公路橋梁主墩圍堰施工技術(shù)分析

李山線

（江西省景德鎮(zhèn)市公路事業(yè)發(fā)展中心，江西景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

主墩作為橋梁的支撐和承重結(jié)構(gòu)，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)橋梁的安全性和穩(wěn)定性。因此，如何有效地進(jìn)行主墩圍堰施工一直備受關(guān)注。隨著橋梁工程的不斷發(fā)展和建設(shè)需求的增加，主墩圍堰施工技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和完善。在以往研究中，圍堰施工技術(shù)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的人工施工到現(xiàn)代化機(jī)械化施工的轉(zhuǎn)變，不僅提高施工效率，還提高施工質(zhì)量，減少施工風(fēng)險(xiǎn)。雖然主墩圍堰施工技術(shù)已經(jīng)取得顯著的進(jìn)步，但仍然存在一些挑戰(zhàn)。例如，在復(fù)雜地質(zhì)條件下的主墩圍堰施工需要更高的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，施工過程中還需要考慮到環(huán)境保護(hù)和安全管理等因素，以滿足現(xiàn)代橋梁工程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展要求。因此，本文將對(duì)公路橋梁主墩圍堰施工技術(shù)進(jìn)行深入研究和探討，以期為橋梁工程建設(shè)提供更加可靠和高效的施工方案。

1 工程概況

某特大型橋梁項(xiàng)目位于當(dāng)?shù)刂匾拥乐希淇缭胶拥赖臉蛄航Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：總長(zhǎng)為1744m，包括1 個(gè)跨度為1×24m 的簡(jiǎn)支箱梁、12 個(gè)跨度為32m 的簡(jiǎn)支箱梁、1 個(gè)跨度為(75+2×135+75)m 的連續(xù)梁、25 個(gè)跨度為32m 的簡(jiǎn)支箱梁以及3 個(gè)跨度為1×24m 的簡(jiǎn)支箱梁。整個(gè)橋梁線路與河道夾角為143°。在現(xiàn)場(chǎng)勘察分析中，特別需要強(qiáng)調(diào)的是，混凝土連續(xù)箱梁的設(shè)計(jì)應(yīng)用于第13～17 號(hào)橋墩之間，其中第15 號(hào)橋墩主要位于河道內(nèi)部，其矩形承臺(tái)尺寸為23.2m×16.8m。此承臺(tái)被安置在河床以下，頂部高程為146.593m，底部高程為142.093m，總高度達(dá)4.5m，承臺(tái)的設(shè)計(jì)起到連接當(dāng)?shù)刂匾煌ㄔO(shè)施的關(guān)鍵作用。

2 地質(zhì)水文

2.1 地質(zhì)特點(diǎn)

對(duì)于15 號(hào)橋墩的地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)勘查，結(jié)果顯示該地區(qū)的地質(zhì)層次包括淤泥、粉質(zhì)黏土、粗圓礫土以及強(qiáng)風(fēng)化土等。此墩需要被埋設(shè)到河床以下，深度達(dá)到4.3m，承臺(tái)底部甚至?xí)M(jìn)入云母石英石巖層，最深處達(dá)1.5m，因此挖掘和清理工作相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性。此外，該墩所在位置的地勢(shì)變化較大，地形復(fù)雜，包括一些陡峭的斜坡，最大高差達(dá)到7.3m，因此在圍堰的安裝和定位方面也存在較高的難度。

2.2 水文特點(diǎn)

座橋梁位于當(dāng)?shù)刂匾乃畮?kù)周邊，受水庫(kù)蓄水的季節(jié)性水位變化影響較大，通常水位常年維持在150～160m。水庫(kù)管理采取預(yù)報(bào)泄洪的方式，并進(jìn)行分級(jí)補(bǔ)償處理。根據(jù)當(dāng)?shù)厮臈l件，該水庫(kù)在橋梁施工期間內(nèi)，水位通常在7 月—10 月之間達(dá)到最高點(diǎn)，最高水位可達(dá)160m；而在11 月—次年6 月期間，水位則最低，約為153m。每年的6 月—10 月期間，水位發(fā)生顯著波動(dòng)，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的施工造成較大的影響。

3 圍堰施工方案比選分析

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的承臺(tái)結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)條件、水文等多方面分析，施工單位提出如下幾種方案對(duì)比。

