橋梁深水樁基礎施工關鍵技術分析

摘要 跨河橋梁深水樁基具有一定難度，為明確此類工程的施工技術，文章以澎溪河大橋為例，該工程通過筑島、鋼護筒水下接高，以及基于導管法的水下混凝土澆筑等施工措施，構筑的深水樁基均達到驗收標準，取得了理想的施工成果。可見，深水樁基工程具有一定難度，需要針對深水環境筑島構建施工平臺、加長鋼護筒、利用導管法進行水下混凝土灌注，并加強各環節質量控制，可構建出有效支撐上部結構的橋梁深水樁基。

關鍵詞 深水橋梁；樁基礎；施工技術；鋼護筒；質量控制

中圖分類號 U445.551 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0097-03

0 引言

橋梁深水樁基因為其環境較為復雜，一方面要考慮水中施工平臺的搭設，另一方面還要考慮防止水流對樁基的沖刷影響。基于此，案例工程通過筑島搭設施工平臺，以及鋼護筒水下接高等輔助措施，兼顧這兩方面因素，并通過導管法開展水下混凝土灌注，構建深水樁基，取得了理想的施工效果。現結合工程實例，對橋梁深水樁基施工的關鍵技術展開論述。

1 深水橋梁樁基礎概述

1.1 樁基礎類型及適用條件

樁基礎是橋梁工程中的重要組成部分，根據不同的分類標準，樁基礎可以分為多種類型。按施工方法可分為預制樁和灌注樁；按材料可分為木樁、混凝土樁和鋼管樁等；按樁的受力情況可分為摩擦樁和端承樁。

不同類型樁基礎適用于不同的地質條件和橋梁跨度。對于軟土地基，常用的樁基類型為預制混凝土樁或鋼管樁。對于巖層地基，可以采用嵌巖樁，利用巖層的支撐作用提高橋梁的穩定性。大跨度橋梁需要采用深水樁基，以確保橋梁的穩定性和安全性。

1.2 深水樁基礎的特點與難點

1.2.1 深水樁基礎的特點

深水樁基礎的特點表現在以下幾個方面[1]：

（1）環境特殊性。深水樁基礎位于水體覆蓋區域，水深、水流速度、波浪高度及周期等因素對施工安全和效率有著顯著影響。

（2）地質條件復雜。水下的地質勘查與陸地相比更為困難，地質結構可能包含軟土層、砂層、巖石層以及復雜的巖溶、流沙等不良地質現象，這些都直接影響樁基的設計與施工方法的選擇。

（3）施工技術要求高。深水樁基礎施工通常需要采用先進的水上平臺系統、潛水或遙控設備進行定位、鉆孔、清渣、鋼筋籠安裝、混凝土灌注等一系列工序，技術集成度高，且各個環節均需精確控制以確保樁基質量。

（4）安全保障嚴格。施工過程中涉及人員潛水作業、水上交通協調、水下爆破等多種高風險操作，因此安全防范措施必須嚴密周全，以防止安全事故的發生。

1.2.2 深水樁基礎的難點

深水樁基礎的難點表現在以下幾個方面：

（1）施工平臺搭建與維護。在深水區域搭建穩定的施工平臺是一項技術挑戰，需要考慮水流、風力、波浪等因素，以確保施工平臺的安全性和可靠性。

（2）樁基定位與導向。在水下環境中，精確定位樁基位置并保持其垂直度是一大難點，需要采用高精度的測量技術和導向系統。

（3）鉆孔與成樁質量控制。深水區域的鉆孔作業受到水流擾動的影響，可能導致孔壁穩定性問題。同時，水下混凝土的澆筑質量也難以控制，需要特別的施工技術和材料配比。

（4）環境與安全風險。深水樁基礎施工過程中存在較高的安全風險，包括施工人員的生命安全和設備的安全運行。此外，施工活動可能對水質、底棲生物等造成影響，需要進行嚴格的環境監測和管理。

