大橋涉水臨建及水中樁基礎施工技術探討

【摘 要】以位于四川省廣元市昭化區的南流嘉陵江大橋為背景，詳細介紹了鋼棧橋碼頭、浮橋（主要用于鋪設過江電纜和混凝土輸送泵以及作為人行通道）以及鉆孔平臺等臨建設施的搭建措施，包括其結構形式、施工工藝、安全保證措施及拆除等一系列施工方案，最后分析了水中樁基礎施工的主要技術難點，并詳細介紹了水中樁基礎的施工流程和施工方法。

【關鍵詞】臨建設施； 施工方案； 水中樁基礎

【中圖分類號】TV553【文獻標志碼】B

［定稿日期］2022-11-01

［作者簡介］潘凱（1989—），男，碩士，工程師，研究方向為橋梁施工技術、橋梁檢測；劉建林（1979—），男，本科，高級工程師，研究方向為橋梁施工技術；楊剛（1982—），男，專科，工程師，研究方向為公路工程施工技術。

0 引 言

隨著橋梁建設的不斷發展，樁基礎在橋梁的應用中越來越廣泛，作為橋梁結構主要承重構件，其施工質量關系到整座橋梁的安全性、穩定性和耐久性。水中樁基礎施工難度較高，施工過程中可能會出現質量和安全問題，目前有不少國內外學者對橋梁水中樁基礎施工技術進行研究。唐頂峰等［1］通過分析目前水中樁基礎沖擊鉆鉆孔施工中清孔工藝的不足，提出了相應的優化措施；柯潔等［2-5］對淺覆蓋層地質條件下的橋梁樁基礎施工技術進行了探討；黃宇等［6-7］對水中樁基礎施工技術進行研究。本文以南流嘉陵江大橋樁基礎施工為背景，詳細的介紹了水中樁基礎施工的具體流程和施工方法，為后續類似工程提供參考。

1 工程概況及總體施工方案

1.1 工程概況

南流嘉陵江大橋新建工程項目位于四川省廣元市昭化區虎跳鎮陳江鄉，本工程由左岸引道、右岸引道、橋位三部分組成，路線里程 5.814 km，全線橋梁共2座，其中新建跨嘉陵江大橋1座/954 m，該大橋主橋跨徑布置為（81+3×150+81）m預應力混凝土連續剛構箱梁，引橋上部結構為40 m預應力T梁與現澆實心板梁，共有樁基礎40根，其中水中樁基礎施工涉及5號-12號墩（共計24根樁基），8號-11號墩為主墩，7號、12號墩為交界墩，其余為引橋墩位。南流嘉陵江大橋主墩樁基鋼筋籠最大重量80 t，含吊具最大重量約為85 t，主墩每根樁基鋼護筒最大重量約為90 t，其中河床以上部分最大重量約72 t。

1.2 總體施工方案

本項目南流嘉陵江大橋水中樁基礎主要涉及5號—12號墩位，采用沖擊鉆機施工，施工中包含的主要臨建措施有：鋼棧橋碼頭的修建、浮橋（主要用于鋪設過江電纜和混凝土輸送泵以及人行通道）的搭建以及鉆孔平臺的搭設（圖1）。

鋼棧橋碼頭標高確定原則：

大橋所處水域歷年最高水位457.79 m，為確保全年水上施工材料吊裝不受影響，將鋼棧橋碼頭標高確定為458 m。

鉆孔平臺標高確定原則：

大橋樁系梁底部標高451 m，為保證樁系梁施工工藝簡單化，同時確保浮吊在低水位期間吊臂高度滿足樁基鋼筋籠吊裝高度要求，將鉆孔平臺標高確定為451 m。

2 鋼棧橋碼頭、浮橋施工

2.1 碼頭、浮橋結構形式

吊裝碼頭為鋼棧橋形式，修建于3號墩位下游處，與施工便道鄰接，棧橋面板與混凝土便道相接處鋪設2 cm厚鋼板搭板，搭板分別與棧橋面板和混凝土便道預埋件（75#角鋼）焊接。鋼棧橋碼頭共3孔長27 m，單孔9 m長，寬7.5 m，橋面標高458 m，橋面縱坡/橫坡均為0%。碼頭主要由630 mm（壁厚10 mm）螺旋鋼管樁基礎、雙拼45a工字鋼承重梁、3 m標準貝雷梁縱梁、20a 工字鋼分配梁、32#槽鋼橋面板以及橋面護欄等防護措施構成，其側面如圖2所示。

