福元路湘江大桥水中墩承台基坑施工方案.docx
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福元路湘江大桥水中墩承台基坑施工方案
长沙市福元路湘江大桥工程
水中墩承台基坑施工方案
长沙市福元路湘江大桥工程设计施工总承包项目部
二O一O年九月
长沙市福元路湘江大桥工程
水中墩承台基坑施工方案
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复核：
审核：
审批：
福元路湘江大桥水中墩承台基坑施工方案
1、工程概况
1.1概述
福元路湘江大桥位于银盆岭大桥、三汊矶大桥居中偏南位置，距上游银盆岭大桥约2.9km左右，距下游三汊矶大桥约2.7km左右。
福元路湘江大桥连接河西（滨江新城）和河东（新世纪片区）两处区域，具体地理位置详见图1-1。
大桥西起银杉路，东至芙蓉北路，工程线路全长3539m，其中跨越湘江部分约为1435m，工程由正桥、岸上引桥及接线道路组成，道路等级为城市主干路Ⅰ级，设计车道数为双向六车道，桥梁净宽31.5m。
图1-1福元路湘江大桥地理位置图
大桥主桥墩PM19~PM22以及引桥墩PM18、PM23~PM28共11个桥墩位于水中。
每个主桥墩横桥向均设两个分离式承台，边主墩PM19、PM22采用倒角矩形形式，中主墩PM20、PM21承台为尖圆形；引桥每个墩均只有一个承台，承台均采用倒角矩形形式。
承台下设Φ2000mm钻孔灌注桩，主墩桩长10~23m，引桥墩桩长12~28m。
水中墩结构见图1-2~图1-4，相关设计参数见表1-1。
表1-1水中墩基础设计参数
桥墩号
承台顶标高
（m）
单个承台尺寸
（m）
桩底标高
（m）
桩径
（mm）
桩长
（m）
桩数
PM18
26.4
12.8×9.2×4
10.4
Φ2000
12
5
PM19
23.3
19.6×16.6×4.5
8.8
Φ2000
10
20
PM20
21.8
19.6×15×4.5
-5.7
Φ2000
23
20
PM21
21.8
19.6×15×4.5
-0.7
Φ2000
18
20
PM22
23.0
19.6×16.6×4.5
3.5
Φ2000
15
20
PM23
21.7
12.8×9.2×4
3.7
Φ2000
14
4
PM24
22.0
12.8×9.2×4
1.0
Φ2000
17
4
PM25
21.7
12.8×9.2×4
3.7
Φ2000
14
5
PM26
21.0
12.8×9.2×4
1.0
Φ2000
16
5
PM27
21.7
12.8×9.2×4
3.7
Φ2000
14
5
PM28
23.8
12.8×9.2×4
5.8
Φ2000
14
4
图1-2边主墩PM19、PM22结构图
图1-3中主墩PM20、PM21结构图
图1-4水中引桥墩（PM18、PM25~PM27）结构图
图1-5水中引桥墩（PM23、PM24、PM28）结构图
为满足相关部门对阻水率的要求，PM19~PM27基础承台设计埋置深度较深，承台底嵌入强、中风化岩层内。
承台与河床、岩面标高的对应关系见表1-2。
表1-2水中墩承台与河床、岩面标高
桥墩号
承台底标高
桥墩处河床平均标高（m）
桥墩处岩面平均标高（m）
PM19
18.8
20.02
19.01
PM20
17.3
18.43
18.03
PM21
17.3
20.15
17.37
PM22
18.5
19.79
17.09
PM23
17.7
22.05
18.0
PM24
18.0
21.91
18.71
PM25
17.7
20.27
18.02
PM26
17.0
20.22
17.57
PM27
17.7
20.27
