橋梁深水中樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)分析

施文生

（寧波交通工程建設(shè)集團有限公司福建分公司，福建廈門 361000）

0 引言

在水面寬、深度大的水域內(nèi)，為給兩岸通行提供便利條件，需要修建橋梁。由于橋梁需要從水域上方跨越，因此部分橋墩位于深水當(dāng)中，這會給樁基礎(chǔ)施工增添一定難度。與陸地樁基礎(chǔ)施工相比，在深水中施工樁基礎(chǔ)前，要搭設(shè)作業(yè)平臺，為鉆孔提供便利條件。為確保樁基礎(chǔ)的整體質(zhì)量，應(yīng)掌握相關(guān)施工技術(shù)，并在實際工程中合理運用，使深水樁基礎(chǔ)施工能夠保質(zhì)、保量、按時完成。因此，有必要對橋梁深水中樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

1 工程概況

石潭溪大橋是一座跨越水庫大壩的橋梁，2013年，相關(guān)部門經(jīng)檢測評估，將該橋鑒定為危橋，隨著該橋的停用，過往車輛需要繞行，影響了兩岸的正常通行。為解決這一問題，決定在國道316 線K70—K80路段安全隱患整治工程中，于原橋的下游側(cè)對該橋梁進行重建。大橋所在位置與庫區(qū)水位對應(yīng)的水面寬度為121m，最大水深為34.9m，橋梁部分的樁基礎(chǔ)位于深水當(dāng)中，且覆蓋層淺，部分墩位河床基巖裸露，給施工增添了一定的難度。

2 橋梁深水中樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 搭設(shè)鋼平臺

施工企業(yè)根據(jù)實際水文地質(zhì)情況，結(jié)合以往的江中施工經(jīng)驗，對于1～2#墩鉆孔樁基礎(chǔ)施工，決定采用定位樁+貝雷桁平臺組成的水上施工平臺方案，其中1#墩通過棧橋與江岸相連，2#為水中獨立平臺。為滿足平臺結(jié)構(gòu)受力要求及平臺橫向穩(wěn)定性要求，2#墩平臺輔以錨碇系統(tǒng)來平衡水流力及風(fēng)荷載。為確保鉆孔灌注樁施工順利開展，需要搭設(shè)鋼平臺。施工技術(shù)要點如下：

2.1.1 插打鋼管樁

第一，按照測量結(jié)果，對導(dǎo)向架的位置加以調(diào)整，使偏差率在1%以內(nèi)、中心線偏位不超過50mm。隨后插打上游側(cè)鋼管樁，施工完畢后，導(dǎo)向船移動到下游，使導(dǎo)向架處于下游側(cè)鋼管樁中心，利用起重機將鋼管樁吊起后垂直放入導(dǎo)向架中，使鋼管樁在自重的作用下入土。待達到穩(wěn)定狀態(tài)，對其垂直度進行檢測，確認與現(xiàn)行規(guī)范要求相符后，加裝振動錘，采用低擋位將鋼管樁振動下沉。第二，鋼管樁入土深度達到2m后，可將振動錘從低擋位調(diào)整至高擋位，以加快鋼管樁的下沉速度。首節(jié)樁的樁端露出水面高度約為1m時，可關(guān)閉振動錘，隨后將第二節(jié)鋼管樁吊起，與首節(jié)對接，以焊接的方式將兩節(jié)鋼管樁固定，焊接完成后，開啟振動錘，繼續(xù)對鋼管樁振動下沉，直至達到設(shè)計標(biāo)高[1]。第三，為避免鋼管樁在插打過程中下口變形卷曲，影響插打深度，可根據(jù)插打情況在鋼管樁下口設(shè)置加勁環(huán)。加勁環(huán)由δ=12mm 鋼板焊接制成。

2.1.2 平臺搭設(shè)

第一，鋼管樁插打完畢后，用φ219mm、δ=8mm鋼管將鄰樁連接到一起，使其形成整體，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼管橫向連接好后，將多余的樁頭切除，在管口位置處開設(shè)深度為25cm 的槽口，用起重機將橫梁吊起后安裝于槽口內(nèi)，以焊接的方式進行固定，避免出現(xiàn)偏位或傾覆。將橫梁上的吊點拆除，通過焊接的方式將橫梁與鋼管樁相連接。第二，在鋼管樁的樁頂工字鋼主梁上，準(zhǔn)確測放出鋼平臺縱向分布梁工字鋼的裝設(shè)位置，按照30cm 的間距進行布設(shè)。鋼平臺上部結(jié)構(gòu)施工完成后，可鋪裝橋面鋼板，將鋼板與縱梁通過焊接的方式固定，相鄰板間留設(shè)出一定的空隙，以20mm 左右為宜，以便施焊及泄水。

2.2 樁基礎(chǔ)施工

在該工程中，位于深水中的橋梁樁基礎(chǔ)采用的是鉆孔灌注樁，具體施工工藝標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

