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信息化施工潤揚長江公路大橋南汊橋采用跨徑1490m雙塔單跨雙鉸鋼箱梁懸索橋方案，是我國目前跨徑最大的橋梁，位居世界第三。懸索橋兩根主纜6.8萬噸拉力通過錨碇及重力式嵌巖基礎傳至地基。南錨碇基礎尺寸為70.5m×52.5m×29m（長×寬×深），為特大型嵌巖深基坑工程。設計方案經過初步設計階段、技術設計階段和帶案招標設計階段等對沉井、地下連續墻、凍結、地下連續墻加凍結、排樁加凍結基礎方案的反復論證和比較，最終確定在國內首次采用?“凍結排樁基坑圍護設計方案”。
1、工程地質及水文情況
1.1工程地質狀況南錨碇位于鎮江岸農田內，距江邊大堤540m，距達標大堤270m。地處下揚子板塊前陸褶皺沖斷區寧鎮沖斷帶。錨區地面高程+3.0m（黃海高程系統，以下同），，第四系覆蓋層主要以軟塑淤泥質亞粘土、亞粘土與粉砂互層為主，底層為3～5m粉細砂，總厚27.80～29.40m。基巖的巖性為二長風化花崗巖，層面總體上較為平緩，標高在-24.80～-26.40m之間，但全風化層和強風化層分布不均勻。在基坑西側巖石呈碎裂結構，裂隙發育。
1.2水文條件南錨碇場區地下水位為+1.8～+2.2m，由于區域斷裂構造的疊加影響及長江漫灘沖刷沉積，賦存兩大含水層組——第四系孔隙微承壓含水層組及基巖裂隙微承壓含水層組，其滲透系數分別為2.0m/d和0.006～0.4 m/d，兩個含水層與長江水系均有不同程度的水力聯系。
2、凍結排樁圍護結構設計與施工
2.1基本原理 深大基坑工程施工關鍵技術是解決封水和擋土問題。南錨碇凍結排樁圍護體系是以含水地層凍結形成的凍結帷幕為基坑的封水結構，以排樁及內支撐系統為抵抗水土壓力的承力結構，將二者的優勢有機結合起來，形成一種新的圍護技術，較好地解決了基坑圍護結構的嵌巖及封水問題。
2.2結構設計
2.2.1排樁結構設計沿基坑四周布置140φ150cm@170cm(172.5cm)鉆孔灌注樁，樁長35m，嵌巖6m。基坑內設7道鋼筋混凝土水平支撐，并由29根鋼格構作為水平支撐的支承立柱。
2.2.2凍結帷幕設計凍結帷幕布置在排樁外側，設計采用單排凍結孔凍結封水，與排樁插花布置，間距1.70m（1.725m），距離排樁中心線1.4m。凍結孔數量為144個，孔深40m，凍結帷幕入巖11m。為了保護凍結帷幕不會因地下水繞流沖刷融化，同時增加封水深度減少基底的涌水量和揚壓力，沿基坑一周共設置74個注漿孔，在凍結前，對深度37～45m范圍內的基巖裂隙進行地面預注漿封堵。含水地層經凍結后產生凍脹，當這種凍脹受到約束時，就會產生凍脹力。為了降低凍脹力對排樁結構不利影響，設計采取在凍結帷幕外側覆蓋層土體內設置288φ25cm卸壓孔。為了有效地釋放凍脹力，卸壓孔內注滿優質泥漿。以防孔壁坍塌。
2.3施工工藝
2.3.1工藝流程
