沙漠深谷建设中的西拉沐沦特大桥 —— 中交路桥华北工程有限公司西拉沐沦特大桥项目技术创新解难题

（记者 常魁星  通讯员 张铮 路国伟）五月，正是草原春回大地万物复苏之时。行走在西拉沐沦特大桥施工沿线，放眼望去，彩旗飘飘，塔吊林立，工人们兢兢业业，运输车辆来往穿梭，一派繁忙的劳动景象。近日，中交路建承建的西拉沐沦特大桥无索段全部完成，标志着主桥全面进入斜拉索施工阶段。这座世界最高、跨径最大的混凝土结构多矮塔斜拉桥，随着工程的快速推进，也越来越多引人关注。 

西拉沐沦特大桥，位于浑善达克沙地，是丹锡高速公路经乌段的重点控制性工程，是目前国内首座在风积沙峡谷 区建设的桥梁，施工难度大、技术要求高。中交路桥华北工程有限公司西拉沐沦特大桥项目团队选定主攻方向， 解难题，出对策，求实效，形成了一批在前瞻科技、核心领域具有自主知识产权的创新成果。从进场一片荒芜，到西拉沐沦特大桥栈桥贯通；从超长桩灌注，到超大体积围堰承台施工；从全封闭液压爬模推进，到宽幅挂篮推进。回忆过去一路汗水的日日夜夜，项目参建员工的心里无不感触万千。

西拉沐沦特大桥为丹锡高速经乌段的控制性工程，全长2064米，跨越辽河源头西拉沐沦河，横亘在浑善达克沙地上。主桥为128+5×240+128米六塔七跨预应力混凝土矮塔斜拉桥，采用单索面双排斜拉索，主墩桥面高度170米，墩塔外观形似宝剑，与古老的红山文化交相辉映，串联起了克什克腾世界地质公园，彰显人与自然和谐共生的建筑理念。

在我国，沙漠的总面积约63.7万平方公里，占全国陆地的6.8%左右，主要分布在西部的新疆（40.4%）,甘肃(6.6%)，内蒙古(5.2%)，宁夏(4.1%)及青海(3.5%)等省区。浑善达克沙地是中国十大沙漠沙地之一，位于内蒙古中部锡林郭勒草原南端。第四纪受东亚季风及其变迁影响，环境在温带荒漠草原至森林草原之间波动变化，沙漠扩展与沙丘固定，形成温带黄色季风型沙漠沉积。

西拉沐沦河又名潢水，发源于浑善达克沙地边缘的克什克腾旗境内，全长1250公里。它是北方民族的摇篮和发祥地。中国考古学泰斗苏秉琦先生生前说，如果说黄河是中华民族的母亲河，那么西拉沐沦就是我们的祖母河。闻名遐迩的红山文化、蒙元文化就诞生于潢水之滨，曾有诗云：“日出红山后，龙兴潢水源”。经过亿万年的流水侵蚀，终于在浑善达克沙地形成了西拉沐沦大峡谷。

风积沙是被风吹，积淀的沙层，多见于沙漠、戈壁。其粒径主要分布在0.074～0.250㎜之间，含量高达90%以上，大于0.25㎜的颗粒极少，仅为0.1%。而小于0.074㎜的颗粒也只有不足9%。不均匀系数约为1.35。风积沙一般具有结构松散、级配不良、孔隙率大、透水性强、保水性较差、水稳性好、粘聚力小甚至无粘聚力、抗剪强度低的特点.其矿物成分以石英、长石、云母为主，易溶盐含量很小，其化学性质呈微碱性，无腐蚀性。

万丈高楼平地起，处于沙漠之中的特大桥来说，基础能否稳固成型决定了它的建设走向，西拉沐沦特大桥最长桩基深度102米，大部分桩基都处于70m以上的风积沙地层中，引桥4#～6#墩、15#～16#墩，主桥过渡墩7#墩、14#墩位于西拉沐沦河两岸风积沙山坡上，在此地区进行岸坡开挖和桩基施工，往往事故发生率高、速度慢。大桥施工的难点问题有：