18.41
1.2水文
湘江是长江七大支流之一，河水动态为单汛周期类型，最大洪水发生在4~8月，且主要集中在4月下旬至6月（占全年最大洪水发生总次数的86%），10月至第二年2月为枯水期。
最高洪水位为1998年的39.18m（吴淞高程），最低水位为2009年10月的24.93m（吴淞高程），多年平均水位29.48m，最大变化幅度14.03m。
湘江水流平均流速0.12～1.26m/s。
最大流量20800m3/s（1994年6月28日），最小流量102m3/s（2009年10月28日），多年平均流量为2473m3/s。
1.3地质
根据地表出露和钻探揭露：
桥位地层主要由第四系人工堆积物、河流冲积物（粉砂、粉质粘土、细砂、圆砾）和残积粉质粘土组成。
下伏基岩为元古界冷家溪群板岩，按钻探揭露顺序，自上而下详述于表1-1。
表1-1岩土工程特性及分布表
土层及编号
层顶标高（m）
层底标高
（m）
层厚（m）
岩土特征描述
①人工填土
24.51～25.19
21.71～22.59
2.60～2.80
褐黄色、褐灰色，湿，松散，可塑状粘性土为主，高压缩性，局部夹风化岩及建筑垃圾，软硬不均，工程性状差，堆填时间较短。
仅见于东西堤岸
②粉质粘土
21.71～27.56
18.16～21.58
0.40～7.80
褐灰、灰黑色，软-可塑状，底部含粉细砂及云母片。
③粉土
褐灰夹灰绿色，湿，稍密状。
含粉细砂，底部夹砾石，见于两岸。
④中细砂
18.43～22.09
16.76～20.68
0.30～3.60
褐黄，饱和，松散-稍密状，混砾石，含云母，粘土充填。
⑤圆砾
17.48～21.31
16.83～19.22
0.30～3.00
褐黄色，饱和，稍密。
含量60%以上，含量60％～70％，粒径0.5～2cm，成分为硅质岩、脉石英、砂岩、石英砂岩，磨圆度较好，混卵石，中粗砂充填。
⑧粉质粘土
18.96
18.16
0.80
褐黄、褐灰色、硬塑状为主，局部为坚硬状，原岩结构可辨，局部含黑色铁锰质氧化物。
11强风化板岩
16.76～18.79
11.99～17.69
0.60～5.40
褐黄色、灰绿色，极软岩，节理裂隙发育，并为铁锰质氧化物浸染，岩芯呈碎裂状、碎块状，用手折可断。
12中风化板岩
11.99～20.68
-9.91～19.38
1.30～23.10
青灰色、灰绿色、软岩，岩芯呈块状、碎块状，少许短柱状，节理裂隙较发育，充填黑色铁锰质氧化物。
13微风化板岩
-17.60～19.38
-23.43～2.51
2.00～36.90
青灰色，为较硬岩，岩芯呈长、短柱状、块状，锤击声脆，节理稍发育，局部为石英脉充填、夹中风化板岩13层-1，厚度1.80～7.50m不等，性质同12层
2、总体施工部署
2.1施工方案概述
由于水中墩承台埋置较深，承台底部位于中风化岩层顶面，需进行水下爆破开挖基坑。
先进行覆盖层开挖：
采用抓斗式挖泥船挖泥，配备120m3开底泥驳，运至指定地点弃泥，基坑底平面按承台轮廓线超宽1.5m控制，覆盖层内按照1:
2进行放坡开挖，开挖深度0.4~4.1m；采用水下爆破作为承台基坑开挖的辅助措施，采用钻孔爆破法，根据各承台底标高及封底厚度，钻爆深度为1.7~2.4m，爆渣采用抓斗式挖泥船配开底泥驳清运至指定地点弃渣。
承台基坑开挖断面示意图见图2-1。
图2-1水中墩承台开挖断面示意图
2.2主要施工设备
承台基坑施工主要设备见表2-1“主要施工机械设备表”。
表2-1主要施工机械设备
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
1
抓斗式挖泥船
斗容量4m3
艘
1
2
抓斗式挖泥船
斗容量1.8m3
艘
1
3
抛锚艇
艘
1
4
机动驳