3.1 鋼板樁圍堰對(duì)比方案

鋼板樁圍堰方案的優(yōu)勢(shì)在于其施工操作相對(duì)便捷，因?yàn)槠浜穸扰c鄰近公路路基基礎(chǔ)的距離較短。然而，該方案存在重要的不足之處，因?yàn)槎阵w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)位于巖層強(qiáng)度較高的部位，且存在傾斜的巖面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鋼板樁插打施工無法進(jìn)入嵌巖層結(jié)構(gòu)內(nèi)部。這可能引發(fā)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)變形和撕裂問題，不符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，墩位水深較大，因此鋼板樁的圍堰強(qiáng)度無法滿足要求[1]。

3.2 雙壁鋼圍堰對(duì)比方案

雙壁鋼圍堰方案的結(jié)構(gòu)尺寸較大，為確保圍堰能夠順利下沉到指定位置，需要在圍堰壁厚范圍內(nèi)進(jìn)行銑槽清理基巖。這涉及2m 寬、深度在6.59～13.89m之間的槽口，并且槽口底部略低于公路8 號(hào)墩鉆孔樁基底0.46m。然而，這一方案所處地質(zhì)條件包括淤泥、粉質(zhì)黏土、粗圓礫土等，增加了坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。坍塌可能對(duì)現(xiàn)有公路造成干擾和影響，導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生變形，從而影響橋梁的運(yùn)行安全性，可能引發(fā)嚴(yán)重后果。因此，該方案對(duì)橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的影響，不適用該工程項(xiàng)目。

3.3 鎖口鋼管樁圍堰對(duì)比方案

與鋼板樁相比，該管樁形式具有更高的強(qiáng)度和剛度性能，因此適用于橋梁水域深度較大的施工部位，其結(jié)構(gòu)組成清晰，尺寸相對(duì)較小，符合當(dāng)前橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)要求。然而，與鋼板樁圍堰相比，該方案也由鋼板組成，因此在強(qiáng)度要求高、傾斜陡峭的巖層中安裝較為困難。在這種地質(zhì)條件下，通常需要采用大基底的挖掘施工技術(shù)，但這可能對(duì)靠近橋梁的樁基礎(chǔ)產(chǎn)生一定的危害和影響[2-3]。

3.4 深水植樁復(fù)合圍堰實(shí)施方案

通過對(duì)上述幾種圍堰結(jié)構(gòu)形式的比較分析，鎖口鋼管樁圍堰在不考慮大基底大規(guī)模挖掘的情況下對(duì)既有橋梁的影響較小，因此是最佳的施工選擇。鎖口鋼管樁的圍堰結(jié)構(gòu)采用深水植樁方案，通過旋挖鉆孔略微超出鋼管的外徑，然后使用振動(dòng)錘進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。此方法還在鋼管樁的外部鉆孔，以解決鎖口鋼管樁在巖層地質(zhì)上的錨固問題[4]。與此同時(shí)，旋挖樁的成孔過程對(duì)土層的干擾較小，有利于保護(hù)既有橋梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性。

4 公路橋梁主墩圍堰施工技術(shù)應(yīng)用

目前，常規(guī)的鎖口鋼管樁施工方法通常包括不排水的基底清理、水下混凝土澆筑和隨后的抽水安裝內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。然而，在此次工程項(xiàng)目中，由于基巖強(qiáng)度較高且清理深度較大，特別是在高水位條件下，這種傳統(tǒng)方法存在一定的挑戰(zhàn)，施工周期較長(zhǎng)，難以滿足工程工期要求[5]。因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工階段，對(duì)鎖口鋼管樁結(jié)構(gòu)圍堰的施工工序進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。這些優(yōu)化包括使用巖層滲透系數(shù)試驗(yàn)、改進(jìn)植樁施工技術(shù)以及在低水位期間進(jìn)行內(nèi)部支撐的安裝等方法。

4.1 巖層滲透系數(shù)試驗(yàn)