2 深水樁基礎施工的關鍵技術分析

2.1 項目概況

重慶城口（陜渝界）至開州高速公路路線總長128.461 km，整體式路基寬24.5 m，分離式路基12.25 m，設計時速為80 km/h。該項目涉及澎溪河大橋，左線橋長1 153.498 m，右線橋長1 176.5 m。主橋橋墩采用雙薄壁矩形實心墩，橫橋向寬7.0 m，壁厚1.8 m，薄壁凈距6.4 m，橫向與箱底同寬。基樁按縱向三排、橫向兩排布置，每墩共6根樁，樁徑φ2.5 m，樁長42～44 m。14#、15#主墩常年位于河中，低水位時水深約5 m，高水位水深約33 m。澎溪河特大橋主14#、15#墩樁基。

2.2 樁基施工工藝流程

棧橋、鋼平臺搭設后，進行水中樁基施工，其施工工藝流程如圖1所示：

2.3 樁基施工關鍵技術要點

2.3.1 鉆孔作業平臺

（1）筑島施工。彭溪河特大橋14#、15#樁基礎采用先筑島、埋設護筒、接長護筒至標高178 m以上，再采用沖擊鉆樁基的總體思路。根據水位綜合考慮，筑島高程擬定于高程153.5 m，城口岸從10#墩開始填筑便道至14#墩，便道設置在左右線中間，分別在左右線14#墩位填筑基礎施工平臺；開州岸從16#墩開始填筑便道至15#墩，便道設置在左右線中間，分別在左右線15#墩位填筑基礎施工平臺。

（2）鉆孔作業平臺。鉆孔平臺布置在主棧橋兩側、對稱于主墩縱、橫軸線布置。順橋向寬度為31 m，橫橋向寬度為18 m。采用鋼管樁作承重結構，頂上設置橫梁后安裝貝雷桁架、縱橫向分配梁后鋪設花紋鋼板形成作業面。

（3）鉆孔作業平臺立面布置。鉆孔平臺采用φ630*8打入鋼管樁，從下至上設置2道由φ325*5鋼管和I20型鋼組成的平斜聯。鋼管頂口開槽放置柱頂雙拼I36b主梁后，再安裝321貝雷桁架；其上鋪設I25、I12.6縱橫向分配梁，再鋪設鋼板形成工作平臺。

（4）鉆孔平臺搭設施工。貝雷架在棧橋面上拼裝成雙排單元后，利用履帶吊一組一組地整體起吊安裝，之后設置桁架限位裝置，鋪設縱橫向分配梁，加鋪面板形成平臺。

（5）鉆孔平臺驗收。鉆孔平臺實施完成后進行檢查驗收。

（6）鉆孔平臺改制、拆除。鉆孔平臺在樁基施工完成后部分拆除，為承臺圍堰施工提供工作場地。棧橋加寬段以及起重作業區予以保留，用于第二個高水位時間段大橋上構施工的材料堆場。

鉆孔平臺在全橋完工后全部拆除。拆除采用與安裝相逆的順序，同樣采用吊車拆解上部結構，鋼管樁采用“履帶吊+振動錘”拔樁。

2.3.2 鋼護筒加工和插打

（1）護筒加工、埋設及干處接長施工。鋼護筒采用壁厚δ=16 mm的鋼板，在廠家用機械集中卷制加工制作，焊縫全部為雙面坡口，每根鋼護筒制作完成后長為3 m，制作的鋼護筒比設計樁徑大20 cm，現場需要的鋼護筒的內徑D=2 700 mm。護筒埋設采用200型振動錘進行沉入，但需確保護筒頂口高于原地面不少于30 cm，以方便接長。

前期筑島完成后，即根據放樣的樁基中心位置，布設十字護樁；用施挖鉆引孔后，利用履帶吊起吊底節鋼護筒埋入1～2 m深，確保護筒定位準確，平面中心允許誤差為50 mm、豎直傾斜率不大于1%。然后采用200 t電動振動錘繼續施沉鋼護筒直至設計標高，再逐節接高鋼護筒。

