道路橋梁工程中樁基礎施工技術討論

任慧

隨著我國經濟的不斷發展，城市建設發展的速度呈現出前所未有的局面，為了滿足人們日益增長的交通、住房、生產需求，城市規模不斷擴大，臨水建筑工程、水中建筑工程數量也呈現上升趨勢，而水中樁基礎作為構筑物結構主要承重構件直接承擔構筑物上部結構傳遞的荷載, 其質量直接關系到構筑物使用的耐久性。本文對道路橋梁工程中水中樁基礎的主要作用和基礎施工技術進行簡要探討，并對施工質量控制要點進行分析，為提高水中樁基礎的施工質量提出幾點意見。

近年來，大型城市及超大型城市的誕生，長三角、粵港澳大灣區等城市群成為承載發展要素的主要空間形式，我國經濟發展的空間結構發生深刻變化。因此，國家進一步加強了基礎設施的建設投資力度。 而我國是一個國土面積遼闊、地形復雜多樣的國家，城市擴大經濟圈內存在各類江、河、湖、海，隨著城市的發展、經濟的發展以及人們在生活環境上的追求，對水中建筑物的技術要求也與日俱增。目前，施工工程設備、技術已經得到很大發展，但是在精細化、數據化施工控制技術方面仍存在許多不足。其中，臨水或水中的樁基礎包括港口工程樁基、碼頭樁基、橋梁樁基、近海平臺樁基、防水圍堰的板樁及海邊建筑樁基等，屬于地下隱蔽工程，容易產生施工質量隱患，特別是在特殊地質區域施工更難控制。

一、水中樁基礎的施工方法

（1）按照施工場所不同有圍堰筑島法和水域工作平臺法，圍堰筑島法是先修筑好圍堰確定施工場地，再在水中吸泥、抽水，然后修筑水域島或者長堤做樁基施工，此方法多用于淺水樁基礎，成本投入較小，施工方法簡單，無需大型施工機械，施工技術易掌握，施工安全有保證，施工過程中可以保證工作環境無水或水面靜止，有利于施工質量的保證，常用的圍堰筑島類型有土石圍堰、木質圍堰、鋼籠圍堰（及竹籠、木籠、鉛絲籠）、膜袋圍堰等；水域工作平臺法是用船或支架拼裝建造施工平臺，根據平臺的定位不同可分為船式、支架式和浮沉世等，有時配合使用定位船、吊船等，在組合的船組中備有混凝土工廠、水泵、空氣壓縮機、動力設備、龍門吊等施工機具設備，水中支架的安裝要滿足結構強度、剛度和船只的浮力，保證足夠的穩定性。

（2）按照施工工藝不同有灌注樁施工、螺旋鉆機施工、泥漿護壁成孔灌注樁施工。灌注樁施工中的灌注樁是一種就位成孔，鋼筋混凝土制的或者灌注混凝土制成的樁。施工工藝包括測定樁位、埋設護筒、泥漿制備、清孔、吊放鋼筋籠等。這種施工工藝可以適應各種地層，無需接樁，同時在施工過程中的優點非常明顯，包括無振動、無擠土、同時噪音較小，在建筑物密集處使用該方法優勢較為明顯。但是在該工藝成孔時會有大量土渣或者泥漿排出。并且，該工藝對人員操作要求較為嚴格，后期養護時間長。螺旋鉆機施工對施工場地要求較高，但是優點是利用該工藝施工如果由鉆頭部直接灌注混凝土就不存在處理樁底沉渣問題，成樁效果比較好。流程主要包括定位放線后鉆機定位、鉆進成孔。利用不同鉆頭處理不同土層。泥漿護壁成孔灌注樁的成孔方式有正(反)循環回轉鉆成孔、正(反）循環潛水鉆成孔、沖擊鉆成孔、沖抓錐成孔、鉆斗鉆成孔等。施工中首先進行平整場地、進行測量放線并埋設護筒等施工準備工作，然后進行鉆孔作業及清孔，鋼筋籠制作吊裝并灌注。

二、水中樁基礎的特點和作用

（1）水中樁基礎的特點主要有：樁都存在一個環境水對混凝土、剛才與鋼筋的請示、腐蝕與磨損問題；由于水下樁基礎要承受相當大的水平力，特殊情況下還可能承受船只的碰撞力，所以作用在承臺上的合力與垂線的夾角一般很大；由于施工后河床大量沖刷和大量沉淀淤積，水位降低導致樁周土體內有效應力增加等原因可能導致負摩擦力的產生；水中樁基礎受水文條件的影響比較明顯；