考慮到強(qiáng)風(fēng)化云母石英石在裂隙發(fā)育方面的特點(diǎn)，其具有較高的強(qiáng)度。因此，在現(xiàn)場(chǎng)情況的基礎(chǔ)上，進(jìn)行透水性試驗(yàn)分析，以確定最合適的施工方法。首先，在進(jìn)行銑孔操作后，使用振動(dòng)錘將鋼管樁振入基層的頂部，確保樁體內(nèi)的土壤被有效清除。其次，在鋼管樁中套入1m、2m 和4m 深度的鉆孔樁，然后進(jìn)行24h 的抽水和靜置，分別在12h 和24h 后檢查滲流水的深度。具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。通過對(duì)表1 中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，采用相同直徑的深水植樁鋼管樁后，24h 內(nèi)的滲流水深度平均約為40mm。這表明植樁的深度并不會(huì)對(duì)滲流產(chǎn)生顯著影響。因此，決定采用這種方法進(jìn)行工藝優(yōu)化和改進(jìn)，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

表1 15 號(hào)墩位處巖層透水性能試驗(yàn)結(jié)果

4.2 植樁施工

在鎖口鋼管樁的現(xiàn)場(chǎng)施工中，采用3 根一循環(huán)的施工方法來提高效率。首先，旋挖鉆機(jī)完成3 個(gè)1.5m孔位的鉆孔工作后，使用振動(dòng)錘將1m 的鎖口鋼管樁安裝到位。其次，在樁內(nèi)安裝0.8m 的鉆頭引孔，進(jìn)行鋼筋籠的安裝和清孔作業(yè)。最后，澆筑鋼筋混凝土樁。完成一個(gè)循環(huán)后，繼續(xù)下一個(gè)循環(huán)。為加快施工速度，使用兩臺(tái)旋挖鉆機(jī)分別從線路的左側(cè)和右側(cè)進(jìn)行施工，采取順時(shí)針和逆時(shí)針的方式進(jìn)行交替的鉆孔和安裝工作，每次引入3 根孔，并進(jìn)行左側(cè)合龍施工。當(dāng)所有的鋼管樁引孔和錨固工作完成后，使用吸泥機(jī)清理鎖口鋼管樁的外側(cè)槽口，確保孔壁與管樁之間沒有渣土。然后，在水下灌注混凝土材料，封閉槽口周圍，距離鎖口鋼管樁0.8m 的位置上堆放1m 高的砂袋，與鎖口鋼管樁形成環(huán)扣。在環(huán)扣內(nèi)，使用水下垂直導(dǎo)管的方式進(jìn)行澆筑作業(yè)。鎖口內(nèi)填充紅黏土和鋸末的混合物，通過鋼釬進(jìn)行施工，以確保結(jié)構(gòu)的密實(shí)度符合標(biāo)準(zhǔn)。混合料的配比按照3∶1 的比例組合，紅黏土粒徑在10mm 以內(nèi)。在銑孔操作之后，進(jìn)行孔隙的封閉施工，并進(jìn)行止水處理，從而實(shí)現(xiàn)工藝的優(yōu)化改進(jìn)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效果[6-7]。

4.3 低水位期安裝圍堰內(nèi)支撐

在現(xiàn)場(chǎng)安裝施工中，必須考慮兩種不同的水位情況，即設(shè)防水位160m 和153m。根據(jù)當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案，對(duì)設(shè)防水位160m 的情況進(jìn)行分析，并對(duì)5 層內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，最終將其設(shè)計(jì)為2 層內(nèi)支撐。通過減少內(nèi)支撐的數(shù)量，提高施工速度和排水效率，同時(shí)降低施工成本，縮短項(xiàng)目建設(shè)工期。

5 位移監(jiān)測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的標(biāo)準(zhǔn)要求，為了確保15 號(hào)墩周邊高速公路的安全運(yùn)營(yíng)，在大橋8 號(hào)墩的4 個(gè)墩柱中設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，并使用測(cè)斜儀來監(jiān)測(cè)水平位移量。在實(shí)際施工中，最大的水平累積位移量為4.1mm，這符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其要求水平位移量應(yīng)不大于5mm。因此，深水植樁復(fù)合圍堰施工方案在保障周邊建筑物安全方面表現(xiàn)出色。