120匹、160匹
艘
各1
5
警戒指挥船
艘
2
6
平板钻机船
2
7
潜孔钻机
CQ-100型
台
8
8
开底泥驳
120m3
艘
4
9
空压机
12m3
台
2
10
发电机组
50KW
台
2
11
宿舍船
艘
1
12
水准仪
台
1
13
全站仪
台
2
2.3人员组织安排
见表2-2“主要人员配备表”。
表2-2主要人员配备
序号
工种
人数
备注
1
技术主管
1
技术管理及技术总结
2
技术员
4
现场技术管理及资料收集
3
安全员
2
现场安全施工检查
4
测量员
4
测量放样
5
钻机操作人员
20
钻孔施工
6
爆破员
3
装药，连接爆破网络，起爆
7
司操人员
25
船舶驾驶
8
维修工
5
9
潜水员
6
合计
70
2.4施工进度计划
根据总体施工进度要求和施工工效，水中墩9个承台基坑的开挖爆破工作在40d内完成，具体安排如下表2-3。
表2-3PM19~PM27承台基坑施工进度计划
序号
项目名称
开始时间
完成时间
天数（d）
1
船舶、设备进场
2010-9-6
2010-9-8
3
2
测量放样、设置导标
2010-9-7
2010-9-10
4
3
PM27~PM22覆盖层开挖
2010-9-8
2010-9-17
10
4
PM19~PM21覆盖层开挖
2010-9-18
2010-9-23
6
5
PM19主墩爆破、清渣
2010-9-20
2010-9-26
7
6
PM20主墩爆破、清渣
2010-9-24
2010-9-30
7
7
PM21主墩爆破、清渣
2010-9-28
2010-10-4
7
8
PM22主墩爆破、清渣
2010-10-2
2010-10-8
7
9
PM23~PM27引桥墩爆破、清渣
2010-10-6
2010-10-16
10
3、主要施工方案
3.1测量控制
根据控制点高程采用四等水准测量在江边设立水尺，施工期间随时观测水尺，以掌握水位变化情况，控制开挖和爆破深度。
水深采用回声测深仪测量。
施工前，在开挖基槽的轴线、边线、中线的延长线上设立成对的导标，供挖泥船作业定向、导航，控制开挖宽度、边坡、测设起、终点标和转向导标、里程标等。
陆上无法设立导标时，设置水上浮标。
3.2水下基础挖泥
3.2.1挖泥顺序
采用抓斗式挖泥船进行覆盖层开挖，开挖顺序为：
考虑到枯水期河东水深不足，所以先行开挖PM27~PM22桥墩，从东向西逐墩开挖；然后移船至PM19，从西向东依次开挖PM19~PM21墩。
每个桥墩基础由上游向下游开挖。
3.2.2挖泥船抛锚定位
挖泥船拖到施工区域，利用导标定位。
核对实测水深与施工图水深后，随即放下抓斗，定住船位。
然后根据水流、风向情况，依次抛锚展布，采用抛锚艇抛锚。
挖泥船布设艉锚1只，尾边锚2只，船首抛八字锚2只，主锚缆长度一般为200～300m，左右边锚抛出挖槽边线外100m左右。
3.2.3水下挖泥工效分析
配备两艘抓斗式挖泥船进行挖泥，斗容量分别为4m3和1.8m3。
根据《港口工程施工手册》，每条挖泥船的生产率可按下式计算：
其中
—每小时挖泥斗数，4m3挖泥船取30，1.8m3挖泥船取40；
—泥斗容积（m3）；
—泥斗充泥系数，对于砂土均取0.9；
—土的搅松系数，对于中密砂土取1.15。
计算得：
4m3挖泥船
；1.8m3挖泥船
两艘挖泥船日生产能力合计为：
（每天工作9小时，时间利用率取0.65）。
3.2.4水下挖泥注意事项
⑴考虑到后续承台钢套箱的下放，基坑底平面范围按照承台轮廓线每边超宽1.5m控制。
开挖边坡根据土质情况，按1:
2进行放坡，保证开挖边坡稳定。
⑵挖泥过程中要严格按照设计断面施工，勤对标、勤测水深，精确控制挖泥范围，将超宽控制在最小值。
3.3水下爆破及清渣
3.3.1爆破环境
