新建安九铁路鳊鱼洲长江大桥5号墩基础施工防护技术

国家重点实验室，湖北 武汉430034)摘 要：新建安九铁路骗鱼洲长江大桥主桥为(50 + 50 + 224+672 + 174+50 + 50 + 50) m钢箱混合梁斜拉桥，5号墩承台临

近九江侧防洪大堤边坡。为了确保5号墩基础施工过程中大堤的安全，大堤采用双排钻孔桩+冠梁+系梁+高压旋喷桩及分

层注浆的防护方案进行防护，利用三维有限元法对防护结构的变形、内力、抗滑移稳定性进行了分析，结果均满足要求$通过

对大堤设计合理的防护结构并采取合适的施工措施，对5号墩桩基施工采取溶洞区防塌孔及优化钻进方式的施工措施，以及

承台施工围堰采取安全有效的吸泥控制及河床防冲刷等施工措施,减少了对大堤的干扰及破坏，确保了大堤的安全$在施工 过程中对大堤进行了实时监测，大堤变位满足要求，大堤和基础施工安全。关键词：桥梁工程；基础施工；防洪大堤；防护；双排钻孔桩；高压旋喷桩；分层注浆；变形中图分类号：U443.8

文献标志码：A 文章编号：1671-7767(2020)01— 0041— 061概述新建安九铁路骗鱼洲长江大桥主桥为(50 +

50 + 224 + 672 + 174 + 50 + 50 + 50) m 双塔双索面

永安大堤中心线84. 062 m。基础采用45根\"3. 0 m

钻孔桩，桩长38. 5〜67 m,承台为55. 2 mX36. 4

mX7.5m混凝土矩形结构。地质自上而下为6 m土 、8 1 m 土 12 5 m 、钢箱混合梁斜拉桥(见图1),全长1 320 m。主梁宽32.2 m,采用38对双索面斜拉索，跨中72 m范围

5. 6 m细砂、7. 4 m细圆砾土、8. 4 m黏土、灰岩和泥

斜拉索呈交叉索布置。4号墩和5号墩为桥塔墩,

质灰岩，并存在岩溶现象。淤泥质粉质黏土内摩擦 角小、稳定性差，粉、细砂层透水性强，穿越大堤*内

桥塔采用形混凝土结构，高度分别为252 m和

242 m$外地下水连通。桩基基岩强度高，岩溶较发育，溶腔 最大约11 m,钻孔桩施工难度大「中。该工程于10月份开工建设，根据防洪要求，在

5号墩基础施工前必须对大堤进行安全防护，且只

允许在枯水期内进行防护施工。由于5号墩基础必

须在洪水期来临之前完成承台施工，因此工期非常

紧张。图1

_鱼洲长江大桥主桥立面布置2大堤防护设计5号墩基础位于大堤坡脚处，基础中心距离大

桥位处于长江中下游的九江河段，北岸为湖北

省黄梅县黄广大堤,南岸为江西九江市永安大堤，主 航道靠近永安大堤。永安大堤两侧地下水补给来源

堤顶约80 m,开挖深度约16 m,存在砂层及溶洞地 质。5号墩基础施工时，大堤主要存在以下安全风

与河水密切联系，存在互补关系。大堤临水侧堤脚 为片石护岸，其它地方为自然放坡形成人工防洪大 堤，坡面以30 mm厚混凝土防护。为满足通航及防洪要求，该桥5号墩基础设置

险：①大堤堤基属双层结构，当堤基及内侧上部弱透 水盖层受到破坏时，江水将沿下伏砂土层向堤内渗 透，易造成流土(或管涌)破坏。②岸坡抗冲性能差,

易出现浪蚀、塌岸，存在边坡稳定风险。③覆盖层厚 度大,当进行平台钢桩及钢护筒插打施工时，因土体于九江侧长江永安大堤坡脚处，基础中心线距长江

收稿日期：2019 —01 —28基金项目：桥梁结构健康与安全国家重点实验室项目(2017 — 17)作者简介：李方峰(1979 —\"，男，高级工程师，2003年毕业于中南大学土木工程专业，工学学士(E-mail：59040037@qq. com) $42