（2）水中樁基礎的作用主要是：第一，通過樁把荷載傳至水下軟土層以下的堅硬的土層或者巖層（如支撐樁或柱樁）；第二，通過樁的表面摩擦阻力把荷載傳至土體（如懸承樁或摩擦樁）；第三、為了保證基礎的穩定性和可靠性，施工人員將樁打入沖刷層以下或者岸邊陡坡層以下的穩定地層中；第四、為了使基礎嵌固地基中穩定，要抵抗力矩、水平力或者水平力所產生的基礎底的拉力（如抗拉樁）；第五、為了保護水中構筑物被輪船、冰燈漂浮物碰撞（如護樁墻或防撞墩）；第六、為了在不穩定土層中建設基礎（不穩定土層如膨脹土層或高壓縮性土層一下的穩定土層上）。

三、水中樁基礎的施工工藝流程

以灌注樁施工工藝為例，首先需要精準測量放線，接下來搭建圍堰或者棧橋與鋼平臺，再確定鋼護筒的尺寸，捶打鋼護筒，鋼護筒下沉，水下鉆孔，鉆孔合格后即可清孔，制作安裝鋼筋籠，水下混凝土灌注，基樁檢測，水中承臺吊箱安裝，封底，抽水，水中承臺鋼筋施工，水中承臺澆筑。

四、水中樁基礎的施工控制要點

（1）確定施工方案。水中施工不確定因素較大，施工前準備工作尤為重要。要進行詳細的氣候、水中環境、周邊環境的勘察工作以保證施工現場人員、機械的安全以及施工的質量。在設計施工方案時，要考慮可能發生的突發情況，進行預案，必要時進行演練。

（2）樁位放樣。施工作業前，測量人員先要測定樁位，確定樁位測定準確無誤后鉆孔作業組組長進場，路線及各種構造物的施工放樣必須利用GPS-RTK 方法或極坐標法放樣，確保護筒中心豎直線與樁中心線重合，平均允許誤差為50mm，豎直線傾斜不大于1%。

（3）搭建圍堰或者棧橋與鋼平臺。當水深超過4m時，采用鋼板樁圍堰。河床覆蓋層較厚的沙類土、碎石土和半干性黏土，風化巖層等基礎工程，鋼板圍堰的高度要確保高出施工期間最高水位0.5m 以上。施工棧橋及施工平臺的支架由臨時墩立柱（鋼管樁）、橫梁、縱梁、面層木板等部分組成，棧橋上部結構縱梁宜采用工字鋼，橫梁宜采用槽鋼，上面鋪設厚度適宜的厚木板，首先進行測量定位放線，在水中標出樁心位置。鋼管樁由運輸船運至打樁部位。用浮吊吊到樁位插打。為防止樁頭在錘擊時損壞，打樁前要在樁頭頂部放置特制的樁帽，其上直接受錘擊應力的部位，放置硬木制減振土墊，打樁時，先用兩臺經緯儀，架設在樁架的正面及側面，校正樁架導線桿及樁的垂直度，并保持錘、樁帽與樁在同一縱軸線，然后空打1 ～2m，再次校正垂直度后正式打樁。打樁不能一次完成，當沉至一定深度時必須進行復核沉樁質量，當質量良好時則繼續打樁。鋼管樁施工中需邊打入邊焊接。首先將下節管頂部變形、損壞部分修整，上節樁管端部的銹跡、泥砂、水或油污等清除，并打焊接坡口，將內襯箍放置在下節樁內側的擋塊上，緊貼樁管內壁并分段點焊，然后吊節上節管樁，其坡口擱在焊道上，使上下節管樁對口的間隙為2 ～4mm，再用經緯儀校正垂直度，在下節樁頂端外圍安裝好銅夾箍，最后進行電焊。