（1）岸坡墩位基础施工安全问题

①滑坡风险极高，作业平台难以形成。

桩基施工前，必须搭设坚实牢固的作业平台，以满足设备和劳动力作业环境要求。而施工墩位处作业平台需要对承台周边山体进行切坡，墩位开挖防护难度极大，易造成岸坡面大面积滑塌。

②缺乏行之有效的岸坡支护措施

岸坡高差大，加之双向临空面影响，上坡面主动土压力远远超出常规项目，岸坡支护设计的系统性、复杂性、可控制超出预期。

③机械设备安全

机械设备没有稳固的作业面。特种机械作业需要有坚实稳固,保持一定水平位置的作业面，才能保证机械安全。目前修建钻孔平台、实施支护措施的施工机械在风积沙坡面没有稳定的作业面，自身安全稳定也无法保证。

④现场人员安全

潜在滑坡安全威胁对现场人员极易造成坍塌、高处坠落、机械车辆伤害。

（2）桩基施工质量问题

巨厚砂层中钻孔灌注桩施工可能出现的问题有：

（1）易造成塌孔、埋钻事故，严重者易出现塌串孔；

（2）砂粒细度细，清孔难度大，浇筑过程中沉淀快, 易引起孔内沉渣厚、桩底有缺陷；

（3）灌注砼时局部孔壁坍塌造成桩身“夹心”的缺陷。

发生这些情况不但造成施工进度慢,延误工期,而且给承建单位造成巨大的经济损失。如何因地制宜，确定可行、可靠的风积沙岸坡注浆加固方法和超长大直径桩成孔工艺，实现又好、又快、又安全地完成桥梁基础施工，一直是工程建设者的努力方向和追求的目标。

在大量工程背景下，风积沙的研究主要集中在风积沙化学和矿物成分、颗粒组成、基本的物理性质、施工工艺和质量检测方法等。未见对风积沙岸坡的加固效果和机理的研究。国内对于巨厚风积沙层大直径长桩的研究很少，只是就厚砂层钻孔灌注桩的施工质量控制病害防治有部分研究，尤其是对于风积沙层大直径桩，细沙层在40m以上的长桩、超长桩国内还没有相关研究先例。

针对风积沙岸坡施工，中交路桥华北工程有限公司西拉沐沦特大桥项目研究团队首先开展了风积沙岸坡的安全稳定性分析。通过建立精细化的分析模型，考虑砂土层界面的力学特性、水位变化等因素，计算分析边坡的滑动面深度及安全系数，获得对边坡稳定性影响极大的潜在滑动面，为边坡的加固范围和加固方法提供依据。

综合考虑诸多规范规定及大桥施工期及长期安全运行的要求，选定西拉沐沦特大桥岸坡稳定性安全系数控制标准。考虑施工工序对岸坡稳定性的影响，我们从多墩同时施工、从上往下施工、从下往上施工、单墩施工等方面分别进行了分析，除单墩以自然边坡进行放坡开挖处于基本稳定外，按其余工序施工，岸坡均处于不稳定状态，安全系数均不能满足施工，但单墩施工削坡方量太大，最大达69625m3。通过对风积沙岸坡进行安全稳定性分析，我们得出以下结论：多墩施工，稳定性难以满足要求；单墩施工，削坡方量巨大；放坡开挖难以在本项目实施；岸坡施工前需进行支护加固。

接下来项目拟定两个初步加固施工方案（钢平台、注浆防护）进行比眩采用钢平台施工时，钢板桩、钢管桩振沉施工时的激振力对岸坡稳定的影响无法避免，且极易出现边护边塌的情形，对作业人员、机械安全隐患极大。施工工期长。岸坡面上各墩位需要等便道初步成型后依次自下而上进行施工，单个平台搭设处理时间在1个月左右，且需要待所有岸坡面钢平台搭设完毕，观测稳定后再进行桩基施工。平台搭设完成后仍然有可能受雨水冲刷和钻机作业时振动、施工引发山体应力状态变化，导致整体失稳，需要密切进行监控监测。桩基施工完毕，破除桩头需拆除平台、割除护筒后施工，而后续承台没有基底作业面，无法施工。