振动可能引起堤防土体抗剪强度减小，影响堤坡稳 定,

内侧 弱透水层 ，出现渗透稳定问题。④基础处于大 脚，坡度较大,

大脚开 度达11 1 m,

大堤的稳定性风$⑤基

跨越洪水期，存在很多不确定，增大了大堤的 风于大

风险，为了解决基础施中大堤的边坡稳定问题，确保大堤的 ，提双排钻孔桩+冠梁+系梁+高压旋喷

分层浆的大堤防 ，并对大堤防护结构

分算 监测$2.1大堤防护结构设计大堤防护体系由双排钻孔桩、冠梁、系梁、高压

旋喷 浆 。其中钻孔 径2. 0 m,沿5

号墩基础顺桥向中心线分2排对称布置，靠近长江

侧布置57根钻孔桩，桩间距分别为3. 5 m和2. 5

m；靠近大堤侧共布置28根钻孔桩，桩间距均为3. 5 m,2排钻孔桩排间距为15 m,共计85根钻孔桩$

每排钻孔 设C40钢筋混凝土冠梁，靠江侧冠梁顶高程+ 15. 5 m、长145 m,靠大堤侧冠梁顶高程

+ 17. 5 m、长98 m$ 2排冠梁间每隔6 m设1道 C40钢 凝土系梁，共计17道$系梁、冠梁使前

后2排钻孔 体，共同抵抗边坡开 的不平衡土压力，保证大堤开 边坡稳定性囚。在2 排钻孔 间 长江侧采用有效宽度为1 m的 高压旋喷注浆对土体

固，形成第1道防渗墙$注浆底高程一2. 5 m、顶高程+ 15. 0 m,注浆高度

17.5 m,注浆带长1 m,孔距1. 0 m,孔径140 mm$在2排防

间 侧采用有效宽度为2m的袖阀花管分层注浆对土体 固，并与大堤相连呈“U”形布置，形成第2道防 $为了保证5

号墩 土体稳定，在5号墩

侧各设置有效宽度为3 m的“八， 花管分层注浆对土体

固，每侧长度为70 m$大堤防护结构布置如2所示$22 大 防 算根据大堤的实际情况及防护结构的形式，利用 有限元软件建立三维整体模型(见图3),取顺桥向

140.0 m、横桥向35. 0 m为建模范围。其中钻孔

桩、系梁、冠梁采用梁单 ，土体采用三维体单 ，钻孔桩与土体之间的相互作用采用 单

⑷。

型底部边界约束@5、Uy、UA

，左、右边界约束@5变形，前、后边界约@6变形$世界桥梁 2020,48(1)水漩(a)平面45

十 I? 严(坡脚永安堤袖阀花管分层注浆上勢

/后排钻孔桩前排钻孔桩乍牛(b)立面

单位：m图2大堤防护结构布置图3三维有限元计算模型选取具有代表性的中间桩对 算结果进行分析。钻孔桩、冠梁、系梁内力如表1所示，桩侧

如 图 4 所 示 $由

算可知：前、后排桩桩顶变形均为81mm,根据《建筑基坑支护技术规程》「5* , 位移满

足一级基坑位移 $根据表1中计算内表1钻孔桩、冠梁、系梁内力构件轴力/kN弯矩/kN・m剪力/kN钻孔桩4 192. 86 413.32 086. 3冠梁231. 81 096.3822. 2系梁1 058 63 412.4771. 8新建安九铁路骗鱼洲长江大桥5号墩基础施工防护技术 李方峰，黄晓剑，涂满明4331 大 防冒赵叵專崔

