文章编号:1003-1995(2016)03-0050-04

中图分类号:U443.38

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.12