（2）鋼護筒水下接高。鋼護筒水下連接系統由工廠提前預制好，分別由直徑2.6 m、高1 m且不封閉的鋼護筒，8個長60 cm的鉆孔槽鋼，橡膠防水墊，超長螺栓等組成。

接長工藝：上部鋼護筒起吊時，先在護筒底安裝限位器，總體呈三角形，再由上部內護筒切口放入，外部工字鋼上部進行連接，履帶吊起吊平穩入水，潛水作業人員在水底觀察精度，限位器入孔固定后，再固定螺栓。

（3）護筒跟進。開鉆前準確測定護筒頂標高。鉆孔過程中，每鉆進2 m，觀測護筒沉降情況。

2.3.3 鉆孔樁機在鋼平臺上布置

14#、15#墩承臺尺寸為15 m×9 m，左右幅為獨立承臺，每個承臺下配置6根D250 cm的灌注樁。布置2臺JK8型沖擊鉆，分3個批次施工樁基。

2.3.4 鉆孔

（1）鉆機就位、鉆孔準備。根據擬定的成孔批次和鉆機平面布置安排，使用履帶吊將鉆機擺放到位。調整鉆機扒桿，使扒桿頂定滑輪出繩方向與樁孔中心嚴格對中。

（2）護筒內鉆進。該階段不需要泥漿護壁。對于護筒入土深度10 m以上的，護筒內的覆蓋層采用氣泵吸反循環鉆機進行快速鉆進（鉆至距護筒底2 m處停鉆，換用沖擊鉆接力鉆進）。

泵吸反循環出碴口后接入過濾篩，將碴料過濾后運走外棄。

（3）穿越護筒腳鉆進。護筒腳是鉆孔施工的高危階段，極易造成漏漿、坍孔、埋鉆等事故。采用沖擊鉆慢速穿越，每沖擊1 h左右測量孔深。通過測繩手感判斷孔內泥漿含碴情況，及時掏碴。在鉆進至接近護筒腳1 m左右時，須特別注意泥漿質量和鉆進速度不能過快，并通過投放片石（粒徑控制在30 cm以內）反復沖砸固孔。在穿越護筒腳2 m左右后，恢復正常鉆進。

（4）覆蓋層內鉆進。該階段同樣遵循“低放慢打”原則，加大黏土投放量，確保泥漿的數量和質量。須在確保孔底面上有5 m左右漿后，方可逐步加大沖程（加至2～3 m）鉆進。

（5）巖層內鉆進。巖層內鉆進相對安全，可采用正常沖程（3～5 m）進行鉆進。鉆進過程中每班應從掏碴中取樣留存，對地質資料進行對比。

（6）終孔、清孔、檢孔。鉆孔全程由機長做好鉆孔進尺記錄，終孔后，吊起錘頭，加焊刮漿圈，然后將錘頭貫穿全孔深上下起落3～4遍，將孔壁上黏附的泥團和過厚的泥皮清除至孔底，再于孔底低沖程沖砸。用泥漿泵注入泥漿至孔底，將沉渣懸起。

2.3.5 鋼筋籠制作及安裝

加工完成并經檢驗合格的鋼筋籠分節運輸至平臺，用履帶吊逐節安裝入孔。安裝鋼筋籠時一并安裝檢測用的聲測管，必須逐段灌水檢查密封性能，并做好管口封堵防護。鋼筋籠的頂節接出不少于4根主鋼筋直至平臺頂面，吊掛于護筒頂口，避免鋼筋籠底部受力。

2.3.6 樁基澆筑水下混凝土

（1）灌注流程。采用導管法灌注樁基水下的混凝土，準備輸送泵、高位儲料斗、漏斗、Φ299 mm×10 m導管等，導管拼接后進行水密試驗，再進行水下混凝土的灌注。

（2）首批混凝土方量保供。混凝土必須具備良好的工作性能，特別是流動度指標。要求坍落度控制在20～

24 cm之間，擴展度須達到500 mm以上，且要求1 h無坍損、2 h坍損不得大于2 cm、5 h坍損不得大于4 cm。緩凝時間不短于10 h。若遇氣溫變動超過10 ℃時，須做適應性調整試驗。