3.1.1 临时支护施工为 确 保 大 防

的 #首临江面离前排防护桩4 m处插打1排钢

与土填于钢

处，分层压

,

，将片孔平1台$为 期钢板桩稳定性，在其外侧

2HN500 mmX 200 mm 型钢及双排\"1 200 mmX 14 mm钢管桩进行临时支护(见图5),钢管桩穿过淤

土进入细砂层$(b)后排桩图4桩侧向变形配筋设计,各构件受力满足规范要求。2.3

稳定 算采用基于有限单

的强度折减法进行岸坡稳图5临时支护定 算$有 度折减法的基本原

c和内

边坡312 防大堤防

布置密集，场地小，工期紧$为了减岩土体物理力学参数(米 &值)均孔对大 的影响，采用机 ，同时为

、振动机进行施除以折减率F,得到一组新的C1&1 ,即经过折减后 的抗剪强度指标 C1=c/F,&1 = arctan(tan&/F) $ 然

、功率大、效率高的2台BG46型 $

孑L,影响大堤的 ，大堤防

间隔 、前后排交叉的 于20 m,相

间的相互影响,后将C1&1作为新的计算参数输入模型，计算至无

法收敛为止。无法收敛阶段即视为破坏，并将该阶 段最大的强度折减率作为边坡的最小安全系数，此

采用从两侧，间隔距离不期不少于7 d$时坡体达到 状态，发生剪切破坏，同 得到孔

观测钻机所

中采取 面的

措施，以减少钻孔对大坡体的破坏滑动面$堤的影响，确保大 ：①钻孔 中 I寸；现由计算结果可知，土体最大应变为0. 81,不可 情况，发现沉陷或

通滑动面， 体稳定性系数为4. 40$象，应 处理$取 应 孔内 浆，保根据《堤防工程设计规范》(GB 50286 — 2013)要求，大堤参照\"级堤防抗滑标准，正常运用 ：下

持水头高度和泥浆比重及粘度$②钻孔 中应根据 情况，控 速度，严格控

,

升降速孔事抗滑标准为1. 35,非常运用

1.25$

抗滑标准为度, 升降对孔壁的

体稳定性系数大于1.25,岸坡稳定性$③ 易 层中 采用慢转速慢度，在易缩径的地满足要求「4勺$3 5号墩基础施工防护技术根据大堤防

，为了确保5号墩基础施工并应相应 层中 应适当

浆比重

孔次数，防止缩径，由土层层

岩层时，应减速慢进$④

大堤防护结构 ・,测孔内情况，发现问

，适当加监大泥浆比重，低速慢进，增加孔壁稳定，并由

处理$大堤的 钢

，在枯水期首

孔

承台 $利用钻孔平台 ，最后利用双壁3.1.3 花管分层注浆 .，在2排防护桩之间近堤侧及

为防止大

445号墩上下游两侧方向均布置了袖阀花管，分层注 浆对土体进行加固$根据注浆位置地质情况及施工

经验，注浆有效半径为50〜70 cm,防护桩处2 m注 浆带布置2排注浆孔，排距1m,横向间距1m； 5号 墩上下游两侧3 m注浆带布置3排注浆孔，排距1

m,横向间距1m$注浆过程中对两侧坡面、堤顶路

面进行沉降、渗漏情况及时进行观测$为减少加 固对大堤的影响，采用振动较小的履带式跟管钻机

成孔，并采用跳孔注浆,防止发生串浆现象$ 3.1.4高压旋喷注浆施工为防止砂层渗漏，在2排钻孔桩之间靠近长江 侧采用 高压 喷 浆对土体

固 $ 高压 喷注浆防渗采用三管法施工，注浆分两序间隔施工，先

施工I序孔，再施工\"序孔，相邻孔施工间隔时间不 少于24h,以免串浆归。制浆材料采用P • 0 42.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比不大于1 : 1,使用高速

搅拌机搅拌时间不少于30 s,保持浆液温度为5〜

40 g$为了减少高压旋喷注浆对大堤的影响，改进

了钻具及钻探方法，用套管护壁，减少缩孔。若发生 串浆状况时，加密观测，确认对注浆及大堤安全无影 响时，可将被串孔堵住，继续灌浆。若被串孔未灌 浆,则将被串孔重新扫孔，再进行灌浆$3.1.5 冠梁及系梁施工冠梁与系梁为钢筋混凝土结构，在土体加固完 成后进行施工。冠梁与系梁采用基坑开挖方式从一 端向另一端分批施工。基坑四周开挖边沟、集水井,

水， 大 土 $ 梁 系 梁完成后，及时分层压实回填，表层铺土工布或硬化,大$3.2桥墩基础施工5号墩基础采取先平台后围堰的方法施工，承 台施工采用双壁钢套箱围堰，钻孔平台采用钢管 桩+贝雷梁结构，顶部设置封闭钢桥面板。待大堤 防护桩及清基完成后，采用水上打桩船和400 t浮

吊进行钻孔平台、塔吊基础的施工，然后采用旋挖钻

机进行钻孔桩施工，待钻孔桩施工完成后拆除钻孔 平台，采用400 t浮吊及履带吊拼装下放双壁钢套 箱围堰进行承台施工）10*$321 基 孔大堤防护结构施工完成后,清理墩位处片石，进