需要进行水下爆破施工的桥墩为PM19~PM27，均位于湘江河内，东、西两岸距湘江世纪城和滨江景观道均在260m以上，南、北面距三汊矶大桥和银盆岭大桥都在2700米以上，因此，爆区爆破环境较好，只要做好爆破过程中对过往船只的警戒防护，可确保其安全。
3.3.2水下爆破方案选择
根据墩台基坑开挖爆破特点、爆区周边环境、岩石性质（中风化板岩），爆破技术方案主要有水下中深孔松动爆破、水下浅孔控制爆破两种爆破方案。
⑴水下中深孔松动爆破
该方案采用钻孔船在水面上进行中深孔钻孔，导管下药，水下非电毫秒微差爆破。
施工工艺简单、爆破效率高；设备投入成本较大，爆破施工会产生一定的爆破振动、飞石、空气冲击波等有害效应。
该方案适用于水深较大、水流急、工程量大、工期紧的水下爆破工程。
⑵水下浅孔控制爆破
该方案采用钻孔船在水面上进行浅孔钻孔，导管下药，水下非电毫秒微差爆破。
施工工艺简单、设备投入成本相对较低，但爆破效率较低、水中钻孔难度较大。
该方案适用于水浅、水流平稳、且工程量较小的工程。
因此，根据爆区现场条件，为加施工进度，确保爆区周边环境的安全，有效降低爆破振动、爆破飞石及空气冲击波等有害效应，对比上述两种方案，拟采用水下中深孔松动爆破方案进行爆破开挖。
3.3.3水下爆破参数设计
钻孔直径为100mm，根据《水运工程爆破技术规范》公式4.3.3，桥位区开挖范围内岩层为软岩，炮孔间距取
，炮孔排距取
，超钻深度取1.0m。
则单孔装药量按下式计算：
其中
—单孔装药量（kg）；
—水下钻孔爆破单位炸药消耗量，取
；
—分别为炮孔间距和炮孔排距（m）；
—设计爆层厚度，即开挖岩层厚度与超深值之和，取最大值3.4m
计算得单孔装药量为：
3.3.4安全距离
⑴爆破振动允许安全距离
根据《水运工程爆破技术规范》公式6.3.3，爆破振动允许安全距离按下式计算：
其中
—爆破振动安全允许距离（m）；
—与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数，取300；
—保护对象所在地质点振动安全允许速度，根据《水运工程爆破技术规范》表6.3.2，取
；
—炸药量（kg），本次水下爆破采用延时微差起爆技术，一次爆破4排，最大药量为
；
—衰减指数，取1.8。
计算得：
根据现场实际情况，湘江世纪城住宅区距最近的爆破点也在260m以外，因此水下爆破对民房不构成伤害。
⑵水中冲击波安全距离
在水深小于30m的水域内进行水下爆破，炸药量
时，水中冲击波的安全距离应符合下表3-1的规定。
表3-1水中冲击波安全距离
对象
游泳者
潜水者
施工船舶
其他航行船舶
木船
铁船
安全距离（m）
700
900
150
100
1000
⑶个别飞散物
爆破个别飞散物对人员的安全距离，当水深大于6.0m时，由于有水层阻力作用，可不考虑飞石对地面或水面以上人员的影响；当水深在1.5~6.0m时，最小安全允许距离为200~70m。
3.3.5水下爆破施工
⑴施工流程
考虑水流对爆破时碎石的冲移，每个桥墩的施工顺序为下游往上游实施爆破。
具体流程见下图3-1。
⑵施工放样
根据设计的炮孔间距和排距调整钻机的机距和排距，把钻孔区域划分成若干钻孔断面，并按顺序编上断面号，并以每排首尾两孔的平面坐标作为钻孔爆破船施工定位的依据，用全站仪测量指挥定位。
图3-1水下爆破施工工艺流程图
⑶钻孔、装药
水上钻孔采用钻孔船，在甲板上安设轨道，供钻机移动。
钻机采用CQ-100型潜孔钻机，炮孔按三角形或梅花形错开布置，钻孔孔径100mm，一次性钻到炮孔设计底标高，钻孔平面偏差不大于200mm。
炮孔成孔后，检查炮孔深度和沉碴厚度，各项指标符合质量要求后，即通知爆破员装药。
水下爆破采用Φ80防水乳化炸药，装药时应接紧提绳，配合送药杆进行，不得使药包自由下落。
