深水位急流速河段樁基施工關鍵技術研究

摘要 橋梁在深水位急流速河段樁基施工常采用咬合樁圍堰、鋼圍堰、鋼板樁、鋼套箱等圍堰形式，但針對在深水位急流速河段樁基采用筑島圍堰配合雙護筒和多護筒施工樁基的研究較少。該文結合成金簡快速路（金堂段二期－沱江大橋）工程施工經驗，詳細闡述深水位急流速河段樁基采用筑島圍堰+多護筒的施工措施確保成樁質量關鍵技術研究。

關鍵詞 樁基施工；深水位急流速河段；滲水壓監測

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0126-03

0 引言

橋梁深水位急流速河段樁基基礎施工技術相較于土石圍堰在施工同類型河道橋梁的深水樁基基礎時具有更高的參考價值，傳統的橋梁深水樁基基礎的施工主要討論的是咬合樁圍堰、鋼圍堰、鋼板樁、鋼套箱的結構形變和結構支撐點的應力和應變方面的問題，側重點為提供樁基施工空間的大型鋼結構的形式和結構的創新[1]，但對深水位急流速河段橋梁樁基的基礎施工采用夾心式土石圍堰方法鮮有研究。國內外傳統的施工方法為單鋼壁圍堰、雙鋼壁圍堰、鋼套箱，由于傳統的鋼圍堰從設計、鋼結構加工、鋼圍堰安裝施工周期一般在6個月左右，采用夾心式圍堰配合多護筒的施工工藝能在保證質量的前提下有效地縮短工期，保證汛期前下部結構出水。如果選擇鋼圍堰，水中的下部結構施工將在6～9月間基本就處于停工狀態，施工周期長是鋼圍堰的缺點之一。針對特殊的水文地質和緊張的合同工期，選擇采用筑島圍堰+多鋼護筒的施工工法[2]，在此基礎上，探討筑島圍堰+多鋼護筒在深水樁基基礎的應用，具有一定的理論意義與實用價值。該文結合成金簡快速路（金堂段二期－沱江大橋）工程的施工實踐，具體探究深水位急流速河段橋梁樁基施工相關技術。

1 工程概況

成金簡快速路（金堂段二期—沱江大橋）工程，主橋2 #、3 #墩位置橋位處沱江實測水位413.52 m，主橋3 #主墩中心位于沱江河心距簡陽岸110 m，3 #墩處上游側水深5～7 m，下游樁基處水深在6～7 m之間；2 #墩左幅4根樁基在距離河邊10 m位置，沱江河中水的流速在1.5～2 m/s，橋址上游450 m位置有電站一座，3 #墩處的土石圍堰的平面尺寸為72 m×35 m。

2 #墩位置采用沿沱江河邊填筑平面尺寸為22 m×72 m的圍堰。在施工時采用打入多護筒，在護筒之間再次填入封水性比較好的黏土可以減少護筒底部由于局部未密封導致滲流水流速過大，影響成樁質量。護筒的深度最外圍的深度為9～11 m，內層第1道鋼護筒的深度9～11 m，內層第2道鋼護筒的深度是10～12 m之間。

2 施工工藝流程

取土場黏土進行含水量測定→不同含水量黏土層的選定→圍堰填筑→旋挖鉆機就位→樁基測量定位→外圍鋼護筒的打入（振動錘）→旋挖機旋挖作業至河床→填塞黏土（深度不小于6 m）→打入內層一道鋼護筒（到位后安裝滲流水檢測儀）→旋挖鉆機進入河床1 m→安裝內層第2道鋼護筒→旋挖鉆孔到位→清孔后澆筑混凝土→混凝土初凝前提出內層第2道鋼護筒→混凝土終凝前提出內層第1道鋼護筒→混凝土終凝后提出外層鋼護筒。

