對橋下低凈空水庫樁基礎施工技術研究

唐軍義

Study on Construction Technology of Reservoir Pile Foundation with Low Clearance under the Bridge

摘要： 近幾年來，伴隨著國內城市化進程的不斷加快，車輛保有量不斷增大，對高速公路及橋梁通行里程要求越來越高。近10年內，對我國的橋梁工程的日益增多，獲得了快速的發展。同樣，橋梁一旦建成之后，作為隱蔽工程的樁基礎伴隨高速的發展，車流的增大，環境的變化等等，相應的基礎病害漸漸出現，且不易被人們發現。因此，做好橋梁工程樁基礎的施工質量控制以及后期的維護工作有著重要的意義。本文先對特殊樁基礎的特點以及施工過程進行探討，并結合某高速公路上某大橋基礎加固工程案例對特殊環境條件下樁基礎的施工技術工作進行研究。

Abstract： In recent years， with the continuous acceleration of the process of urbanization in China， the number of vehicle ownership has been increasing， and the requirements for freeways and bridges have become higher and higher. In the past 10 years， the number of bridge projects in China has increased rapidly and rapid development has been achieved. Similarly， once the bridge is completed， as a pile foundation for hidden projects， with the development of high speed， the increase of traffic flow and the change of the environment， etc.， the corresponding basic diseases gradually appear and are not easily discovered by people. Therefore， it is of great significance to do a good job in the construction quality control of bridge foundation piles and the maintenance work in the later period. This article firstly discusses the characteristics of special pile foundations and the construction process， and studies the construction technology of pile foundation under special environmental conditions with the case.

關鍵詞： 橋下低凈空；水庫樁基礎；施工技術

Key words： low clearance under bridge；pile foundation of reservoir；construction technology

中圖分類號：U445.55+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）15-0144-03

0 引言

樁基礎的施工質量直接影響到橋梁工程的安全性與耐久性，因而在進行樁基礎施工過程中，要控制好樁基礎施工技術，同時施工前做好施工準備工作，施工過程中進行嚴格的監督檢查工作。橋梁建成之后，要重視樁基礎的檢測與維護工作，確保樁基礎不出現質量問題，提升橋梁工程運營過程中的安全效果。

1 工程概況

該工程為某高速公路上某大橋，南行起止樁號為K66+232.86～K66+484.42，橋梁全長251.56m；北行起止樁號為K66+172.86～K66+454.42，橋梁全長281.56m，橋面全寬32m。橋梁上部結構南行為30.3m+6×30.0m+30.3m 預應力混凝土先簡支后橋面連續T 梁，北行為30.3m+7×30.0m+30.3m 預應力混凝土先簡支后橋面連續T 梁，單幅均由7 片T 梁組成。下部結構橋臺有框架式橋臺和重力式橋臺、雙柱式橋墩結構，鉆孔灌注樁基礎和趾板式基礎。橋墩編號：北行0#臺至9#臺，南行2#臺至10#臺，共19個墩臺。該大橋跨越某水庫，該水庫屬于地方飲用水保護區，保護等級一級。現場調查發現，橋下凈空，即梁底距離水面3～5m，水庫中水位高差變化不大，基本為靜態。河床距離水面深度0.8～5.7m不等，最深位于5#墩和6#墩。

在當前車流遠遠超出建設期設計要求條件下，針對該橋基礎及上構進行了全方面檢測和結構驗算，發現存在以下主要病害有：原橋樁基礎承載力欠缺，不滿足當前車流作用下恒活載，須進行基礎加固；另通過水下排查發現原樁身及樁柱連接位置質量較差，受常年水腐蝕，部分樁頭已破損；最后為墩柱及上部主梁、橫隔板、濕接縫局部剝落露筋、麻面露骨，產生裂縫現象。為此，須對其進行維修加固，加固重點：沿原樁邊新增樁基礎，通過新增承臺結構連接原立柱，通過100%基礎替換原橋基礎承載力，本橋共計加固橋墩15座，新增直徑1.5m樁基礎30根，外包立柱15座，其余進行裂縫修補和砼破損修補。