爆破员测量药包是否到位，药包到位后慢慢提拔大管，防止刮带药包。
孔深小于3m时装一个起爆药包，药包位置放在孔底；孔深大于3m时加装一个起爆药包，药包位置在距离孔底2/3装药高度处。
炮孔中用河沙填塞，长度为孔深的1/5～1/3。
装药完毕经检查无误后，爆破员将导爆管起爆网络的节点整理捆扎后放在安全部位，钻孔船移位时不得越过已装药的炮孔。
装药结构见图3-2。
图3-2装药结构示意图
⑷爆破网络及起爆程序
起爆方法采用导爆管起爆（又称非电起爆）。
起爆网采用并串联网络，即每4-5排并联为一组，各组用导爆雷管串联一起。
为增加自由面，提高爆破效果，使爆破后块石破碎均匀，加快清碴速度，在导爆中采用不同段别的毫秒延期导爆管实现微差爆破。
爆破网络连接示意图见图3-3。
图3-3爆破网络连接示意图
一次起爆的钻孔全部装药完毕后，爆破员根据设计的起爆网路按不同的节点将导爆管均匀地铺设在传爆雷管四周，并用胶布捆扎牢固。
经检查无误，水上施工船舶全部撤至安全区并发出爆破预告信号后再将电雷管与水下的非电导爆管用胶布牢固地捆扎在一起。
连接电雷管的小电缆起爆前再与起爆器连接。
按设计要求起爆的炮孔起爆网路连接完毕后，经检查（同段起爆孔数、雷管段别、捆扎质量、网路节点等）无误后，现场指挥联系起爆前的各项事宜。
待人员和施工船舶撤离爆破危险区后，发爆破预告信号，5分钟后发起爆信号，发起爆信号后即刻起爆。
起爆完毕，爆破员到爆破现场检查有无盲炮，经检查无任何隐患后，发爆破解除信号，工作人员方可进入现场作业。
⑸警戒范围与信号
a.警戒范围：
根据爆破设计参数及周围环境确定警戒范围为距爆破地200m，在爆破前将人员、船舶、车辆疏散到安全地带，临时封锁范围内的道路，四周设警戒哨。
b.信号：
第一次警报：
警戒信号，将人员、船舶、车辆疏散至安全地带；
第二次警报：
起爆信号；
第三次警报：
爆后检查无误后，解除警戒，
c.爆破时间：
中午11:
30~12:
30；下午5:
00~5:
30。
⑹盲炮处理
爆破后应检查有无盲炮，爆后检查的等待时间不少于5min。
发现盲炮及其他险情时，检查人员应立即报告，根据现场实际情况制定处理方案，安排有经验的爆破员进行处理，处理前应在现场设立危险标志，并采取相应的安全措施。
首先检查导爆管是否有破损和断裂，如有应修复后重新连线起爆。
盲炮处理后，处理人员收集销毁残余的爆破器材和填写登记卡，登记卡包括盲炮的地点、发生的时间、发生的原因、处理的方法及过程、处理结果和避免再次发生的技术措施等。
⑺爆渣清理及基坑验收
爆破后用抓斗式挖泥船清渣，由拖轮拖开底泥驳运至指定弃渣区域弃渣。
基坑验收每5m测一个断面，每个断面每1~2m测一个点，用测深仪测量，并做好记录，绘制基坑底面地形图。
4、质量、安全及环保措施
4.1质量保证措施
4.1.1挖泥施工质量保证措施
⑴开工前进行详细的技术交底和安全交底，使作业人员做到心中有数。
⑵依据业主提供的首级施工控制网，进行首级施工控制网复测和施工加密控制网的施测。
测量成果上报监理工程师、业主，经核查批准后使用。
⑶施工导标应经常检查校核，并注意保护。
测量人员对施工人员进行详细交底，使施工人员明确导标的相应位置及其所标示的方向线。
⑷施工中加强对水位的观测，并及时将水位情况报告挖泥船上的技术人员，以便确定开挖深度。
⑸做好交接班工作，特殊情况影响施工时，应在岸上立终止标，以备连续作业。
⑹做好现场施工的原始记录、整理及归档工作。
4.1.2水下爆破质量保证措施
⑴当钻孔船基本定位后，施工技术人员必须等船舶稳定后再进行复测定位，确保钻孔位置偏差不影响爆破效果。
⑵钻孔不宜分层，应一次钻深到位。
钻机船移位时不得越过已装药的炮孔，以免刮断导爆管造成盲炮。
