桥区限定性条件下的基岩航道整治设计

桥区限定性条件下的基岩航道整治设计

丘海

身份证号码：35082119890710XXXX福建厦门361000

摘要：本文以湘桂铁路柳州至南宁扩能改造工程红水河双线特大桥桥区航道整治工程项目为实例，针对桥区的一些限定性条件，对航道整治进行简单的设计说明。

关键词：限制性航道整治水下爆破液压分裂破碎

1工程概述

1.1背景介绍

湘桂铁路柳州至南宁段扩能改造工程红水河双线特大桥（以下简称红水河双线特大桥）跨越红水河，桥区河段现状航道等级为Ⅴ级航道，依据广西壮族自治区交通厅等文件以及海事局的批复函桥区河段规划航道等级为Ⅱ级航道并兼顾3000t级船舶通航，航道以桥轴线上下游200m范围按Ⅱ级航道兼顾3000t级船舶的要求整治，航道总长400m。

1.2工程概况

红水河双线特大桥上游35m现有已建的一座铁路大桥，即来宾市铁路斜拉桥，斜拉桥主墩6#、7#墩跨度96m。红水河双线特大桥通航净高为10m，侧高为6.0m，主墩31#、32#墩跨度144m。经过两桥主跨航道宽度80m，设计水深4.5m，整治区域地质全部为基岩，平均挖深2m多，最大挖深可达4m，通航水位按10年一遇洪水最高通航水位为80.37m（56黄海高程，下同），最低通航水位51.84。（见图2）

1.3地质情况

桥址范围内属低山山间来原河谷地貌，红水河为“U”型河谷，基岩普遍裸露，岸高约26m，岸坡自然坡度25°～45°，两端地形起伏不大，平缓开阔。本区属构造强烈挤压带，除第四系覆盖层外，其上部为较软弱的杂色页岩夹硅质岩全、强风化带覆盖，下部为较坚硬的灰岩层。

1.4工程难点

本工程航道整治，一方面，目前红水河双线特大桥桥墩及上部结构均已施工完毕，以及其上游35m处有座建造年代较为久远的来宾市铁路斜拉桥（当时的施工状况不明），如采用传统的水下爆破方法难以保证近距离的红水河特大桥的桥墩及上游的铁路斜拉桥桥墩的结构安全。而采用静态爆破，安全上相对更有把握，但是，由于在水下，静态爆破的膨胀剂遇到水，高温效应难以发挥，将影响爆破效果，从实践得出，在大面积的水下爆破不适宜采用。

另一方面，要使航道宽度满足Ⅱ级航道兼顾3000t级船舶的要求，导致来宾市铁路斜拉桥桥墩主跨不足，航道开挖边线紧邻来宾市铁路斜拉桥桥墩基础，按此方案施工会严重破坏桥墩基础结构，影响桥梁正常运营。

2航道整治设计总体方案

2.1设计总体方案

本工程航道区域地质全部为基岩，整治区域基岩最大深度可达4m多，爆破范围较广，航道边线又紧邻两座大桥的桥墩（红水河双线特大桥、来宾市铁路斜拉桥）。若不采用特殊的防震、防水冲击波的措施，将会严重影响大桥的结构安全。

经核查来宾市铁路斜拉桥原始备案竣工图纸，该桥建造年代较久远，竣工于1978年3月，桥墩基础采用明挖承台基础，承台宽6.8m，厚度仅为2m，裸露于基岩面。根据现行的有关规范分析，该桥基础较为薄弱，抗震等级较低，航道整治边线应离桥墩基础有足够的安全距离。

参考《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2011）5.4节稳定性计算中矩形基础公式：

a≥2.5b-d/tanβ

式中：a—基础底面外边缘线至坡顶的水平距离（m）；

b—垂直于坡顶边缘线的基础底面边长（m）；

d—基础埋置深度（m）；

β—边坡坡角（°）。

通过初步计算和分析本工程地质实际情况，以及桥墩基础图纸资料，结合经验综合确定航道开挖边线坡顶至桥墩基础的最小距离不得小于10m，即基础底面外边缘线至坡顶的水平距离不得小于10m。

图1基础底面外边缘线至坡顶的水平距离示意图

来宾市铁路斜拉桥通航孔主墩6#--7#墩中心线跨度距离仅96m，扣除两边桥墩预留10m的安全距离，因此，航道宽度不满足规范要求80m。根据红水河通航现状航行密度不大等综合考虑本区域航道按限制性航道设计。