2 已建成橋梁工程樁基礎的病害分析

在進行橋梁工程樁基礎的施工工作時，如果施工現場橋梁地基處淺層的土質較差，并且施工中很難進行地基的處理時，橋梁結構物將會對地基的變形、穩定性等方面產生不利的影響，進而導致橋梁工程存在安全性隱患。對于低凈空跨越庫區的橋梁來說，樁基礎是一種最常用到的基礎加固形式，并且利用樁端阻力以及樁側的摩擦阻力，可以將橋梁工程產生的豎向載荷集中的傳遞到深層的巖層上。對于本工程來說，樁基孔內水位低于圍堰外水庫水面標高（約2m左右），水庫水通過水壓極易滲透至樁孔內和泥漿池內，造成樁基成孔困難，易出現樁基塌孔現象。另外，橋底凈空較低僅4m左右，不滿足施工鉆機高度6m要求，須進行基坑開挖換填。此外，樁基施工均位于橋下，原有橋梁的交通量較大，新增樁距離舊樁較近，樁基鉆進過程對舊橋基礎有一定干擾，存在較大安全隱患，須全程對舊橋連續監測，包括水平位移和沉降觀測等，確保原有舊橋結構安全。同時樁基施工工作面小，比較集中，工作任務重，受天氣及水位變化影響較大，工期較緊，進行周密的施工組織安排。

3 橋梁工程樁基礎施工技術要點

3.1 施工前的準備工作

在進行橋梁工程的施工工作前，要對施工現場的水位、地質資料進行收集，同時還要對相關的資料進行研究與了解。另外，施工單位要組織人員進行樁基礎施工圖紙的審核工作，并且要對施工現場附近的地下管線資料進行收集。之后，要進行樁基礎施工方案報告的設計、整理與制定，確保施工工作的順利進行。

3.2 泥漿的制備

泥漿的制備將會對樁基礎的施工質量造成重要的影響，因而要確保泥漿的防滲、防水效果，同時還要確保泥漿的物理性質、化學性質不受外界環境的影響。制備過程中，通過試驗確定泥漿的配合比，同時還要確保泥漿符合強度以及和易性等方面的要求。

3.3 鉆孔施工技術

在進行樁基礎的鉆孔施工工作時，首先要開啟泥漿泵與轉盤，空轉一定時間之后再進行鉆進工作，這樣一來可以保證泥漿的輸入數量達到相關規定的要求。鉆進過程中，要保證接卸鉆桿工作的安全性與穩定性， 同時還要避免停鉆時間太長的問題。另外，在進行鉆孔施工時，要對鉆桿進行實時的檢查，避免彎曲問題的出現。鉆孔工作結束之后，要對孔徑以及孔深、鉆孔的垂直度進行嚴格的檢查，一旦發現問題要進行及時的調整。

3.4 鋼筋籠的加工和安裝

在進行鋼筋籠的加工制作過程中，要保證鋼筋的鋼號、直徑以及種類等方面均符合設計要求。鋼筋籠可以在工廠進行集中的加工，制作結束后再使用運輸機械將其運送到相應的樁位。在進行鋼筋的焊接工作時，要合理選擇焊接的方法，控制好焊接工作的質量。

3.5 混凝土的灌注

在進行混凝土的灌注工作之前，要對混凝土的質量進行嚴格的檢查，同時還要對鉆孔工作的質量以及鋼筋的綁扎質量進行檢查，確保各項工作無誤之后在進行混凝土的澆筑工作。灌注過程中，要保證導管的分節長度小于提升設備的高度，這樣一來便于設備的拆裝、搬運。施工時將導管放入樁孔的中間位置，同時要保證導管絲扣的嚴密性。一般來說，灌注混凝土時導管的底部和孔底之間要控制在3～5m。