從南流嘉陵江左岸3號墩位上游河岸處搭設一條通向右岸13號墩位上游的浮橋，主要用途是鋪設混凝土輸送泵管、過江電纜以及作為人行通道。浮橋總長約950 m（含支浮橋），橋面寬度 2.5 m，位于南流嘉陵江大橋上游，與大橋縱橋向平行，浮橋縱向軸線與大橋線路中線間距 20 m，滿足浮吊施工時與浮橋之間的安全距離（約7 m），其中位于11號墩位至12號墩位之間的浮橋設置為可移動浮橋（長度約60 m），以保證船舶通航需求。

為使浮橋在河面上穩定，浮橋在上游按每 120 m范圍內設置不少于4個2 t級霍爾錨，在下游每150 m范圍內設置不少于2個1 t 級霍爾錨，浮橋位于嘉陵江兩岸的端頭處各埋設1個6 t 級陸地混凝土錨碇，錨纜鋼絲繩直徑16 mm，水位變化時，錨纜鋼絲繩可通過6t級卷揚機調整。浮橋兩端頭澆筑混凝土人行步梯，如圖3所示。

2.2 施工工藝

鋼棧橋碼頭共3孔，應首先施工鄰接便道的一孔，然后逐孔施工其余孔跨，施工工藝流程：鋼管樁制作—鋼管樁施工（打入、接樁）—鋼管樁間連系梁安裝—找平鋼管樁頂部、焊接樁頂鋼板—雙拼45a 工字鋼承重梁安裝—3 m標準貝雷縱梁拼接安裝—20a工字鋼分配梁安裝—32#槽鋼橋面板安裝—碼頭平臺各結點聯接檢查—護欄及防護措施施工。

浮橋施工工藝流程：浮墩拼裝—連接系安裝—橋面板鋪設—護欄施工—標準節浮橋下水—標準節連接—拋錨固定。

2.3 維護保養及防護

碼頭維護保養是確保其運營安全的關鍵。碼頭的維護保養主要有兩點：一是日常的維護保養，如限載、限速，盡量不在碼頭上堆放集中荷載等；二是對碼頭結構進行維護保養，檢查基礎鋼管樁及其連接件、貝雷架縱梁、橋面板等各部位的情況以及焊縫是否處于正常狀態，出現異常立即處理。

2.4 碼頭、浮橋拆除

碼頭拆除應遵循“由遠及近，自上而下”的原則逐孔拆除，首先拆除最遠一孔（遠離便道的一孔）的 32#槽鋼面板，然后依次拆除 20a 工字鋼分配梁、貝雷梁組以及 45a工字鋼承重梁，其中貝雷梁應整組拆除吊裝運輸至材料廠后再行拆分，最后拔出鋼管樁，在碼頭附近填筑的施工平臺上分割后轉運至材料場歸類堆放。浮橋自11號墩與12號墩之間的可移動浮橋處向兩岸拆除。拆除時按順序依次解除標準節浮橋之間的約束（腳手架扣件），用機動舟將每一標準節頂推至碼頭附近，利用25 t汽車吊將標準節浮橋整體吊裝至運輸車，運輸至材料廠后再行分解。

3 鉆井平臺施工

3.1 鉆井平臺結構形式

鉆孔平臺主要由樁基鋼護筒、鋼管樁、連接系、橋面系（承重主梁、承重縱梁、分配梁、橋面板）、平臺防護措施組成。

主墩鉆孔平臺主要考慮兩臺沖擊鉆、一個泥漿箱的位置，平臺頂部標高451 m，平臺尺寸：16.5 m（順橋向）×17.8 m（橫橋向）（圖4）。

過渡墩及引橋墩位的鉆孔平臺主要考慮一臺沖擊鉆、一個泥漿箱的位置，平臺頂部標高 451 m，平臺尺寸13 m（順橋向）×15 m（橫橋向）（圖5）。

3.2 鉆井平臺考慮的主要施工工況

（1）主墩鉆孔平臺考慮2臺沖擊鉆同時施工（跳樁施工）；過渡墩及引橋墩位的鉆孔平臺考慮1臺沖擊鉆施工。

（2）主墩樁基成孔時考慮一根樁基鋼筋籠下放，另一根樁基正常鉆進施工。

（3）樁基灌注采用地泵，導管布設于鉆孔平臺，混凝土通過地泵導管匯集于集料斗，灌注時集料斗放料至灌注漏斗內，通過灌注漏斗灌注樁基混凝土，主墩樁基其中一根灌注時另一根樁基正常鉆進施工。

