南京市赛虹桥立交交通枢纽工程B1标主墩基础施工概述
2009-09-28
南京市赛虹桥立交交通枢纽工程位于南京市主城南部，为南京市年度重点市政工程，总投资近三亿，是江苏省在建最大规模城市立交桥。随着南京市城市建设的迅速发展，南北交通“瓶颈”问题也日益突出，该项目的建成可极大缓解城市交通压力，同时给富有深厚文化底蕴的南京古都增添了一道新的人文景观，并注入新的经济活力与发展契机。 南京市赛虹桥立交交通枢纽工程B1标工程由集团公司第四有限分工司承建施工。该工程是自九六年外秦淮河工程以来，四分工司再度进入南京市场，为此，公司对该项目选配了精干的项目领导班子，并依托公司本部，充分发挥资源优势，誓将通过该工程在南京树立良好的企业形象与信誉。 赛虹桥立交B1标为立交桥北段工程，区内建筑密集，企业众多，地理位置复杂。其中跨秦淮河段四座桥梁与既有凤台桥毗邻平行，桥梁孔跨布置同既有凤台桥，主墩均位于秦淮河河道内，秦淮河段地貌属长江高河漫滩，水量、水位受长江倒灌水流的涨落控制，冬季枯水期水流流向由北向南流动，河谷呈宽缓的“U”字型。 赛虹桥立交B1标段中标伊始，即就跨秦淮河段桥梁关键控制点的施工制定了可实施性施工方案——搭设栈桥与施工平台进行水中主墩基础施工，并按施工方案将水中墩身基础施工用临时设施制造或筹备到位，然而桥址处实地探查发现的两根过秦淮河段主污水管线（管道轴线从其中一主线桥下穿过，上岸后继续向前延伸），导致水中主墩基础无法按既定施工方案进行施工。 既有过河污水管线影响水上施工的问题一经发现，即引起有关方面的高度重视，经专家多方论证，决定不迁移既有过河污水管，从设计上进行桥梁结构变更调整，即桥型设计由原三跨连续刚构变更为三跨连续梁（跨度45m+70m+45m），四座桥分离式承台变更为刚性联合承台基础，钻孔桩采取避让污水管线的原则进行变更设计，以解决过河污水管线影响施工的问题。桥型变更后的主墩基础施工主要参数为：主墩钻孔灌注桩桩径2.00米，每个主墩13根，呈梅花形布置，桩间最大间距10.40米，最小间距3.017米，刚性联合承台底标高提高至2.65米，即位于既有污水管线以上1.2米，承台尺寸（长×宽×高）：36.375米×9.20米×3.00米。 桥梁结构变更后，相对节省了投资，并对整个工程工期的影响减少，然而B1标的施工难度和风险增大，一是既有污水管线轴线25米宽范围的3米厚水下砼及片石污水管防护带，使原定的水上施工平台，栈桥及支撑定位桩无法插打，平台与栈桥无法搭设；二是河床下5米左右深的片石、砼层使水上钻孔桩钢护筒无法插打到施工标高，不仅使护筒难以稳定，而且对成孔带来难度；三是钻孔桩在穿过水下砼和片石防护层时有较大的施工难度；四是既有污水管主体部分在施工过程中的保护存在一定的风险性；五是相对原施工方案，施工投入加大。 为保证施工顺利进行，四分工司桥梁专家与工程技术人员进行技术攻关，经缜密研究与论证，决定在施工方案上进行调整，以克服污水管线与河床实际地质条件的影响。针对水上施工平台及栈桥无法在水中搭设问题，在充分考虑到秦淮河河道枯水期水流流速较小，通航要求较低等因素，采用工程铁驳组拼的浮式平台进行水中主墩钻孔灌注桩基础施工。针对主墩承台底以下既有污水管仍在继续使用的实际情况，及既有污水管不能承受承台及施工外来荷载压力的设计要求，水中主墩承台采用吊箱围堰的施工方法进行施工。 