裸岩条件下双壁钢围堰水下爆破、着床及封底施工技术

　　[摘要]桥梁深水基础水中墩的低桩承台嵌入岩层达4～5m的条件下，采用水下爆破、水中清碴、双壁钢围堰着床和封底施工技术。文中重点介绍了水下爆破方案的设计方法，用浮箱组装爆破作业钻孔平台，水下钻孔施工工艺，安全引爆方法，清碴设备组合，钢套箱下沉着床及混凝土封底，最终保证了质量与工期。
　　[关键词]双壁钢套箱，水下爆破，水下清碴，下沉封底
　　1、工程概况
　　杭长铁路客运专线牌头浦阳江特大桥，位于浙江诸暨市境内，大桥于DK81+035.83处跨越浦阳江，跨江采用（48+3×80+48）m连续梁+5×32m简支梁通过。186#～192#墩与水流方向夹角为120，位于10m的深水中。经现场踏勘，流量Q1%=2102km3/s，流速V1%=3.0m/s，测时水位11.5米，下游2千多米处有一坝顶标高为10.94米混凝土拦水坝。承台处河床覆盖层不到1米，覆盖层以下为弱风化砂岩。
　　186#～188#墩设计是低桩承台，承台为两层，高5m，承台底均已嵌入基岩达4～5m。
　　2、承台施工方案的选择
　　深水施工承台一般有五种方法，一是钢板桩围堰，二是双壁钢围堰，三是钢吊箱，四是钢筋混凝土围堰，五是筑岛围堰。因桥址处河床覆盖层只有不到一米，钢板桩围堰中钢板桩无法生根，该方案不可行；钢筋混凝土围堰因水深太大，要筑岛，工程量大，且封底困难，该方案也不可行；水深大，填土筑岛方案不可行；钢吊箱方案适合高桩承台，不适用本桥；双壁钢围堰通常用于深水桥墩水下基础施工，所以经方案比较，本桥承台施工方案选定为双壁钢围堰。
　　3、本桥的基础施工特点
　　本桥深水基础施工与一般深水基础施工的不同点和难点在于本桥址处由于基本没有覆盖层，承台嵌入岩层4～5m，双壁钢围堰着床处于裸岩上，裸岩存在表面不平整，钢围堰下沉刃脚与裸岩间缝隙较大，水下封底无法完成。钢围堰下沉前需对承台处河床进行挖除，挖前需进行水下爆破。而有普通的双壁钢围堰因有较厚的覆盖层只需将加工的钢围堰浮运至桥址处后下沉即可。另一不同点在于裸岩下的双壁钢围堰下沉到位后，存在封底不彻底，可能漏水的问题，而这是本桥和类似桥梁深水基础钢围堰施工成败的关键技术。
　　4、水下爆破施工
　　4.1钻孔作业平台
　　钻爆作业平台本着因地制宜，用6节标准浮箱组成一个面积27m×8m的平台，中间留4m空挡。
　　4.2爆破方案设计
　　4.2.1选用的炸药与器材
　　(1)炸药选用防水性能良好的乳化炸药,用Φ90mm硬质塑料壳包装;
　　(2)雷管为非电雷管,用环氧树脂灌封后，再用防水白粘胶布密封;(3)起爆网络采用孔内高段位、孔外
　　低段位毫秒微差复式起爆网络，以确保传爆的准确性。
　　4.2.2装药量计算
　　（1）主要计算参数
　　孔径：D＝100mm，炸药直径为70mm；孔距：a＝1.9m；排距：b＝1.6m；超钻孔深：h＝2.0m；孔角：垂直；耗药量：0.8～1.0kg／m3；最小抵抗线为1.6m。
　　（2）单孔装药量
　　Q=qabH
　　q---单耗取1.1kg／m³a----排距取1.6m
　　b---孔距取1.9mH----炮孔深度取7m(含超爆)
　　经计算得到Q=23.408kg取整为24kg
　　（3）一般爆破飞石安全距离计算R＝20n2W（m）
　　式中：n—爆破作用指数；W—最小抵抗线（m）；R—飞石距离（m）。
　　本工程取用n＝1，W＝1.60，计算得R＝32m。
　　此计算值说明飞石不会到达离爆点最近的50m民宅。
　　4.2.3爆破方法
　　（1）起爆网络采用复式非电起爆或导爆索起爆，为了确保每个孔的准爆，每孔装2发非电雷管；
　　（2）每钻完1排孔后，立即装药，并引出导爆管至平台上，钻孔进度及爆破量可根据当日成型孔数量作适当调整；
　　（3）钻完每炮设计工作量后即进行联线；
　　4.3钻爆作业及技术措施
　　（1）工艺流程
　　锚定钻孔作业平台—→移机就位—→确定孔深—→套管护孔—→钻孔—→成孔冲洗—→测量验孔—→连续装药—→连线—→平台撤离—→起爆—→解除警戒—→下一循环。
　　（2）钻孔施工
　　施钻时必须按要求钻到计算深度，以避免二次钻孔爆破，钻孔除设置有一定的超钻深度外，在钢围堰外围还应拓宽1.5m～2.0m的开挖量，以保证沉箱的工作面。
　　采用垂直钻孔作业，钻孔选用4台KSZ－100型潜孔钻机。为确保一次性钻爆开挖达到设计深度，采取超钻深度1.5m，总的钻孔深度从水面以下为12.5m左右。当第一排孔钻进到设计标高后移动钻孔作业平台，进行第二排钻孔。一般每钻完5排即20个孔，进行一次爆破。
　　(3)装药
　　每钻完一排孔后，将炸药装入钻好的孔内再进行下一排孔的钻进。在水中爆破瞎炮率较高，为避免产生瞎炮，每个炮孔采用多点起爆，在炮孔的底部、中部各设一个起爆点，每个起爆点放二枚雷管，并注意在同一孔中用相同段别的同批雷管。