混凝土開球采用拔球法，球蓋采用鋼蓋板+鋼板吊耳，不得采用鋼筋吊耳。

首批混凝土通過泵車將集料斗裝滿，再用泵車將漏斗裝滿。漏斗即將滿時，拔球法開球，待漏斗內混凝土下溜約三分之一時打開集料斗溜槽持續供入混凝土。集料斗必須具備方便的開關閘門，以及調節流量的功能。

采用導管法進行樁基混凝土的灌注。導管用直徑300 mm的鋼管，壁厚8 mm，每節長2.0～2.5 m，配1～2節長1～1.5 m的短管，由管端粗絲扣連接，接頭處用橡膠圈密封防水。下導管時應防止碰撞鋼筋籠，導管支撐架用型鋼制作；支撐架支墊在鉆孔平臺上，用于支撐懸吊導管。混凝土灌注期間，應用鉆架吊放拆卸導管。

水下混凝土施工采用罐車運輸混凝土，通過滑槽送至導管頂部的漏斗中。混凝土進入漏斗時的坍落度控制在18～22 cm之間，并有很好的和易性。混凝土初凝時間必須保證灌注工作在首批混凝土初凝前完成。

3 深水樁基礎施工中面臨的問題與對策

在深水樁基礎施工中，由于環境的復雜性和技術的難度，常常會面臨一系列問題。主要面臨的問題及相應對策如下：

（1）水流對樁基施工的影響是一個常見問題。在水流的沖刷和作用下，樁基的定位和固定難度增加，可能導致樁位的偏移或下沉。為了減小水流的影響，可以采取一系列措施，如增加樁基的剛度和重量、使用錨錠和固定架等設備，以確保樁基的穩定性和準確性。

（2）地質條件的復雜性和不確定性是深水樁基礎施工中的另一個重要問題。由于深水環境中地質勘察的難度和局限性，難以準確判斷地層分布和巖土性質，這給樁基的設計和施工帶來很大困難。因此，需要進行充分的地質勘察和試驗，了解地質條件的特點和規律，為樁基的設計和施工提供準確的數據支持。同時，在施工過程中，應密切關注地質變化，及時調整施工方案和技術參數，以確保施工的安全和質量。

（3）深水樁基礎施工中施工平臺的穩定性和安全性也是一個重要問題。在深水環境中，施工平臺需要承受風、浪、水流等多種外力作用，同時還需要承載施工設備和人員等重量。為了確保施工平臺的穩定性和安全性，需要采取一系列措施，如加強平臺的結構和支撐、使用重型錨錠和固定架等設備，以確保平臺的穩定性和安全性。同時，在施工過程中應定期對平臺進行檢查和維護，及時發現并處理潛在的安全隱患。

4 結語

深水樁基礎施工是橋梁工程建設中的一項重要技術，其涉及的因素多、技術難度大，對施工人員的素質和經驗要求較高。該文綜合分析了橋梁深水中樁基礎施工的關鍵技術，探討了深水樁基礎工程的特點與難點，并提出了一系列解決方案和建議。通過深入分析，可以得出以下結論：

（1）深水樁基礎施工是一項技術密集型工程，其成功實施依賴于精確的工程設計、高效的施工技術、可靠的設備選擇以及對復雜環境因素的充分考慮。

（2）施工平臺的穩定性、樁基定位的準確性、鉆孔與成樁工藝的質量控制以及環境保護措施是深水樁基礎施工中的關鍵要素，對工程的安全、質量和環境影響具有決定性作用。

（3）盡管深水樁基礎施工面臨著諸多挑戰，但通過采用創新的技術和方法，結合嚴格的項目管理和質量控制，這些挑戰均可以被克服。

參考文獻

[1]施文生. 橋梁深水中樁基礎施工關鍵技術分析[J]. 運輸經理世界， 2023（22）： 70-72.

收稿日期：2024-01-24

作者簡介：何森（1991—），男，本科，工程師，從事商務管理工作。