⑶钻孔时，应注意钻杆是否出现倾斜、塌孔，并及时采取措施。
遇到大风天气不得强行施工，以免船舶摇摆损坏钻杆。
⑷作好技术交底，随时观测水位，以便控制钻孔深度，并做好施工水位、爆破签证记录，填写钻机船施工记录。
⑸必须严格按爆破设计控制装药量和起爆秩序。
在专门的加工房制作炸药卷，用专用小机艇将药卷运到施工现场。
⑹炮孔堵塞物采用细沙，堵塞长度应确保药包不至浮起。
⑺根据挖泥船清碴情况，对每次爆破礁石的破碎效果进行分析，随时调整爆破参数，以达到最佳效果，提高清碴效率，减少盲炮和补炸范围。
⑻爆破网路连接施工质量措施：
电雷管在使用前必须逐个检验；加强对导爆管、乳化炸药的检验，确保使用爆破器材的可靠性，保证爆破的质量及效果；用于同一网路的雷管，必须是同厂、同型号的产品，其电阻差值应在允许范围内。
4.2安全保证措施
4.2.1爆破施工安全措施
⑴严格执行国家《中华人民共和国爆炸物品管理条例》、《爆破安全规程》、《水运工程爆破技术规范》和地方公安机关的有关规定。
⑵施工前由地方海事局发布航行公告，工地上设置明显施工通航标志，并与航道、海事部门研究施工对航行的干扰，制定相互避让办法。
⑶施工前办理好各种爆破作业许可证，爆破员必须持有《爆破作业证》，持证上岗。
⑷爆破方案经审查同意后，在当地公安部门的协助下，爆破前三天向爆区附近单位和居民发布爆破公告。
做好宣传解释工作，得到当地居民的谅解和支持，避免不必要的冲突。
⑸根据设计要求申报所需爆破器材，在取得“爆炸物品，使用许可证，准购证，运输证”等证件后，挑选符合运输要求的车辆，将所需爆破器材购回，存放在当地公安部门制定的地方，并在安全的地方由爆破员专职进行起爆体加工。
并注明重量、段别、装药地点等。
对爆破器材应设专人看管。
⑹成立爆破施工指挥及安全维护机构，落实各项安全施工事宜。
⑺在施工区域上、下游各设1艘警戒船，负责对过往船舶进行统一指挥，爆破作业时间段内作业区域河段范围内禁止所有船舶通行，严禁爆破作业时间段内在禁航水域游泳、潜水。
通航时，施工船舶尽可能单列并让出航道，施工船舶与海事指挥船保持密切联系，如遇特殊情况双方根据实际情况进行协调。
⑻钻孔爆破工人必须统一着装，穿救生衣、戴安全帽，钻探工与爆破工必须相互协调，互相配合。
⑼爆破作业时，加强岸上警戒，在岸上设立警示标志标牌，设立警戒哨。
⑽非施工人员严禁上工作船，严禁任何非施工船只停靠爆破作业船。
⑾所使用的危爆物品由民爆公司每天配送至施工现场，当天未使用完危爆物品及时退库。
加强爆破器材的管理，严格出入库制度，杜绝丢失。
⑿爆破前必须由爆破员、爆破工程师和技术负责人三道检查签字后方可实施爆破。
⒀针对爆区实际情况，设计合理的爆破方案，严格控制最大段装药量和一次爆破的总装药量，严格控制爆破振动、水冲击波及飞石等有害效应。
⒁采用非电毫秒雷管微差爆破技术，实行孔内多段微差爆破，以降低爆破振动，改善破碎效果。
⒂划定安全警戒区，警戒区内一切正常后，连续摇响报警器三次，然后实施爆破。
爆破后15分钟船舶方可进入现场，检查爆破情况，并按规定处理好盲炮，最后撤除警戒区。
4.2.2其他安全施工措施
⑴特殊工种的操作人员均已经过培训，持证上岗。
⑵施工人员进入现场必须带好安全帽，扣紧帽带（无关人员禁止进入施工现场）。
高空操作人员在施工时必须系好安全带，穿防滑鞋。
⑶所有参与施工的工程船舶都必须备有满足施工和汛期使用的锚索具和工属具。
在施工中根据滩险工况，必要时要增设保险主、横缆。
⑷施工船舶应加强值班，并注意收听气象预报，做好防抗雷雨大风的一切准备。
船上的动力线路、照明线路经常保持完好状状态，以防漏电激发火花，引起火灾。
⑸加强
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