4 施工中的難點以及相應的處理措施

4.1 施工難點

4.1.1 臨建工程（便道、棧橋、鋼板樁、臨時支架搭設及駐地建設方面）

①施工便道需從高速路兩旁開口進入，交通量大，維護壓力較大。

②施工區域為一級保護水源，環境保護要求非常嚴格。

③施工區域地質復雜，給便橋搭設及鋼板樁插打帶來較大難度。

④施工條件及場地空間有限，臨時出入很不方便，缺少干凈的飲用水資源。

⑤場地淤泥嚴重，進入場地內施工難度大。

4.1.2 低凈空橋下水庫圍堰

①橋底下凈空嚴重不足，圍堰施工難度極大。

②分階段施工，圍堰內擋水施工困難。

4.1.3 樁基工程施工

①樁基施工護筒內水位較水庫水位底，存在較大水位差（達2～3m），易出現反涌現象。

②淤泥層比較厚，出現塌孔縮孔等現象。

③地質復雜，存在夾層、孤石、砂層、淤泥層等問題，樁基施工難度大。

④凈空高度不足，需要進行開挖，場地淤泥多，給鉆機就位帶來很大難度。

4.2 施工過程中的工藝技術點

本工程加固橋墩長期處于泡水基礎水庫中，受地質情況復雜，舊結構病害嚴重，樁基水位高差懸殊等因素，項目施工開展過程遇到較多施工問題，針對各項施工難點，本部通過對工藝的改進和優化，擬總結以下新工藝技術點：

4.2.1 主要臨建施工工藝改進

本項目主要臨建工程施工包括便橋施工、鋼板樁圍堰堵水施工及軟基基礎的支撐方案。便橋搭設初期，施工設計采用45kW的振動錘進行鋼管樁插打，考慮本橋橫跨水庫，兩側南北行基于山腳相切，橋墩常年浸泡水中，結合原地質超前鉆情況分析，該處地質復雜，存在夾層、傾斜破碎帶巖面，致使插打鋼護筒過程中入土深度不滿足方案設計要求，后通過比對材料、設備、工藝等，選用90kW的振動錘，徹底有效解決了便橋鋼管樁基礎的入土深度不足的問題。本項目由水庫水中作業轉為陸上作業（橋下凈空不足4m，無法施工），項目部擬采用12～18m的拉森Ⅳ型鋼板樁進行堵水圍堰，利用兩側貫通的施工便橋作為側向支擋，通過模擬水庫中土壓力、水壓力以及側向抗拔力結構驗算，設計了本次堵水圍堰方案，圍堰內外水位差控制在2m范圍內，圖1為施工現場的鋼板樁圍堰以及分階段自行設計橋下低凈空堵水圍堰套箱。

4.2.2 樁基施工工藝方面

本次樁基施工工藝做工藝改進，主要從以下方面：

第一，改進施工鉆機及配套鉆頭。根據橋下凈空最低要求、設計嵌巖要求以及超前鉆地質情況摸查，特引進國內先進最大型刮刀鉆500型鉆機1臺，400型鉆機2臺，選用鋼板厚度達7cm刮刀鉆頭，鉆尖位置合金片通過比選市場上多種合金片進行多次嘗試試驗，最終挑選并改裝出滿足本項目要求的鉆頭及鉆機，圖2為施工中自行改造樁基鉆頭以及量身定做滿足要求的施工鉆機。

第二，改良提供鉆機工作環境。考慮新增樁入微風化花崗巖，嵌巖深度較大，對鉆機自重要求較高，現場采用換填后再場地硬化這個比較經濟的方式進行處理，首先對淤泥進行換填1m的深度，經過壓路機碾壓后，在上面進行安裝鋼筋，澆筑25cm厚混凝土，確保沒問題后鉆機就位開始施工。

第三，雙護筒跟進配套自制泥漿改進工藝。經項目研究，樁基施工分兩階段進行，第一階段在護筒下放過程，采用大小雙護筒跟進方法進行施工，首先下放大鋼護筒一直跟進到強風化巖層面，該階段主要用于造漿，通過對地質土樣的實驗數據調查，自制適合要求的泥漿調制配方，然后在第二階段下放正常鉆進用的小護筒，大小鋼護筒間隙采用細砂灌注水的辦法使其密實，徹底解決孔內滲水問題，確保鉆進泥漿濃度，有效杜絕塌孔、縮孔以及反涌等現象出現，確保了安全并加快了施工進度。

5 結束語

進入二十一世紀以來，伴隨著國內經濟社會水平的不斷提升，我國對于公路交通事業的發展越來越重視，橋梁工程作為重要的路橋設施，其施工質量直接影響到我國交通事業的發展。因而，在進行橋梁工程的建設過程中，要重視樁基礎的施工質量，確保橋梁工程運營過程中的安全性與耐久性。

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