浅谈山区桥梁嵌固式基础开挖施工

浅谈山区桥梁嵌固式基础开挖施工

杨康

中铁大桥局集团第五工程有限公司江西九江332001

摘要：嵌固式基础与以往的基础形式有所不同，一是消耗的材料少，二是对周边环境影响小。本文结合丽香铁路金沙江特大桥（国内首座铁路悬索桥）主塔嵌固式基础开挖施工实践，研究嵌固式基础在山区桥梁施工问题，优化施工工艺，提高工作效率。

关键词：嵌固式基础基坑开挖松动爆破

一、工程概况

金沙江特大桥采用三跨连续单跨悬吊上承式钢桁梁悬索桥，加劲梁三跨布置为（110+660+98）m，主缆三跨布置为（132+660+132）m，桥梁全长882.5m。

桥址大角度穿越金沙江深切峡谷，位于著名的虎跳石景点上游约3.1km。丽江岸陡，基岩多裸露，平均自然横坡约45°，主墩坡面约39°。香格里拉岸稍缓，近似为直线坡，平均自然坡度约39°，基岩零星出露，主墩以下覆土稍厚。

基础采用矩形空心截面，空心段壁厚4m，上下各设6m厚实体段。基础采用C40钢筋混凝土（共计39752m3），空心段回填C15混凝土（共计9719m3）。

丽江岸基础平面尺寸17×17m，左塔柱基础深46m，右塔柱基础深49m。

香格里拉岸基础平面尺寸16×16m，左右塔柱基础高均为43m。

主塔嵌固式基础每岸布置2个，均位于主塔下部。

二、施工工艺技术

嵌固式基础开挖采用机械开挖方式为主，在基础开挖前修筑便道或搭设平台至嵌固式基础附近，然后布置出渣门吊，同时进行嵌固式基础孔口锁口施工；嵌固式基础开挖按照设计要求进行开挖，每级开挖深度2米，每开挖一级加固一级。

2.1施工准备

2.1.1孔口防护

在进行嵌固式基础施工前，首先应做好孔口围护措施。井孔周边必须设置安全防护围栏，高度不低于1.2m，围栏须采用钢管牢固焊制，正在开挖的桩孔停止作业或已挖好的成孔，必须设置临边防护，非工作人员禁止入内。挖出的土方应及时运离孔口，不得堆放在孔口四周1m范围内，井口锁口上不得放置工具和站人。孔内作业人员必须头戴安全帽、身系安全带，特殊情况下还应戴上防毒防尘面具。利用吊桶运土时，必须采取相应的防范措施，以防落物伤人，电动葫芦运土应检验其安全起吊能力后方可投入运行。施工中应随时检查垂直运输设备的完好情况和孔壁情况。

2.1.2边坡监测

在嵌固式基础开挖过程中，必须对嵌固式基础上边坡进行监测，监测必须实时进行，当边坡变形数据超过设计允许值时，必须停止施工；

2.2逐节开挖

场地平整→放线、定桩位→施工锁口→架设龙门吊、安装鼓风机、照明设备等→挖土→每下挖2.0m左右，进行桩孔周壁的清理、基础尺寸和垂直度检查→绑扎护壁钢筋→喷射壁砼或安装内支撑→继续下挖、喷射壁砼或安装内支撑→重复上述步骤直至挖至设计标高。

2.2.1龙门吊拼装架设

在嵌固式基础上下侧浇筑龙门吊混凝土基础，基础采用C30混凝土（或型钢），在其上再安装龙门吊轨道，将龙门吊组件运输至现场进行安装。

门式提升站结构图

2.2.2开挖

基础分节开挖，分节支护，每节开挖深度为2米，每节开挖完成后进行护壁施工。对于周边土层开挖采用人工持铁锹、尖镐开挖；对于中间区域土层和风化层、中风化层岩质层，采用空压机破碎，挖掘机开挖；硬质岩层采用松动爆破开挖；

A.挖孔作业采用挖掘机逐层开挖，由人工逐层用镐、锹进行基础周边清理，遇坚硬土层用锤、钎或风镐破碎，挖土次序为先挖中间部分后周边，允许误差为30mm。

B.挖掘一般情况下每层挖深2m左右，及时挂12@150x150mm钢筋网喷射20cm厚C30混凝土。每天进尺为0.4节（0.4米），每挖完一节及时喷护混凝土。

C.在嵌固式基础未全断面开挖时，其护壁根据设计图纸进行设置，其护壁形式采用植入φ28螺纹钢筋锚杆，再挂12@150x150mm钢筋网喷射20cm厚C30混凝土，锚杆间距为2x2米。

D.根据设计图纸，嵌固式基础进入全断面开挖时需设置内支撑，第一道内支撑由全断面位置向下5米（全断面开挖6米后安装），之后每开挖4米设置一道，安装时间为开挖至内支撑下1米时进行，严禁超挖，

2.2.4出渣

嵌固式基础出渣采用50t龙门吊提升料斗出渣，料斗在加工车间加工成型，其截面尺寸为2x2米，高度1米，设4个吊点和一个卸料口。嵌固式基础装料采用挖掘机进行装料，装料完成后挖掘机移动至基础侧面，人工挂绳后，采用龙门吊提渣出孔，利用龙门吊大小钩卸料至运输车。