3 筑島結構和護筒內填充土質研究

主橋2 #、3 #墩位于距離沱江成都岸分別為10 m、50 m的位置。通過先期對2 #、3 #墩處水深、水面高程測量、結合橋址處上游白果電站的走訪，了解到枯水期開關水閘可引起3 m左右的水位落差，現場對枯水期的水深和水面高程進行了測量，橋址處水深在3～7 m之間，水面高程413.52 m，島體為了保證圍堰的穩定，填筑的島體高出枯水水面4 m即417.52 m。筑島圍堰工作面寬90 m，長40 m，填筑高度為5.7～9.8 m，筑島頂面高程控制在417.52 m，保證施工平臺高出實測水位4 m。填料在合同段起點處的路基的紅線內進行挖取，為保證筑島圍堰施工進度，筑島采用由河岸向河心填筑圍堰體的中心平臺，在已填筑的圍堰平臺為中心從上游迎水面逆時針碼砌卵石石籠，人工配合機械，用挖機配合人工從上游向下游先行施工外側的卵石石籠，卵石石籠錯縫碼砌。由于2 #、3 #墩主橋樁基均需要在圍堰上施工，且圍堰填筑高度過高，均為強風化砂巖、卵石夾土，空隙大，在填筑過程中，圍堰在填筑至靠河心側6 m時，采用吊車、挖掘機在外圍擺碼裝粒徑大于15 cm的中風化巖粉砂巖的噸袋，并在噸袋靠4 #主墩方向填筑寬度不小于5 m的黏土，黏土主要來源為場地內清理的亞黏土。該黏土的主要特性為：

①黏土主要為中低液限黏土，成分以高嶺石、伊利石為主，充分利用高嶺土的特性[3]。

②高嶺土晶胞之間的聯結是氧原子與氫氧基之間的氫鍵，聯結力較強，晶胞之間的距離不易改變，水分子不能進入，由于晶格間連接力較強，水分子不容易進入，所以伊利石親水性、脹縮性不如蒙脫石，其液限變化范圍為80%～120%，塑限為45%～60%。

③伊利石屬于較不穩定的中間產物，性質介于蒙脫石和高嶺石之間，為了保證土石圍堰的黏土封水層的施工質量，對土壤的含水量、高嶺土的最近絮凝度、黏土中高嶺土的含量進行了試驗分析，最終確定高嶺土的絮凝度和黏土中高嶺土的含量的關系式，在保證最大限度利用場地內黏土的同時保證圍堰的封水質量。

④針對采用不同種黏土對樁基的護筒的間隙進行填塞進行施工，對不同含水率的黏土填塞后的護筒內的滲流水進行了研究，根據成樁質量對護筒的設置數量和填塞黏土含水率進行數據分析。

土壤含水率試驗儀器：烘箱、鋁盒、調土刀、刮土刀、蒸餾水滴瓶、凡士林等。

土壤的含水量試驗數據如表1所示：

針對不同的黏土含水量對樁基的護筒間填塞黏土，測定不同含水量黏土填塞狀態下的護筒底的滲流水水壓。

4 二雙護筒和三護筒下的不同護筒內滲水壓力

（1）圍堰和樁基現場布置

2、3 #墩圍堰處共計有12根樁基位于沱江中，3 #墩有8根樁基長度均為25 m，2 #墩4根在沱江的水中，樁基長度分別為：2-1樁基長度25.35 m，2-2樁基長度25.53 m，2-3樁基長度25.67 m，2-4樁基長度25.85 m。

（2）樁基科研試驗

試驗結果表明：該項目所選土體滿足水中圍堰要求。經后期的樁基施工的質量表明采用含水率為13.9%的黏土封水性較其余兩種效果好。護筒之間充填黏土有利于封水層的形成，最佳含水率13.9%的黏土有利于封水層的形成。圍堰的填筑材料強度滿足承重和變形的要求。JC18-230鋼弦式滲水壓力計對雙護筒和三護筒內滲水壓力進行檢測，檢測范圍：0.05～1 MPa，樁基的直徑為2 m，三護筒的直徑分別采用2.2 m、2.4 m和2.6 m。護筒的壁厚采用16 mm，護筒頂部采用厚度12 mm鋼板進行加強。確保施工過程護筒整體性。護筒的長度采用6 m通用節段和1 m、2 m、3 m各組合節段根據現場實際深度進行焊接，確保護筒埋入河床堆積層的深度和嵌入中風化河床的深度。