（4）護筒埋設。護筒的埋設起到定位、導向的作用，是樁基礎施工的重要一環，護筒內水位和泥漿比重使孔內水壓力大于孔外水壓力，這樣可以防止護筒塌陷，護筒內徑應比樁徑大200 ～400mm，護筒高度應高出水面1.0 ～2.0m，護筒埋設深度應根據設計要求或水文地質情況確定，一般深度宜為2 ～4m，同時還應考慮是否有沖刷影響的河床，如果護筒會受到沖刷影響，應沉入沖刷線以下且不少于1.0 ～1.5m，護筒頂部應焊接加強筋和吊耳，開出水口，鉆進過程中為了保證鋼護筒的平面位置和垂直度，可設計加工一套導向架，導向架固定在定位樁上并需要經常檢查是否發生偏移和下沉，并及時糾正；根據施工地質資料，結合鋼護筒的直徑和長度，選擇合適型號的振動錘。

（5）制備泥漿。在泥漿池內使用紅土或者黃土造漿，應用于一般巖石層中時，泥漿應當達到下述指標:相對密度應在 1.2 ～1.4 之間，含砂率應小于4%，膠體率應大于 95%，失水率小于20ml/30 min。

（6）鉆孔。第一,檢查人員、設備、機具、材料等內容。第二,要求鉆機就位后平衡穩定，不得產生位移或者沉陷，開孔的孔位精準；第三,沖錐的鋼絲繩與鋼護筒中心位置偏差≤2cm，升降錐頭時不可碰撞到護壁和孔壁，保持平穩；第四,確保護筒內液面標高高于河水面1m 以上，可以安裝水位檢測由專人看管，保證足夠的水頭壓力，維護下部空比安全；第五,控制泥漿比重在1.05 ～1.15 之間，鉆孔作業必須連續進行，不得中斷。對鉆孔泥漿進行檢測和實驗，泥漿比重過大或過小都會對施工安全與質量產生影響。同時控制泥漿粘度在18 ～22s，一般為20s。調節泥漿pH 酸堿度的大小。PH＜7 時，泥漿為酸性，pH酸堿度越小，酸性越強；PH＞7 為堿性pH 酸堿度越大，堿性越強；PH ＝7 時，泥漿為中性。如果pH 酸堿度大于11，則泥漿會產生分層現象，失去固壁作用。

（7）清孔。必須通過施工監理員確認鉆孔合格，進行清孔工作。一次清洗利用鉆孔的反循環系統的泥漿泵持續吸渣5 ～15min 左右，使孔底鉆渣清除干凈。一次清孔結束后，迅速拆除鉆桿，鉆頭，安放鋼筋籠后下放的導管，開始澆注砼。如孔底沉渣和泥漿性能超出規范要求，進行二次清孔，當沉渣厚度較小時，可用泥漿泵正循環清渣；當沉渣厚度較大時，用反循環方法清渣。最終保證孔底沉渣厚度滿足設計要求，確保小于5cm，再進行水下混凝土澆筑工作。

（8）鋼筋籠的制作與吊放。鋼筋籠制作前應對鋼筋進行處理，主要包括除銹、調直等工序。要求主筋中心線和直線的偏差應不大于長度的1%，并不得有局部彎折，根據骨架長度，盡量減少接頭和省料的原則配料，主筋應盡量用整根鋼筋；對于鉆孔樁，宜采用光面鋼筋。鋼筋骨架為了便于運輸，當全長大于12m 時，應分段制作。分段后的主盤筋接頭應互相錯開并保證同一截面內的接頭數目不多于主筋總根數的一半。兩個接頭的間距應大于50cm；鋼筋籠下落過程中要始終保持居中，不可碰撞井壁，下落速度均勻，不宜猛落，同時要始終保持孔內水位不落，還要注意安全。

（9）水下混凝土灌注，灌注時，保持導管插入砼層3 ～6m，最小不得小于2m，最大不得超過10m。抽拔導管應緩慢進行，注意不得急速提升，會導致砼不密實，造成安全隱患。拆除導管前必須用測繩測砼面深度，以決定拆除導管的節數，防止導管拔空；砼灌注應連續進行，中途不得停止。若因某種原因砼不能及時跟上，必須經常提動導管，防止堵管；為了保證樁頂砼質量，砼必須灌注到設計樁頂以上至少1m。砼灌注必須在第一批砼初凝前完成。

五、結語

水下樁基礎的施工具有隱蔽、復雜和施工環境多樣等特點，近年來其施工工藝日趨成熟，但面對不同的施工條件，仍然會出現多種不可預見因素，在實際工作中應結合大量實踐經驗，對出現頻率較高的控制點應深入研究總結，創新施工方法，進而提高水下樁基礎的施工質量與經濟性。