行钻孔平台的搭设。钻孔平台采用钢管桩+贝雷 梁+钢桥面板结构，上下游端部设置2条连接通道与

大堤相连。平台顶面设置有履带吊机起吊区、车辆运 输通道、材料临时存放区等，施工作业场地较才、$世界桥梁 2020,48(1)墩位共有45根钻孔桩，配置4台旋挖钻机（BG

46型、TR550型各2台）分12个循环施工。桩基上

层土为砂层，易塌孔，对成孔质量及大堤安全造成影 响。施工过程中通过增加护筒壁厚并多次复打，确

保其穿过砂层，进入稳定的圆砾土一定深度。桩基

穿过岩溶层，岩溶充填硬塑黏土，且桩基入灰岩较

深，岩石强度大$岩溶充填物有一定的造浆作用，但 为防止漏浆塌孔，及时观察并补浆，并备足泥浆、黏

土、片石等。在岩溶顶及岩溶层钻进时，减压慢速钻

进，并适时反转，加固孔壁。进入弱风化灰岩层时, 因强度高，钻孔困难，故优化了钻进方式，采用由小

到大分级套钻方式成孔，主要分1. 8 m、2. 5 m、3 m

三级 $3.2.2 承台施工为

承台 的 开 量，

结构 的整体刚度及安全性，降低对大堤安全的影响，采用了 双壁钢套箱围堰进行承台施工$围堰在拼装平台上分节拼装，利用钢护筒设置

下放系统将其下放至自浮状态，然后接高围堰并向

双壁内注水使其着床，最后浇注壁舱混凝土,通过对 称吸泥、射水等措施将围堰下沉至设计高程$为了 防止河床冲刷，造成围堰底部局部悬空，影响围堰及

大堤的安全，在围堰下沉前对河床进行抛设碎石防 护。吸泥按照“先中后边、分层对称破土、先高后低、

及时纠偏”的原则进行，围堰隔舱中部锅底深度控制

在0. 5〜1. 5 m,防止锅底过深产生突沉、翻砂，影响 大堤安全。下沉过程中实时进行围堰姿态及泥面高 程的监测，指导吸泥控制，确保围堰平稳均匀下沉$

围堰下沉到位后，对围堰内基底进行测量，了解基底

高 情况， 基底 清 $ 大， 底部设置底隔舱将围堰划分为3个格区，由中间向两 边依次对格区封底（见图6）$封底混凝土达到设计

强度后，对围堰内进行抽水，凿除桩头，清理封底混

凝土表面进行承台施工）1113* $33 监测3.3.1防护桩施工期监测为确保大堤安全,大堤防护结构施工前、中、后， 做好大堤及临时防护钢管桩的变形监测$监测内容

包括大堤及临时防护钢管桩结构高程和水平位移变

化。大堤观测点共布置12个,位于大堤临水侧顶部 及坡脚；临时防护钢管桩顶面观测点共布置3个，位

于钢管桩中间及两侧$大堤防护桩施工过程中每天

观测1次,记录观测结果，最大位移为12 mm,满足 设$新建安九铁路骗鱼洲长江大桥5号墩基础施工防护技术 李方峰，黄晓剑，涂满明45地质条件下钻孔桩施工难题，以及施工作业面才、、工

期受限等困难，施工中没有发生桩基塌孔、滑坡和大

等不

均

，防护结构及主体基础均 、保利 。计算及实测结果显示大堤稳固，变位

控范围内，并 水期的考验，为该桥的续 定 的基础，并为 同类桥梁的基础施工及河堤防护提供参考$参 考 文 献：)1*吴宝诗.九江长江公路大桥主桥南桥塔基础施工［J*.

图6围堰封底施工世界桥梁,2012,40(6):1 — 6.［2*田强，王艳青.临近河堤桥塔承台施工中河堤防护方

3. 3. 2桥墩基 期监测期间对大堤防护结构进行监在5号墩基

案设计［J*.世界桥梁,2016,44(4):16 — 20.测，当其位移达到30 mm时应 移达到50 mm时，应停

测量频率，当位报告相关单［3*田永强.武汉鹦鹉洲长江大桥3号墩基础大堤防护施工

技术［J*.铁道工程学报,2012,29(11):54 — 57,103.)4*范永利，余小江.长江重要堤防上建设大型基础技术研

并

位,查明原 确保 的 步施工。究［J*.南昌工程学院学报,2013,32(4):76 — 78.)5* JGJ 120 — 2012,建筑基坑支护技术规程［S*.监测断面布置在桥轴线及上下游各25 m处, 共设3个监测断面。每个监测断面布设6个观测