2.2.1 鋼護筒安裝

第一，使用厚度為18mm 的鋼板，通過卷制焊接方式制造護筒。為確保鉆進順利進行，護筒內(nèi)徑應(yīng)比鉆頭大20cm 左右。在該工程中，鋼護筒的直徑為2.1m，頂部標(biāo)高與鉆孔平臺橋面保持一致，即65m[2]。

第二，考慮到墩位所在水域較深且水流較快，水上鉆孔樁鋼護筒在制作過程中需嚴格遵循工藝要求，且安裝時要確保適當(dāng)?shù)娜胪辽疃龋詽M足其自身的穩(wěn)定性，此處采用DZ180 型振動打樁錘進行插打。2#墩基巖暴露，在鋼護筒插打時，工作平臺已建好，可直接在平臺上安裝導(dǎo)向架并進行鋼護筒插打。完成插打的鋼護筒應(yīng)盡快與定位鋼管樁連接，構(gòu)建穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。插打施工注意事項如下：

其一，80t 浮吊搭配DZ180 型振動打樁錘，利用振動技術(shù)使鋼護筒下降。其二，導(dǎo)向架采用貝雷梁和型鋼桿件組成框架結(jié)構(gòu)，有高強度和足夠的剛度，以確保鋼護筒導(dǎo)向準(zhǔn)確。將導(dǎo)向架固定在平臺上，以免因振動作用使鋼護筒下沉移動。其三，在水中進行鋼護筒插打時，需要設(shè)置纜繩，防止鋼護筒下端發(fā)生傾斜。其四，每根樁的下降過程應(yīng)盡量連續(xù)完成，避免中間停頓或長時間間歇導(dǎo)致周圍土壤性能恢復(fù)，增加摩擦力，影響樁繼續(xù)下降。其五，振動持續(xù)時間應(yīng)根據(jù)機械類型及地層土質(zhì)試驗來確定，一般不應(yīng)超過10～15min。振動時間過短可能無法有效改變土壤結(jié)構(gòu)，振動時間過長則容易導(dǎo)致振動錘部件損壞。其六，鋼護筒的傾斜程度應(yīng)小于1/100，水平偏差不得超過50mm。其七，鋼護筒插打前后，需定期測量河床高程，根據(jù)河床沖刷情況采取相應(yīng)防護措施，確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保障鋼護筒及平臺施工安全。

2.2.2 泥漿制備

第一，泥漿循環(huán)系統(tǒng)包括泥漿船供漿池、沉渣筒和各墩樁孔鋼護筒，護筒之間用鋼管連接，高程不受潮水影響。鉆孔時補充泥漿，從泥漿船通過泥漿輸送管泵入孔內(nèi)，將排出的鉆渣排入沉渣筒沉降，經(jīng)相互連通的鋼護筒進行循環(huán)，從鉆孔內(nèi)回收的泥漿需進行處理，滿足泥漿指標(biāo)要求方可再次使用。第二，采用高品質(zhì)黏土制備泥漿，向泥漿中加入工業(yè)堿，以提高泥漿黏度和膠體率。通過試驗方法，確定工業(yè)堿的添加量[3]。鉆孔泥漿的性能指標(biāo)要求如表2 所示。第三，鉆孔灌注樁在鉆進成孔的過程中，需采用泥漿護壁，此過程中會產(chǎn)生廢漿及渣土，為避免對周圍環(huán)境造成污染和破壞，應(yīng)根據(jù)環(huán)保要求，用泥漿車將廢漿與渣土集中運到指定區(qū)域丟棄，避免污染環(huán)境。

表2 鉆孔泥漿的性能指標(biāo)要求

2.2.3 鉆進成孔

第一，該工程鉆孔施工采用的是正循環(huán)沖擊鉆，每個橋墩處布設(shè)3 臺鉆機。開鉆時，鉆頭中心對準(zhǔn)樁位中心，允許偏差為2cm。鉆孔前，先向孔內(nèi)灌注適量的泥漿，使鋼護筒底口以下2～3m 范圍內(nèi)的孔壁更加堅實。第二，開孔階段，鉆機采用低沖程，鉆至鋼護筒刃腳以下3m 后，根據(jù)地質(zhì)情況，增大沖程，改為正常鉆進，達到基巖時，減小沖程。為避免出現(xiàn)打空錘的現(xiàn)象，應(yīng)在鉆進時，少量、勤松繩，防止鋼絲繩過載損壞。同時，需要勤取渣，并及時補充新泥漿，確保鋼護筒的水頭高度處于合理范圍內(nèi)。第三，鉆進過程中，應(yīng)定期檢查鉆頭的轉(zhuǎn)向裝置，確保鉆頭能自由轉(zhuǎn)動，同時檢查鋼絲繩，磨損嚴重時，應(yīng)予更換。同時，要經(jīng)常檢測泥漿的性能，一旦下降，應(yīng)投加膨潤土進行調(diào)整。第四，鉆巖時，要調(diào)整沖程，以0.5m 為宜，為避免鉆頭受損，不得采用大沖程對巖層進行沖擊鉆進。發(fā)現(xiàn)偏孔后要及時糾偏，保證成孔質(zhì)量。