6 公路橋梁主墩圍堰施工技術(shù)與安全措施

6.1 前期準(zhǔn)備與方案制訂

首先，施工圖紙是方案的核心組成部分，它詳細(xì)描述主墩圍堰的結(jié)構(gòu)布局、尺寸、連接方式等。這是工程施工的基礎(chǔ)，必須準(zhǔn)確無誤。其次，工程材料清單列出所需的各種材料，包括水泥、鋼筋、混凝土等。這有助于材料的采購(gòu)和庫(kù)存管理。施工工藝流程是方案中的另一關(guān)鍵要素，它詳細(xì)說明施工過程的步驟和方法，能夠讓施工隊(duì)掌握如何按照正確的順序進(jìn)行工作[8]。

6.2 材料選擇檢驗(yàn)

材料選擇對(duì)工程的成功至關(guān)重要，因?yàn)槭褂昧淤|(zhì)或不合格的材料可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)問題和工程失敗。首先，對(duì)于每一批材料，必須進(jìn)行詳細(xì)的篩選，這包括檢查供應(yīng)商的信譽(yù)、產(chǎn)品的質(zhì)量認(rèn)證、生產(chǎn)工藝以及材料的性能參數(shù)。只有經(jīng)過認(rèn)真篩選的供應(yīng)商和產(chǎn)品才能被考慮。其次，每批材料都需要進(jìn)行抽樣檢測(cè)，以確保其質(zhì)量符合要求。例如，水泥的強(qiáng)度和化學(xué)成分、鋼筋的直徑和抗拉強(qiáng)度、混凝土的配合比和坍落度等都必須符合工程設(shè)計(jì)規(guī)范[9]。此外，圍堰外層防護(hù)材料的耐候性和耐腐蝕性也是關(guān)鍵因素，特別是在潮濕或腐蝕環(huán)境中。

6.3 地基處理與基礎(chǔ)檢測(cè)

在圍堰施工開始之前，對(duì)主墩的地基進(jìn)行必要的處理和檢測(cè)。地基處理包括清理、加固、排水等。地基檢測(cè)應(yīng)包括地質(zhì)勘查、承載力測(cè)試、地下水位監(jiān)測(cè)等，以確保地基條件符合設(shè)計(jì)要求[10]。

6.4 施工工藝控制

在進(jìn)行主墩圍堰的施工工藝時(shí)，必須嚴(yán)格按照施工方案執(zhí)行，確保每一個(gè)步驟都得到正確的實(shí)施。首先，混凝土的澆筑是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，混凝土必須均勻地澆入模板中，避免出現(xiàn)澆筑不均勻?qū)е碌牧芽p和空洞。其次，振搗也是關(guān)鍵步驟，通過振搗混凝土可以排出氣泡，提高混凝土的密實(shí)度，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性。此外，鋼筋的焊接和綁扎必須符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以確保鋼筋的連接牢固和準(zhǔn)確。

6.5 安全管理與環(huán)境保護(hù)控制

首先，施工人員必須嚴(yán)格遵守安全規(guī)程，并佩戴必要的個(gè)人防護(hù)設(shè)備，如安全帽、護(hù)目鏡、安全鞋等，這些措施有助于降低施工事故的發(fā)生率，保護(hù)施工人員的生命安全。此外，施工團(tuán)隊(duì)還需遵守相關(guān)法律法規(guī)，確保施工過程的合法性和安全性。另外，為保護(hù)周邊環(huán)境，特別是對(duì)于靠近水體或生態(tài)敏感區(qū)域的工程，必須采取措施來減少施工對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，這包括采用環(huán)保材料、合理處理廢棄物、防止化學(xué)物質(zhì)泄漏等措施，以確保施工過程對(duì)周邊環(huán)境的影響最小化。安全管理不僅關(guān)乎施工人員的生命安全，還關(guān)系到工程的可持續(xù)性和社會(huì)責(zé)任。

7 結(jié)語

綜上所述，在公路橋梁項(xiàng)目施工的環(huán)節(jié)，主墩圍堰施工有著明顯的優(yōu)勢(shì)，滿足橋梁工程的應(yīng)用要求，同時(shí)還能保護(hù)周邊公路、橋梁的安全，施工效果得到全面提升，符合當(dāng)前我國(guó)橋梁工程建設(shè)的要求。今后，在橋梁主墩工程施工時(shí)，還應(yīng)當(dāng)重視施工方案比選，選擇經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、技術(shù)性強(qiáng)的施工方案開展施工，保證工程的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。