（4）鋼筋籠下放過程中碰撞鋼護筒頂部，造成5 t水平力。

（5）樁基礎施工過程中可能出現穿孔漏漿的情況，此時需考慮鋼護筒跟進。護筒跟進時，鉆孔平臺上的沖擊鉆機不移除，清空泥漿箱，拆除需跟進施工的鋼護筒周圍的牛腿，釋放該護筒周圍約束（即拆除該護筒與其他護筒之間、該護筒與鋼管樁之間的連系梁，使該護筒不受力），護筒跟進到位后重新安裝連系梁及承重牛腿。

（6）考慮蓄水期鉆孔平臺淹沒的情況（鉆機、泥漿箱等撤出平臺）。

（7）考慮船舶行駛波浪力對平臺的影響；考慮風載影響。

3.3 鉆井平臺施工工藝

把3艘平板船連接形成施工浮平臺，拋錨將施工浮平臺錨固，在施工浮平臺上安裝鋼護筒/鋼管樁打設導向架。首先通過引孔打設樁基鋼護筒至設計標高，將鋼護筒作為錨固樁，然后再施打平臺鋼管樁，安裝管樁、護筒之間的連接系，使樁基鋼護筒與平臺鋼管樁形成穩定整體，共同承受樁基施工時的荷載，最后安裝鉆孔平臺承重梁與平臺橋面系。

主要施工步驟：樁基鋼護筒/平臺鋼管樁制作—鋼護筒施工（下放定位、引孔跟進）—平臺鋼管樁打設—鋼管樁、鋼護筒之間連系梁安裝—鋼管樁頂找平、焊接鋼護筒牛腿—雙拼 I45a承重梁安裝—貝雷梁縱梁安裝—20a工字鋼分配梁—32#槽鋼面板安裝—平臺防護措施施工。

3.4 鉆井平臺拆除

經過一段時間的使用，鉆孔平臺鋼管樁樁身周圍的土層已完成固結，根據以往拆除經驗，決定采用起吊設備配合振動錘的方式拔除鋼管樁。選定“平板船+80 t履帶吊”配以 DZ120 振動錘進行拔樁（起吊重量不夠時采用 100 t 浮吊）。

拆除工藝流程：鉆孔平臺附屬結構的拆除—割除凹形卡—割除橋面板連接—吊除貝雷梁—割除承重梁及連續梁—移動“平板船+履帶吊”至作業半徑—起吊振動錘—夾住鋼管樁振動、拔出整根樁、然后放到運輸船—運輸回后場。

由于鉆孔平臺鋼管樁較長，無法一次性拔除后運輸至碼頭，須在鋼管樁拔除前需使用 2 個承重 10 t 的浮箱（鉆孔平臺鋼管樁單根最大重量約 14 t）拼接成為一個鋼管樁拔除浮平臺，浮平上安裝臨時支架，可將鋼管樁拔出后通過焊接牛腿固定在臨時支架上，然后分節割除后運輸至碼頭。鋼管樁調運至材料場堆放時用枕木卡住底層管樁，然后逐層堆放，堆放應做到安放平穩，防止管樁滾動。

4 水中樁基礎施工

4.1 水中樁基礎施工主要難點分析

4.1.1 鋼護筒定位精度要求高

南流嘉陵江大橋樁基礎為單樁單柱的結構形式，樁基鋼護筒水中長度約 45 m，因此對鋼護筒的平面位置偏差以及鋼護筒的傾斜度控制要求高。

4.1.2 鉆孔平臺施工技術要求高

鉆孔平臺基礎鋼管樁位于深水中，長細比較大，對平臺施工要求較高。此外，青牛鄉一側 12號主墩位置位于水下的陡坡處（坡比約 1∶2），地質資料顯示，河床表層覆蓋層為厚度約 3 m的粉質黏土層，以下為泥巖層，鉆孔平臺施工時需克服在水中陡坡上打設鋼管樁、鋼護筒的困難。

4.1.3 樁基礎施工質量要求高

南流嘉陵江大橋主橋7號—12號墩樁基礎樁徑均為3 m，最大樁長 99.7 m，墩身采用柱式墩（單樁單柱結構），無承臺結構，對樁基礎施工質量要求高。

4.1.4 樁基礎施工技術風險高

根據地質資料和設計說明顯示，橋址所處河道上下游各3 km范圍內均是采砂、采金區域，樁基施工可能存在大面積塌孔及漏漿情況，需撤出鉆機，回填片石、黃泥采用沖擊鉆沖擊擠密后繼續鉆孔施工或采用跟進鋼護筒的方法。