　　(4)联线
　　导爆管放置在水中浮胎，使其稳定地飘浮在水面上，并将同排的导爆管绑在一起，按照“从后到前的顺序”将轮胎上的导爆管用同段非电雷管连接起来。
　　(5)起爆
　　用导爆管并串联网络，采用1段非电雷管将各个炮孔内雷管连接起来。
　　炮炮孔布置示意图
　　5、清碴作业
　　清碴彻底是钢套箱下沉就位的重要工序，实践证明，如清碴不彻底，水下砼封底就可能因漏水而施工失败。一般大的江河清碴采用长臂挖机配合驳船进行施工，但本桥处河水因有拦水坝，驳船无法驶入。经反复讨论和研究采用28m长臂挖掘机配合装碴船进行清运。挖掘机的操作平台采用八节标准舟连接成整体，然后在四个角下锚定位。为解决操作平台的稳定性问题，在平台中间节灌满水，以降低重心。在靠近栈桥一侧清碴时，通过打入钢管桩与栈桥连接来保证其稳定。
　　钢套箱内清基是为了使水下封底混凝土与基岩面结合紧密，避免出现夹砂层，防止透水现象发生。清基时可利用潜水员在水下探摸找平，对高差较大或局部有大块石处作出标志，以便于二次清理，待清基到达高程后，则可对箱壁外围进行水下封堵，保证水下混凝土封底质量。
　　6、钢套箱的下沉着床及封底
　　（1）双壁钢套箱基本构造
　　3个水中墩的承台尺寸均为11m×15m，长宽比例基本相近，决定采用圆形钢套箱，内径20.5m，壁厚1.0米，根据现场测量到的11.5m水位，钢套箱顶部标高按13.0m考虑，钢套箱底部标高为-2.0m，钢套箱全部高度为15m，分成三节，各节高度从下往上依次为4.5m、5.0m、5.5m，每节分8个隔舱。钢套箱内外壁之间采用∠56×36×4mm角钢，竖肋采用∠75×50×8mm角钢。钢套箱总重为155t。
　　（2）钢套箱下沉着床后的情况
　　钢套箱下沉着床是围堰施工的一道重要工序，着床后的位置偏差和倾斜率对钢套箱的设计高程与质量都有重要影响。本桥钢套箱是采用隔舱内对称灌水下沉，由于桥位处于漫水区域，基本没有多大流速，加之水下爆破及清碴做到一次性到位，使得钢套箱的下沉着床条件较好，通过在隔舱内灌水调平就能准确着床。
　　（3）封底前的准备工作
　　钢套箱水下混凝土封底厚度根据计算定为2.5m。为确保封底成功，需提前做一些准备工作：一是钢套箱外侧封堵。由于钢套箱刃角部分着床后一般不是很密贴，会造成封底混凝土从缝隙溢出钢套箱之外，这种情况需采用编织袋装砂土堆放在钢套箱外侧进行封堵；二是钻孔桩钢护筒封堵。为了防止封底混凝土流入钢护筒，在钢护筒内填粘土夯实，收到较好的效果。
　　（4）封底混凝土灌注
　　2.5m厚的封底混凝土采用分两次施工，第一次封底厚度控制在1.5m，然后根据封底情况再进行第二次不小于1.0m封底。因封底混凝土灌注数量大，面积也大，采用了泵送多点导管同时浇筑的方法。为了提高混凝土流动性和延长混凝土的初凝时间，在混凝土中掺入适量的缓凝型减水剂（30小时缓凝时间）和粉煤灰。灌注封底混凝土的顺序是根据测绳测到的情况，先从爆破后的低凹处开始，遵循先低后高的原则进行灌注。
　　注意事项:一是每隔一段时间测量混凝土顶面标高，告知现场值班技术员，以指导导管提升及下料；二是灌注的混凝土要均匀上升，以免造成混凝土面高低偏差过大，同时避免导管埋置过浅而出现悬空的情况；三是混凝土浇筑终结时，将混凝土表面整平；四是多备用导管提升装置，防止混凝土堵管。
　　7、主要人力设备及效率
　　各道工序时间、所需要的主要设备及效率表
　　作业内容 数量 人员 效率 使用的主要设备
　　钻孔爆破 278孔 10 20孔/天 潜孔钻4台，作业平台1个，机动舟1艘，锚机4台。
　　水下清碴 4000m³ 3 200m³/天 25米长臂挖机1台，装碴船1台（25m³），平台1个，锚机4台，机动舟1艘
　　潜水员探摸清基  6 3天 25米长臂挖机1台，装碴船1台（25m³），平台1个，锚机4台
　　套箱下沉到位  6 1天 水泵4台
　　平台搭设、埋设钢护筒  20 10天 浮吊1台，浮体1个，吊车1台
　　封底  12 2天 导管3套
　　8、结束语
　　在深水低桩承台深入基岩较大的情况下，选择水下爆破，并一次性爆破清基到达设计标高，加快了钢套箱的下沉及着床后的稳定，其综合效益是较好的。
　　施工过程中有些经验教训：一是188#墩开始爆破时，炮眼上方留1.5m空孔没装药，清碴的过程发现最上面石块很大，经改进后效果很好；二是对186#墩离民房只有50m距离，开始只使用4个段别，振动大，振速大于3cm/s，不能满足要求，经增加至6个段别，振动小，没有破坏民房；三是清碴的抓斗要尽可能大和配置较大的作业平台和运碴船，这样平稳又快；四是水下清碴要确保一次到位，否则会给钢套箱下沉着床造成困难。

《裸岩条件下双壁钢围堰水下爆破、着床及封底施工技术》

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