秦淮河为五级通航河道，为保证水中主墩基础施工作业面满足需要，向河道与航道部门申办了施工期间临时封航手续。浮式平台与吊箱围堰施工区域为既有凤台桥西侧60米长河道范围，区内主要布置两个浮式平台及两台50吨履带吊、两艘400吨泥浆船、6台250型旋转钻机等机械与材料，施工用电由南岸总电箱处接出。 水中主墩基础施工步骤与程序简述如下： 在河两岸埋设地垅，连同既有凤台桥的水中墩一起构成铁驳的锚碇，用φ27mm的钢丝绳与铁驳上的将军柱、搅关连接，组成浮式平台的定位系统，在平台联结安装结束并可靠定位后，插打钻孔桩钢护筒，钻机平台搭设，钻机就位，钻孔，清孔，下钢筋笼，灌注水下混凝土，吊箱围堰拼装，下放，混凝土封底，围堰内排水，凿除桩头，绑扎钢筋，浇注承台混凝土。 一、主墩钻孔灌注桩施工 水中两主墩钻孔桩施工的浮式平台分别采用两艘400吨工程铁驳组成，铁驳尺寸（长×宽×型深）：39.6m×9.6m×2.42m，平台联结系采用万能杆件，万能杆件在船体两端组拼，并与船侧进行焊接固定，钻机平台主梁组采用工字钢与角钢连接组成，每个浮式平台平面尺寸（长×宽）为：39.6m×29.6m，施工荷载按四台GPF-25型钻机及一般施工荷载0.2t/m2考虑，履带式吊机步设在一侧的400t铁驳上，吊机转盘中心距远侧孔位的工作半径为11.5m，此时吊机最大吊重Q=9t（吊臂长度24m~28m），满足远侧孔位钢筋笼和震动锤插打钢护筒的需要。 桥梁施工段河床断面为多年沉积淤泥层，层厚平均6米，水深浅，采用挖泥船进行施工范围的河道清淤工作，以保证枯水期最低水位满足驳船施工作业宽度与吃水深度的要求，浮式平台与护筒定位采用全站仪极坐标法放样与校核，船体定位锚碇稳固后，根据坐标放出桩位位置，吊放导向架于桩孔位置，导向架根据桩位定并与钻孔平台主梁组进行临时焊接，以保证导向架稳固。导向架由万能杆件与型钢及千斤顶组成，导向架高4.5米，在顶部与其下2米处分设4个千斤顶，以调节护筒位置与垂直度，钻孔桩钢护筒采用DZ90震动锤在导向架内按断面由西向东的施工顺序逐桩插打施工。整个插打钢护筒的过程中，无任何不良地质现象发生，实际地质情况与既有污水管线竣工图出入较大。钢护筒插打完毕，浮式平台定位并安放钻孔平台主梁组，钻机就位后正常施工。 浮式平台方案在钻孔桩施工中存在的问题与解决办法： 1．平台稳固问题。秦淮河受长江倒灌水流的涨落影响，日涨落潮两次，潮差约20—80厘米。秦淮河河水流速不大，但涨落潮的潮差较大，影响浮式平台的稳定，易导致钻孔桩偏孔、斜孔、卡钻与钻杆折断等事故的发生，为保证孔位准确、桩身顺直，平台四个方向的锚绳应均匀受力，并应设专人经常量测水位与浮式平台的定位情况，同时作好相应标记，以便施工过程观察，及随时调整浮式平台位置与锚绳松紧程度，确保偏差在允许范围之内。 2．水位问题。根据水文资料与现场实测数据，施工期间秦淮河最低水位标高3.0米，常水位5.0米，而由于实际水位与历年统计偏差较大，四个月钻孔桩施工期间历经枯水与涨水两个时期。枯水期时，浮式平台搁浅，护筒顶高出钻孔平台主梁组，主梁组有被顶起的不安全因素，此期间须割除高出段钢护筒，以便安全施工。涨水期时，水位涨幅较大，钢护筒须接高，期间潮差也随之增大，而为保证浮式平台正常使用，钢护筒又不能接很高，此时期钢护筒日淹没两次，导致施工分时段暂停，延误了工期并易导致塌孔、埋钻、穿孔等钻孔事故的发生。