2.3.2預注漿施工 ① 注漿工藝根據錨碇場區地質水文條件，施工采用下行式注漿方案。施工設備主要有地質鉆機、注漿機和制漿機。注漿施工順序為：鉆機就位 固管段鉆進施工 下鋼套管、固管 第一段高取芯 清孔 壓水試驗 漿液配制 注漿 養護 第二段高取芯、注漿 ②注漿相關參數㈠注漿深度：-34.0米～-42.0米，注漿段高為8.0米，分兩個段高，每段4m。㈡注漿壓力：注漿的終壓為靜水壓力的1.5~4倍，即0.6~1.8MPa之間。㈢注漿擴散半徑：2.5~4m。㈣注漿材料：p.o32.5普硅水泥+40°Be水玻璃。㈤漿液配比：水泥漿液配比（水灰比）2：1、1.5：1、1.25：1、1：1、0.8：1、0.7：1、0.6：1七種，根據注漿鉆孔時的吸水量確定漿液濃度，如吸水量小，說明可注性差，選擇稀漿高壓注漿；反之亦然。 ?2.3.2 排樁施工排樁采用跳鉆成孔施工工藝。根據排樁設計凈距20cm（22.5cm）要求，施工重點控制成孔質量，主要是垂直度（1/200）和孔徑（擴孔系數1.05）控制，其施工要點： ① 選擇鉆機剛度較大，導向性好地反循環鉆機鉆孔，優質膨潤土化學泥漿護壁。 ② 安裝鉆機時要使鉆盤、底座水平，起重滑輪中心、鉆桿中心和護筒中心“三點一線”。?③ 采取配重-減壓鉆進工藝，俗稱“吊著打”，控制鉆孔垂直度；根據土質變化，合理選擇鉆頭及鉆進參數，覆蓋層用刮刀鉆頭中速鉆進，基巖用滾刀鉆頭低速鉆進。?④ 采用JJC-1A檢測儀測量孔徑、孔斜等指標，一般在成孔過程中檢測一次，終孔驗收檢測一次，發現問題及時解決。 ⑤ 鉆進、清孔過程中，保持孔內外水頭差。施工高峰時有19臺鉆機同時進行鉆孔，65天完成140根鉆孔灌注排樁，樁身質量用超聲波脈沖檢測法逐根進行檢測，全部為A類樁。
2.3.3 凍結帷幕施工 ① 凍結孔、卸壓孔施工在鹽水溫度、凍結管直徑相同的凍結條件下，凍結帷幕的形成時間與凍結孔開孔間距、鉆孔偏斜率有關，間距越大，凍結帷幕的形成時間就越長。為了達到凍結帷幕形成時間、厚度基本一致，必須按照設計孔位進行精確放樣，并嚴格控制鉆孔偏斜率，施工要求第四系覆蓋層偏斜率≯0.3%，基巖層≯0.5%。成孔后采用燈光或陀螺儀對鉆孔進行測斜并繪制鉆孔偏斜平面圖，鉆孔超出規定偏斜要求需進行糾偏或回填土重鉆等方法處理。卸壓孔施工時使用優質粘土粉、纖維素、面堿、聚丙烯酰胺等材料配置鉆進泥漿和充填泥漿。為保持孔口穩定，防止雜物落入孔內使泄壓孔失效，在其周邊砌筑溝槽和孔口加蓋等措施進行保護。 ② 凍結管安裝與試壓凍結管采用規格為Φ127Χ6mm低碳鋼無縫鋼管，內供液管采用Φ50Χ5mm聚乙烯塑料管。凍結管下放到位后，進行壓力試驗，初壓力1.0~1.5MPa，經30分鐘觀察，降壓≯0.05MPa，再延長15分鐘壓力不降為合格。 ③ 積極凍結和積極凍結期積極凍結期是指凍結器開始循環低溫鹽水，土層降溫、凍結交圈、凍結壁達到設計厚度和溫度的過程。積極凍結所用的時間為積極凍結期。積極凍結技術指標：鹽水溫度-28~-29℃；單孔不平衡溫度0.5℃；單孔流量5m3/h；凍土發展半徑20mm/d；積極凍結期計劃65d。凍結壁發展半徑、速度及交圈情況是根據埋設在地層內不同位置、不同深度的溫度傳感器測得的溫度場進行初步判定。最終判定凍結帷幕是否交圈是在坑內進行降水，觀測坑內外水位變化情況。 圖6 凍結帷幕形成示意圖 ④維護凍結確定凍結帷幕形成并達到設計要求后，即可進入維護凍結階段。其主要目的是補充凍結帷幕隨時間損失的能量，控制凍結帷幕厚度不再繼續增長或削弱，保證其在基坑開挖及回填階段達到有效封水。維護凍結期間，通過對凍結帷幕溫度的監控確定鹽水溫度、流量等參數。