［6*陈正锋.简述阳江海陵大堤水毁修复工程路堤两侧防护

方案)J*.中国水运(下半月),2013,13(6):185 — 186.)7*朱利明，余 康，张 楠.高压旋喷桩施工对相邻既有高

，在桥轴线 设1处基础稳定、通视 的基点。在5号墩基础施工期及施工期结束后的3个月 内，每3 d监测1次；5号墩施工期结束后，每年汛

铁基础的影响分析)J*.世界桥梁,2016,44(1):60 — 63.)*周昌栋，袁庆华，代明净，等.悬索桥锚碇基础强透水地

层 防 技 术 )J * 世 界 桥 梁 #2016#44 (5 ):11—前、 监测1次。目前5号墩基础已施工 最大

15 20量为20 mm，满足设

)*张延河.深水浅覆盖层区域钢围堰施工技术)J*.世界

$桥梁,2019,47(2):28 — 32.4结语)10*覃勇刚.蒙华铁路洞庭湖特大桥桥塔基础施工关键技

术)J*.世界桥梁,2018,46(3):23 — 26.)11*刘翠云，代皓.宜宾金沙江公铁两用桥主墩基础施工

新建安九铁路骗鱼洲长江大桥是一座在大堤上 设置大型基础的铁路桥梁，

风险较大$在技术)J*.桥梁建设,2016,46(2):97 — 102.)12*贾卫中，孟超.蒙华铁路洞庭湖特大桥主墩基础施工

中采用了双排钻孔桩+冠梁+系梁+高压旋喷 分层注浆的防护技术，解决了基

期大堤岩 【杂关键技术)J*.桥梁建设,2018,48(5):1 — 5.)13*许 鑫，王同民.宜昌香溪河大桥4号桥塔墩钢围堰封

底技术)J*.桥梁建设,2018,48(2):105 — 110.的 防 。在大堤防护、桩基钻孔、承台等施措施，

工中采取了合理、有效的

Techniques Used to Protect Foundation Construction of Pier No. 5

of Bianyuzhou Changjiang River Bridge on Newly-Built

Anqing-Jiujang RailwayLI Fang-feng12, HUANG Xiao-jian12, TU Man-ming12(1. China Railway Major Bridge Engineering Group Co., Ltd Wuhan 430050, China； 2. State Key

Laboratory for Health and Safety of Bridge Structures, Wuhan 430034, China)46世界桥梁 2020,48(1)Abstract: The main bridge of Bianyuzhou Changjiang River Bridge on the newly-built Anqing-

Jiujiang Railway is a steel box-concrete hybrid girder cable-stayed bridge with eight spans of 50, 50, 224, 672, 174, 50, 50, and 50 m . The pile cap of the pier No. 5 is near to the slope of the

flood embankment on the Jiujiang side. To assure the safety of the embankment during the con-

sIrucionofIhefoundaIionofpierNo.5aproIecionsIrucIureconsisIingofdouble-rowedbored pilescapbeams, iebeamsandhighpressurejeI-grouIedpileswasbuilI, andgrouIwasinjecIed

layer by layer.The fini e elemenImeIhod was usedIo analyzeIhe deformaIion, inIernalforceand anIi-slippagesIabiliyofIheproIecionsIrucIure, andIheresulIsmeIIherequiremenIs.Bydesig- ningraIionalproIecionsIrucIureIoIheembankmenIandIakingproperconsIrucIionmeasures, Ihe safeIyofIheembankmenIwasguaranIeed.DuringIheconsIrucIionofIhepilefoundaIionofpier No.5, precauIions wereIakenandIhedriling meIhod wasopimizedIoprevenIperforaIioncol- lapseinIhekarsIcavesregion.SlurrywaseficienIlydischargedandproperanIi-scourmeIhodwas usedIoproIecIIheriverbed, IoreduceIhedisIurbanceanddamageIoIheembankmenI.Theem- bankmenIwas moniIored duringIhe consIrucIion process.The deformaIion ofIhe embankmenI meIIherequiremenIs, andboIhIheembankmenIandIhefoundaIionweresafeduringIheconsIruc-

Iion., , Key words： bridge engineering； foundation construction； anti-flood embankment； protection；

double-rowed bored piles& high pressure jet-grouted pile; grouted layer by layer& deformation(编辑：陈雷)