2.2.4 鋼筋籠制作與安裝

第一，嚴格按照規(guī)范要求制作鋼筋籠，采用分節(jié)段的方法對鋼筋籠進行制作安裝，根據(jù)起重設(shè)備的吊裝能力，將鋼筋籠分為多個節(jié)段吊裝入孔，并進行拼接。運輸和吊裝鋼筋籠的過程中，要用專門吊具，避免鋼筋籠變形或是受損，如有必要可在鋼筋籠上焊接臨時內(nèi)加強筋和十字內(nèi)支撐，并在吊放入孔前解除。

第二，連接鋼筋籠縱向主筋時，可以采用機械接頭，應(yīng)保證質(zhì)量與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求相符，在同一個截面內(nèi)，主筋接頭的數(shù)量應(yīng)不超過主筋總數(shù)的50%。使用平板車將制作好的鋼筋籠運至橋墩處，利用吊機進行現(xiàn)場安裝，對接時，要保證中心線順直。

第三，鋼筋籠放入孔內(nèi)時，需確保標(biāo)高精準(zhǔn)，允許誤差在±5cm 范圍內(nèi)。鑒于鋼筋籠位于水中，為了判斷其放置情況，可以在頂端綁定測量線，依據(jù)線上的讀數(shù)進行判斷，保證鋼筋籠順利到位[4]。

2.2.5 水下混凝土灌注

（1）首次混凝土灌注方量計算

首次灌注混凝土?xí)r需保證導(dǎo)管初始埋深不少于1m，并填補導(dǎo)管底部空隙。首次混凝土灌注方量計算如公式（1）所示。

圖1 首次混凝土灌注示意圖

式（1）中：V 代表首次混凝土灌注方量（單位：m3）；h1代表孔內(nèi)混凝土面高度達到一定高度（Hc）時，其內(nèi)混凝土柱γω×Hω/γc不超過h1，Hω代表孔內(nèi)泥漿高度，γω代表孔內(nèi)泥漿的容重（12.0kN/m3），γc代表混凝土拌和物的容重（24kN/m3）；Hc代表首次混凝土灌注時，孔內(nèi)混凝土面至孔底的高度（單位：m），Hc=h2+h3（h2代表導(dǎo)管初始埋置深度，h2≥1m，h3代表導(dǎo)管底端至鉆孔底間隙，取0.3m）；D 代表孔徑（單位：m）；d 代表導(dǎo)管內(nèi)徑（0.28m）。

（2）混凝土灌注過程

在灌注前需在導(dǎo)管內(nèi)放置隔水栓塞，然后準(zhǔn)備好裝滿混凝土的料斗。開始“拔球”并向水下注入混凝土，為確保在整根樁初凝前完成灌注，需保持混凝土連續(xù)注入，禁止中斷。為保證灌注質(zhì)量，需指派專人負責(zé)測量混凝土面的標(biāo)高，精確計算導(dǎo)管在混凝土內(nèi)的埋置深度，并準(zhǔn)確指導(dǎo)導(dǎo)管的抬升和拆除，確保埋置深度保持在2～6m 之間。在這一過程中，還需記錄混凝土注入量及相應(yīng)的混凝土面標(biāo)高，以便分析孔擴率[5]。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即通知工程師并采取相應(yīng)措施。

隨著混凝土注入至樁頂部5m 以內(nèi)，不再抬升導(dǎo)管。待注入至規(guī)定標(biāo)高后，一次性提出導(dǎo)管。為避免樁內(nèi)夾入泥芯或產(chǎn)生空洞，拔出最后一節(jié)導(dǎo)管時，需緩慢操作。由于樁徑較大，導(dǎo)管埋置較深，浮漿較厚，因此實際注入混凝土的樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計標(biāo)高高出約1m。在整個灌注過程中，務(wù)必回收樁孔內(nèi)泥漿，確保孔內(nèi)泥漿始終高于水面約2m，但在孔內(nèi)最后3～5m 范圍內(nèi)，泥漿質(zhì)量較差，不宜對其進行回收處理。樁身施工完畢后，需要對其進行無損檢測，如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，必須及時采取處理加以措施，以確保質(zhì)量達標(biāo)。

3 結(jié)語

總結(jié)來說，橋梁深水中樁基礎(chǔ)施工過程相對復(fù)雜，施工難度較大。為確保質(zhì)量達標(biāo)，必須掌握施工關(guān)鍵技術(shù)，并在實際工程中加以合理運用。未來還需要加大對樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的研究力度，對現(xiàn)有技術(shù)不斷優(yōu)化改進，使其更加完善，更好地為橋梁建設(shè)服務(wù)。