對于選定的3-1、3-2、3-3樁基采用雙護筒進行施工，全過程對樁基施工過程中的滲水壓力檢測，兩護筒間滲水壓力檢測記錄統計表如表2所示。

對于選定的2-1、2-2、2-3、2-4、3-3、3-5、3-6、3-7、3-8樁基全過程采用三護筒進行施工，全過程對樁基施工過程中的滲水壓力檢測，三護筒間滲水壓力檢測記錄統計表如表3所示。

（3）雙護筒和三護筒護壁對成樁質量的影響：在樁基的齡期滿足檢測要求后，利用超聲波法對成樁質量進行檢測，試驗結果如下表4所示。

采用超聲波對已實施的樁基進行了無損檢測經檢測，采用了三護筒施工法施工的C30水下混凝土樁基樁身完整、密實度滿足規范要求，判定為I類樁，但在檢測中雙護筒的樁基在成樁質量上存在一些質量缺陷，樁基在巖石同圍堰填筑體的交界面上存在波段不清晰，波形較弱，波速較正常值偏低，經現場檢測后和外部檢測主管溝通分析，分析的結果為造成此類質量缺陷的主要問題[4]：波形弱位置位于中風化巖石和河床堆積層的分界線附近，此處的滲水壓較大，滲流水活躍，雙護筒對于護筒外河流中的滲流水缺少了一道用于緩沖滲水壓的護筒作為阻漿帷幕層，導致在急流速深水位樁基施工時有其局限性，樁基缺陷幾乎均位于深水位置，對成樁質量不構成較大影響，且河床上一般有0.5～1 m的砂礫石覆蓋層，由于其出現缺陷的位置距離水面深度大概3～7 m，采用明挖降水鑿除樁基再澆筑的處理工藝難度大，經研究決定對界面波形比較弱和波速比較低的位置采用鉆孔壓漿進行處理，處理后的樁基經內外部檢測單位的超聲波復測，樁基的密實度滿足設計的相關技術指標要求。三護筒的樁基在河床同填筑的島體的交界面上波紋清晰，波形正常，波速滿足規范要求，成樁質量穩固，符合I類樁質量要求。

5 結束語

通過在成金簡快速路（金堂段二期—沱江大橋）項目主橋2 #、3 #墩位置圍堰采用夾心式圍堰結構，樁基施工采用雙護筒、三護筒并采用黏土填充護筒間隙進行深水位急流速河段樁基施工的科研，得出：土石圍堰深水位急流速河段施工樁基中采用夾心式土石圍堰，樁基施工采用三護筒，三護筒間填塞13%～14%含水量的黏土作為封水層這種工藝在特定的水文和地質條件下有其推廣價值。夾心式圍堰結構下雙護筒和三護筒的樁基質量檢測結果對比表明三護筒施工措施對成樁質量保證有利。在深水位急流速河段土石圍堰上作業采用夾心式圍堰，采用三護筒較單護筒、雙護筒在成樁質量上有顯著的優勢，具有推廣和經濟優勢。

參考文獻

[1]閆寧濤.振沖下設長護筒的錘型選擇計算及控制要點[J].工程技術研究，2020（22）：53-54.

[2]楊裕堯.旋挖鉆與全套管跟進工藝在橋梁工程樁基施工中的應用[J].工程建設與設計，2021（16）：25-28.

[3]袁慶波.橋梁樁基雙護筒施工工藝應用[J].運輸經理世界，2021（3）：85-86.

[4]陳劍俠.橋梁樁基雙護筒施工技術解析[J].運輸經理世界，2020（12）：61-62.

收稿日期：2024-05-11

作者簡介：李強（1982—），男，本科，工程師，主要從事項目技術質量安全管理工作。