根据《内河通航标准》（GB50139—2004）3.0.3限制性航道尺度不得小于3.0.3所列数值。

2.2总平面布置

为了克服紧邻的两座大桥桥墩及上部结构不受传统的爆破破坏影响，结合爆破理论分析并考虑本工程的具体情况，推荐采用如下设计方案：

两座大桥桥轴线上下游100m范围内采用液压分裂破碎水下礁石、水下清渣的整治方案（即K0+60~K0+300）；桥轴线上下游100m以外采用爆破的施工方案。

由于斜拉桥6#、7#墩跨度仅96m，如航道宽度按80m设计，开挖边线会触碰到桥墩基础，而红水河双线特大桥30#墩离航道边线有足够的安全距离，31#墩周围航道满足水深要求，不需要整治。因此，桩号K0+120~K0+200航段按限制性航道设计，其中K0+120~K0+160航道宽度由80m渐变至62.3m，K0+160~K0+200航道宽度由62.3m渐变至80m，限制性航道总长为80m，最小宽度为62.3m。根据表1限制性航道尺度中Ⅱ级航道的最小宽度不得小于60m，本工程限制性航道宽度满足规范要求。

图2工程平面示意图（KO+120—KO+220范围）

2.3斜拉桥跨度航道断面设计

1）挖槽底宽：B=62.3m。

2）挖槽设计水深：本工程规划为Ⅱ级航道，并兼顾3000t级单船通行取挖槽设计水深为4.5m（已考虑石质河床富裕量）。

3）挖槽边坡：根据河床地质条件，开挖边坡坡度取1：1。

4）计算超深、超宽：按规范要求，石质河床计算超深按0.4m、两侧超宽各1m。

图3斜拉桥跨度航道断面图

3施工方法

3.1爆破施工

3.1.1爆破施工工艺

根据工程段的地质、水流条件、工程量、工期、安全等因素，综合考虑，采用钻机船水下钻孔、装药、爆破，选用斗容为2立方抓斗式挖泥船或长臂挖掘机进行清碴；施工展开拟采用分断面、分带爆破的方式，本工程水下爆破采用防水性能较好的乳化炸药，孔径采用D=90mm，孔位呈梅花形布置，孔距a=2m，排距b=1.5m。（最终布孔参数要由现场试爆选定）

3.1.2爆破施工减震措施

由于近距离爆破在国内并没有成熟的经验，因此，本工程最大限度的保护周围建筑物安全的，需采取一些减震措施。以工程实际情况出发，采用先试爆的原则，在进行比较大范围爆破。

3.2液压分裂破碎礁石

3.2.1原理

其工作原理为：利用钻机在坚硬岩石上钻孔，然后插入分裂机的楔形块组件，当启动液压泵站，液压泵站工作产生高压，驱动分裂机楔形块组的中间楔块向前运动，将反向楔块两边撑开，产生巨大分裂力（可达500～600吨），岩石在此分裂力作用下，沿设定的位置根据人们的需要分裂开来。

3.2.2施工程序

A、先用钻机在岩石上钻孔；

B、插入液压分裂头到孔中；

C、打开液压分裂机液压开关，把岩石分裂成小块；

D、破碎后用反铲挖泥船清碴。

液压分裂破碎岩石施工采用潜水作业，用全液压钻机钻孔，然后用液压分裂破碎方法碎裂岩石。由专业潜水员进行水下作业，钻孔参数为0.5×0.5m，孔底标高低于航道设计标高0.4m。

在液压分裂岩石前可先利用大功率挖掘机进行强挖施工、清渣、弃渣工艺，对于挖不动的则用液压分裂使岩石破碎或开裂，然后再强挖。

为控制施工质量，采用钻孔孔距定为0.5m×0.5m。施工中，潜水员仔细检查避免漏钻。开挖深度用花杆探水控制，平面位置由施工区的纵横导标或全站仪控制。

实际施工中，若岩层开挖厚度较大，还应进行分层开挖。为控制施工质量，可采用分条开挖的施工方法，分条宽度根据挖掘机实际挖宽能力确定。

4结束语

水下钻孔爆破对附近的结构物的损坏，比陆上爆破较为严重，水下爆破主要产生的地震波及水冲击波对周边建筑物安全威胁。本工程中来宾市铁路斜拉桥基础为裸露的承台，直接坐落于基岩上，基础非常薄弱。如采用传统的爆破形式施工很容易破坏桥墩承台的基岩，威胁桥墩的稳定安全，而液压分裂破碎水下礁石清渣的方法大大减小了桥墩稳定安全的顾虑。

在施工中，我们在重要建筑物上还设计安装tc-8450爆破震动测量仪，用来观测爆破时的最大震动速度，指导爆破施工。同时还采用多种措施来减小地震波及水冲击波的传播。

参考文献：

1、《内河通航标准》（GB50139—2004）；

2、《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2011）；

3、《水下钻孔爆破减震安全技术及运用》（广西水利水电职业技术学院，黎志健南宁）；

4、《郁江老口枢纽临时航道整治工程水下炸礁施工》（浙江省第一水电建设集团股份有限公司熊勇子侯建华浙江杭州）。