水位影响施工的问题，应采取提前预控的方法解决，即充分掌握水情变化规律，及时调整施工措施，合理按排施工时间与工序。 二、主墩刚性联合承台吊箱施工 主墩承台为矩形刚性联合承台，南北承台东侧均以凹槽型式侵入原凤台桥承台内。 主墩吊箱围堰施工受秦淮河汛期及水位影响，南北主墩分别加工制造一套吊箱围堰，吊箱结构主要由侧板、底板、内支撑系统、起吊及悬挂系统等四个主要组部分成，吊箱围堰东侧与原凤台桥以凹槽形式侵入。吊箱围堰按承台结构、现场拼装及起吊能力分块制作，侧板与侧板、底板与底板、侧板与底板块均采用螺栓连接。吊箱围堰尺寸：36.60米×9.30米×4.575米，一套钢制吊箱围堰总重133.222t,配套围堰沉放设施总重54.79t。吊箱围堰利用既有的钻孔桩浮式平台，直接进行吊箱结构的拼装、对位、起吊及沉放施工。即于承台位置在浮式平台上搭设拼装平台并组拼吊箱围堰，凿除钢护筒内桩顶标高以上多余砼，吊放临时支撑柱（φ5 5钢管桩）于桩顶，并用剪刀撑与护筒焊接，支撑柱上安放扁担梁，用导链控制吊箱的沉放工作。吊箱围堰沉放的吊点按沿承台长度方向布置5排吊点，每个吊点设置两个10t导链，总起吊能力200t ，一个吊点2×10t导链一端悬挂在扁担梁上，一端悬挂在侧板上。 考虑到施工区域段河道淤泥较深，河床面较高，吊箱围堰因淤泥与河底坚硬障碍物的阻力难以沉放到设计标高，及河道在吊箱拼装过程中的可能再次淤积，吊箱围堰拼装前，首先进行吊箱施工范围的河道清淤工作，清淤深度与范围须大于吊箱围堰下放标高与平面尺寸，以利吊箱下放。 吊箱围堰沉放时底板环形喇叭口与护筒对位准确,各吊点连接可靠后，提升导链，至一定高度拆除拼装平台，各吊点同步松拉导链进行吊箱沉放，并通过测量吊箱上口标高确定吊箱底部标高，达设计沉放标高后，及时将底板支撑杆与钢护筒、上梁与钢管撑杆进行焊接，以防底板堵漏后吊箱上浮。底板与护筒间的环型间隙采用灌注水下砼的方法进行局部堵漏施工，灌注水下砼时潜水工配合施工，以保证砼灌注质量。封堵后待砼达到一定强度后及时将吊箱围堰内积水抽干，并凿除高出底板及漫溢到底板的砼，焊接钢护筒四周连接钢筋及绑扎封底砼抗弯钢筋，浇筑厚度60厘米的封底砼，待砼强度达到100%时，拆除吊箱围堰临时支撑柱与扁担梁、支撑上梁和钢管撑杆，割除底板支撑、支撑脚及露出段钢护筒，进行承台施工。 主墩吊箱围堰施工的特点： 1．由于既有污水管与河床面的影响，吊箱下放深度受限，封底厚度减薄，为保证吊箱围堰封底质量，采取干作业法浇筑封底砼，以抵抗水的浮力与承台砼自重，由此增设了护筒与底板间防止吊箱上浮构造。 2．吊箱底面位于河床面以下淤泥层，钢护筒与吊箱间环行间隙充满流质淤泥，封底堵漏质量较差，抽水后仍有水从底板砼缝隙中渗流，附加采取堵漏剂堵漏的方法。 3．由于刚性联合承台侵入既有凤台桥承台，且既有桥承台底设有钢筋砼防护裙，新老承台间间隙仅为5厘米，且既有桥承台不可确定因素较多，吊箱体积大，沉放精度要求高。 4. 水位因素对吊箱的影响。吊箱围堰设计按低水位+4.5米与高水位+6.0米计算设计，而由于月度水位高出历史统计最高水位1.5米，导致吊箱围堰侧板接高，底板堵漏因水头压力大效果差，并额外增加了防止底板上拱与吊箱上浮的加强设施。 南京市赛虹桥立交交通枢纽工程B1标水中主墩基础施工，是四分工司水上浮式平台施工方法在内河上的首次运用，且其吊箱围堰施工因地理条件具有的独特特点，为类似桥梁的施工积累了一定宝贵的经验。