4.1.5 混凝土質量要求高

水中 5號—9號墩位樁基礎擬采用地泵長距離布設泵管灌注（最遠輸送距離約 300 m），對混凝土質量要求較高。

4.1.6 施工安全風險高

水中樁基礎施工、鉆孔平臺施工等均需浮吊、“浮平臺+履帶吊”以及駁船等水上大型施工機械，施工安全風險高。

4.1.7 施工組織難度大

亭子口水庫水位受雨季影響較大，枯水期與蓄水期水位變化明顯，本項目橋梁基礎為深水施工，水上施工機械多，且施工受水庫水位影響，施工組織、協調難度大。

4.2 水中樁基礎施工方案

根據管段所經地區的地質情況以及鉆孔平臺的設計情況，鉆孔灌注樁采用沖擊鉆機施工。樁孔成孔后對沉碴厚度、泥漿指標、孔壁垂直度、孔徑（采用檢孔器或超聲波檢孔儀進行檢查）、孔深（樁底標高）等檢查合格后方可進入下道工序。混凝土統一由項目部拌合站集中拌制，混凝土運輸車運輸，9號墩至左岸各墩位樁基礎采用地泵泵送（配備兩套地泵輸送管）灌注，最遠泵送距離約311 m，10號墩至右岸各墩位樁基礎利用運輸船（運輸船單次可運輸2輛罐車，往返時間約40 min）將罐車運輸至各墩位附近的地泵處，地泵位于平板船上，平板船通過拋錨固定停靠于鉆孔平臺側方罐車通過溜槽將混凝土輸送于地泵，通過地泵將砼泵送至各樁孔內。

4.2.1 施工放樣

施工前用全站儀在鉆孔平臺放出樁位中心點，并在鋼護筒上標記出樁位中心（用石棉線通過護筒的直徑方向交叉定出樁孔中心）。在施工過程中，為防止毀壞已放樣好的樁位，可在放樁位時，將樁位引至平臺上不受施工干擾的地方，每排樁中心線兩側各一個點，作出標記，同時做好復測工作，在施工中應經常檢查樁位標記是否被移動，確保樁位的準確性。

4.2.2 造漿

泥漿是黏土和水的拌和物，由于其相對密度大，凈水壓力大，作用在井孔壁形成一層泥皮，阻隔孔隙水滲流，保護孔壁免于坍塌，同時，泥漿還起懸浮鉆渣的作用，使鉆進正常進行。在鉆孔平臺上安放一個3 m（寬）×7 m（長）×2 m（高）的泥漿池，鉆碴通過分離器分離至渣土船上運輸至指定位置，泥漿回流至泥漿池（圖6）。

在鉆進過程中不斷用試驗儀器對泥漿的各項性能指標進行測試，根據泥漿性能和地層情況及時調整泥漿的濃度，必要時添加外加劑。

4.2.3 鉆進成孔

每個主墩樁位共計 4 根樁基礎，應進行跳樁法施工，避免造成相鄰樁擾動。初鉆時進尺適當控制，采用小沖程，使最初成孔豎直、圓順，防止孔位偏心、孔口坍塌。進入正常鉆進后，采用1.5～1.8 m沖程，但最大沖程不超過2 m。鉆進過程中及時排渣，并保持泥漿的密度和粘度。同時經常注意地層的變化，在地層的變化處均應撈取渣樣，判斷地質的類型，填入記錄表中，并與設計提供的地質剖面圖相對照。鉆孔作業要連續進行，不得間斷，因故必須停鉆時，孔口應加蓋防墜鋼筋網片，并嚴禁把沖擊錐留在孔內，以防埋鉆。

4.2.4 清孔

清孔應優先考慮率反循環法清孔，條件不滿足的情況下可采用正循環法清孔，清孔時須增加濾砂器，確保含砂量滿足規范要求。清孔時應注意幾點：①鉆孔達到圖紙規定深度或根據樁基終孔原則經監理工程師批準同意終孔后立即進行清孔。清孔采用換漿法，用換漿法清孔不需另加機具，且孔內仍為泥漿護壁，不易塌孔，但容易造成清孔不徹底，應特別注意，一定要保證清孔時間及清孔質量，避免出現缺陷樁；②不得用加深孔深來代替清孔；③鋼筋籠下放完畢，須進行二次清孔，當泥漿濃度、含沙率及沉渣厚度達到設計要求和規范要求后，并經監理同意，可以進行灌注水下混凝土。本工程水中樁基礎設計為清水灌注樁基礎，但應注意控制含砂率小于2％。在灌注水下混凝土前，孔底沉淀物厚度不超過規范或設計圖紙的規定值，提前做好灌注水下混凝土準備工作，縮短清孔至灌注水下混凝土間隔時間。