2.2.5孔内监测

在嵌固式基础开挖过程中，必须对嵌固式基础坑壁进行变形监测，当变形数据超过设计允许值时，必须停止施工。

2.2.6松动爆破

1、施工方法及工艺流程

a主要采取的爆破方式方法：

综合考虑到周边环境的安全和对岩层稳定性的影响，爆破采用浅孔中心桶形掏槽，“毫秒延期减弱抛掷爆破”方案，进行松动爆破。

b选用爆破器材：

（1）炸药：φ322#岩石乳化炸药；

（2）雷管：毫秒延期非电塑料导爆管雷管（1～15段）；

（3）发爆器：高能脉冲式；

（4）其它器材：塑料导爆管。

2、爆破参数选择与装药量计算

a爆破孔网参数：（含布孔方式、孔径、孔排距、台阶高度等）

锚桩爆破爆破孔网参数：

（1）炮孔直径：（d）=42mm；

（2）单桩炮眼个数及布置：根据桩径要求，由公式计算炮眼总个数N：

N=q×s×η×m/（α×G）

式中：

q：单位炸药消耗量，取1.5kg/m3

S：开挖断面积，m2；

η：炮孔利用率；（取0.85）

m：每个药包的长度，用0.2m；

G：每个药包的质量，用0.15kg；

α：炮孔平均装药系数，当药包直径为32mm时，取0.6-0.72，用0.65；

炮眼个数=1.5×302.76×0.85×0.2&pide;0.65&pide;0.15=791个

炮孔布置：开挖断面直径17.4×17.4m，布置中心掏槽眼655个，另加一个空孔，布置周边眼136个，以上周边眼向四周倾斜，倾角5-10°，距桩孔护壁100-200mm均匀布置。

（3）炮眼间距a=（15～20）d，a=500～800mm。

（4）炮眼深度：在桩孔入岩爆破中，岩石的周边夹制力大，炮眼利用率低。一般炮眼深度L取桩孔直径D的0.6～0.8倍，即L=（0.6～0.8）D。其中掏槽眼应比周边眼加深100～200mm，本工程炮眼深度取L=1.8-2.4m，掏槽眼加深0.15m。

b炸药单耗选择：

桩孔爆破：q=2.5～3.6kg/m3。

c装药量计算公式：

每个桩孔爆破每循环装药量=1.5*302.76*1.8*0.85=694.8kg

每循环所需总药量Q（kg）=qV=qSLη：单孔深度L（米）；每循环爆破岩石体积V（立方米）；桩孔挖掘断面S（平方米）；炸药单耗（q）1.5kg/m3；炮眼利用率η一般为0.8～0.95；本工程取η=0.85（掏槽眼加深h=15cm）。

以上计算参数必须通过试爆验证并达到预期效果后，在下一次爆破时采用；根据爆破振动情况，调整下次单次最大齐爆药量，严格控制爆破震动。

3、装药、填塞和起爆网路设计

a装药结构：装药结构为底部连续装药，起爆药包放在孔底，

b最小填塞长度及填塞方式：

（1）最小填塞长度：桩孔爆破不小于50cm。

（2）填塞方式：堵塞材料：当炮孔内有水时可用砂子填塞，无水时采用稍湿含细砂粘土比率为3∶7，堵塞材料不得夹有石块。充填要求达到分层捣固密实，并应注意保护好导爆管不受损。

c起爆网路形式、起爆网络：

桩孔爆破起爆网络：采用孔内延时，簇联、非电导爆管雷管加导爆管起爆的起爆网路，起爆器激发起爆，每个桩孔起爆一次。

采用非电导爆管雷管爆破网路，非电导爆管雷管起爆，联接网络要防止分段时出现叠段现象。

3、爆破飞石距离估算：

按瑞典德汤尼克的经验公式来估算：在保证安全堵塞长度浅眼爆破：Rf1=（40/2.54）d=15.7×4.2=66米。飞石对周边道路行人、车辆及建筑物构成危胁，必需采取重型覆盖并加强警戒，以防飞石伤人，警戒安全距离设定为100米。

b爆破振动安全距离：R=（K/V）1/α.Q1/3（米）

取α=1.5，K=150，V=3.0cm/s（K、α值与岩性的关系、不同建筑物所允许的震速见下表）。

K、α值与岩性的关系

不同建筑物所允许的震速

c爆破冲击波安全距离：

根据有关规定，对人员、建构筑物冲击波超压限值为：0.02*105Ｐａ，露天浅眼台阶爆破时，按公式△P=k（Q1/3/r）a即Q=r3（△Pmax/k）3/a计算：式中k=0.67，a=1.50，则单段允许的最大装药量见下表。

爆点冲击波对人员、建构筑物不超压距离与最大单响药量关系表

由上表可知，对邻近爆区场地作业人员及道路行人有影响，爆破时应组织撤离和加强警戒。

三、结束语

本文结合丽香铁路金沙江特大桥施工过程中的实际情况，探讨山区桥梁嵌固式基础开挖施工，本文提出的松动爆破及出渣工艺等可为其他同类型工程提供参考。由于嵌固式基础的施工特点，对施工现场全过程检查和安全监管控制提出了更高的要求，在实际施工过程中，应加稳定性监控及安全管理，才能保证优质完成施工任务。