2.3.4 基坑開挖及支護基坑深度達29m，開挖方量近10萬方。水平支撐為鋼筋混凝土結構，共7層；土方開挖分8層進行，支撐采用“逆做法”，開挖一層澆筑一道支撐。由于凍土存在蠕變效應，排樁暴露時間愈短愈好，盡可能減少支護結構的變形。對此，施工中采取以下措施：?① 規定排樁暴露時間不大于48h。 ② 每層開挖及支撐施工分三個區，即一個對策、兩個角撐，施工順序先對撐后角撐，開挖、支撐施工形成流水作業。 ③ 在淤泥質亞粘土地層采用真空深井降水效果不佳，第三、四層輔以淺層輕型井點降水改善基坑作業環境，加快施工速度。 ④ 加大施工投入， 尤其增加土方開挖及提升設備。 ⑤ 加強信息化施工的管理，進行動態設計，動態施工。
2.3.5 基坑封底及混凝土回填基礎設計封底厚度2.0m，混凝土總方量為6700m3。為了減小基底涌水等施工風險，同時縮短基巖的暴露時間，封底混凝土分8個區域進行澆筑，即一個區域開挖到設計標高后，快速進行清底并設置排水設施，然后立模進行混凝土澆筑，直至整個封底混凝土澆筑完成。填芯按照大體積混凝土施工工藝要求，采取分層分塊進行施工，層厚1.5~2.0m不等。
2.4信息化施工監測南錨碇基礎工程是國內外首例采用凍結排樁支護方案的工程。實型監測成為提供設計依據、優化設計和可靠度評價不可缺少的手段，同時為本項目的科研提供了真實可靠的資料，為該方案進一步在理論上得以升華，為今后的類似工程提供實踐經驗。2 排樁側向變形 1次/天 每隔0.5m高度采集一次數據 2次/周 1次/周 3 坑外土體地表及深層土體水平位移 1次/3天 砼澆筑1/2前 1次/周 砼澆筑1/2后 4 支撐立柱頂面垂直及水平位移 1次/天 底板澆筑前 5 排樁鋼筋應力 1次/天 底板澆筑前 6 排樁樁身應變 1次/天 底板澆筑前 7 水平支撐軸力 1次/天 底板澆筑前 8 凍結帷幕溫度 4h/次 積極凍結 8h/次 維護凍結 9 凍脹力 2次/天 積極凍結 1次/天 基坑開挖 10 坑內地下水位 1次/天 底板澆筑前 11 坑外地下水位 1次/天 底板澆筑前 基坑布設的所有監測點按照上述監測方法和頻率，每天可以提供1500個左右的監測數據，并及時反饋信息，結合現場實際，及時修改完善設計，正確指導施工。在基坑開挖第三層時，根據當時監測到第一道水平支撐Z1-1處的軸力為1050T，超過設計報警值；排樁的位移亦大于設計計算值的信息后，經過業主、監理、設計單位和施工單位現場分析，然后請科研單位進行正、反演分析，認為主要是凍脹力過大引起的，隨即采取以下措施，取得了較好的效果，基坑順利見巖并成功封底。 ① 恢復原設計7道水平支撐，加密支撐間距，加大支撐截面尺寸，并對第二道支撐進行加強處理； ② 在原卸壓孔位外側施工卸壓槽，釋放凍脹力。 ③ 調節鹽水溫度，使各監測點溫度維持在平衡狀態，控制凍結壁厚度不再擴展，從而不引起新的凍脹力的產生。 ④ 增加施工投入，調整施工工藝，加快施工速度，減少墻體暴露時間。 注：Z1-1、Z2-1分別代表基坑第一、二道支撐軸力監測值。圖7 支撐軸力監測變化曲線（僅示1#監測斷面） 注：排樁向坑內位移為“—”，向坑外位移為“+”。
3、結束語
深基坑“凍結排樁”圍護新技術在潤揚大橋南錨碇基礎工程中應用取得圓滿成功，是我國巖土工程基礎施工法的一個技術創新。該方法使結構物深基礎嵌巖問題變得簡單易行，這是地下連續墻、沉井等施工方法難以逾越的。通過工程實踐，仍有一些需要解決的技術難題，例如如何有效地控制凍結墻體厚度；如何降低凍脹力對結構的影響；研究新的卸壓手段等。
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