4.2.5 鋼筋籠骨架的制作與下放

鋼筋籠主筋連接采用墩粗直螺紋套筒連接，可節省鋼筋籠安裝時間，保證對接質量和成孔到灌注的時間要求。

鋼筋籠主筋的對接采用機械連接，在鋼筋加工廠預先分節拼裝連接，在連接處選擇一根主筋每節噴上油漆作為標記，作為現場對接的標志。主筋與箍筋、螺旋筋與主筋之間均采用點焊。聲測管采用8#鍍鋅低碳鋼絲與鋼筋籠骨架捆綁牢固，綁扎前應在每節鋼筋孔骨架上事先將聲測管捆綁位置定位，確保聲測管整體線性豎直；聲測管的對接采用套管法，焊接密實且不能焊透，每節聲測管對接完成后均需注水檢查密封性，嚴禁泥漿進入管內。

鋼筋籠下放（圖7）需轉用吊具和下放支架，吊具和支架應滿足鋼筋籠荷載作用。骨架全部入孔后，要調整骨架平面位置，使其中心與樁位重合；調整骨架立面位置，使其頂面標高符合設計要求（可利用骨架頂面與護筒頂高差控制）。

4.2.6 灌注

混凝土統一由項目部拌合站集中拌制，混凝土運輸車運輸，9號墩至左岸各墩位樁基礎采用地泵泵送（配備兩套地泵輸送管）灌注，最遠泵送距離約311 m，10號墩至右岸各墩位樁基礎利用運輸船（運輸船單次可運輸2輛罐車，往返時間約30 min）將罐車運輸至各墩位附近的地泵處，地泵位于平板船上，平板船通過拋錨固定停靠于鉆孔平臺側方，罐車通過溜槽將砼輸送于地泵，通過地泵將混凝土泵送至集料斗（焊接與平板船甲板上）后再灌注至各樁孔內，地泵可連接10 m左右軟泵管，防止運輸船停靠位置出現偏差時可通過調整承載地泵的平板船位置消除偏差。

灌注水下混凝土是鉆孔樁施工的重要工序，應特別注意，鉆孔應經成孔質量檢驗合格后方可開始灌注工作。水下混凝土的坍落度應控制在 180～220 mm，且有良好的和易性。混凝土拌和車運抵現場后，坍落度檢查合格后，再進行澆灌。灌注時應現將混凝土灌注至集料斗（可存放12～15 m3混凝土）內，通過集料斗及溜槽灌注至導管內。

灌注過程中，應采取措施防止雜物掉入孔中；導管提升時，應保持軸線豎直和位置居中，逐步提升，防止導管連接部位鉤掛鋼筋籠；混凝土澆筑速度應保持勻速，應隨時核對混凝土的澆筑數量，以確定所測混凝土的澆筑高度是否正確；當導管內混凝土不滿時，后續混凝土應控制澆筑速度，避免在導管內形成高壓氣囊造成導管密封破壞和飛物傷人；導管應緩慢提升和下降，避免在已澆筑混凝土中形成空洞或將頂層浮渣卷入；應經常測探孔內混凝土面高程，及時調整導管埋深，導管埋深宜控制在 2～6 m，最小埋深任何時候不得小于1 m，當澆筑速度較快、導管較堅固并有足夠的起重能力時，可適當加大埋深，但不宜超過8 m。

5 結束語

水中樁基礎施工作為南流嘉陵江大橋的重點工程，其具有隱蔽、復雜和施工安全風險高等特點。本文結合該工程具體的施工方案，詳細介紹了水中樁基礎施工的施工流程。該項目水中樁基礎采用搭設鉆孔平臺和簡易浮橋的方法施工，其中鉆孔平臺鋼管樁和樁基鋼護筒利用在施工現場組拼成型的水上移動式浮平臺引孔、打設；簡易浮橋主要用于鋪設過江電纜和砼輸送泵以及作為人行通道，水上施工材料及機具利用駁船運輸。本工程在設計時有詳細明確的施工方案、人員管理制度和安全保障措施，能保證本工程的質量。

參考文獻

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