林浦

（煙臺市市政養(yǎng)護(hù)中心，山東 煙臺 264000）

0 引言

隨著我國公路交通建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，橋梁工程設(shè)計和施工技術(shù)也得到了大幅度提升。橋梁基礎(chǔ)作為水下的隱蔽工程，對橋墩及橋梁上部構(gòu)造的穩(wěn)定和安全性能有著直接影響。如果橋梁基礎(chǔ)存在缺陷，將大大損壞橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，縮短其使用壽命[1]。橋梁基礎(chǔ)不僅需要考慮自身結(jié)構(gòu)的性能，還要考慮周圍水環(huán)境的影響，這就對設(shè)計和施工帶來一定的難度[2]。該文以某連續(xù)鋼構(gòu)橋為例，就公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計與施工技術(shù)方面的問題進(jìn)行剖析，采取合理的技術(shù)方案，用于指導(dǎo)橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計和施工。

1 工程概況

該橋主橋結(jié)構(gòu)為T 型梁，橋長230m，橋?qū)?5m。橋址區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，所處區(qū)域未勘探出斷裂層，地質(zhì)情況相對穩(wěn)定，查閱資料得出，該項目的地震基本烈度為VI 度，建設(shè)地的地下水豐富，且以潛水、弱承壓型為主。在河床上層土體包含豐富的粉砂、卵礫石，下層則以泥質(zhì)粉砂巖為主。橋梁基礎(chǔ)具有深基、群樁、高墩的特點。橋梁主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土材料進(jìn)行施工，且涉及了大體積混凝土施工工藝。樁基選用鉆孔樁，其樁徑較大，因此對于施工技術(shù)的要求比較高。采用深水墩的方式對主橋進(jìn)行作業(yè)，深水橋墩工序繁多復(fù)雜，專業(yè)要求高，對施工質(zhì)量、安全性以及環(huán)保方面要求較高。

2 橋梁基礎(chǔ)設(shè)計方案及比選

在選取橋梁基礎(chǔ)的類型時，根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，如氣象水文地質(zhì)情況等外界自然因素，同時結(jié)合橋梁自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計、行車荷載情況、施工工藝及施工條件等內(nèi)在因素[3]，綜合考慮然后進(jìn)行比選，從而優(yōu)選出合理的橋梁基礎(chǔ)設(shè)計方案。

在上述各種因素中，橋址處的水文地質(zhì)情況在橋梁基礎(chǔ)類型選擇上起著決定性的作用。通常情況下，當(dāng)持力層位于水下深度H≤10m 時，設(shè)置橋梁基礎(chǔ)最為可行的方法是防水圍堰抽水；當(dāng)10m＜持力層位于水下深度H≤30m 時，通常采用樁基礎(chǔ)[4]。此外，不同于沉箱基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)，樁基對于混凝土的需求量相對較小，造價也更為低廉，所以若水文地質(zhì)條件較好且持力層深度小于10m，一般可優(yōu)先考慮采用樁基礎(chǔ)。

綜上所述，該橋在選擇基礎(chǔ)形式時，充分考慮了上述因素的影響，結(jié)合橋址所處的地勘報告及水文地質(zhì)，對于不同設(shè)計方案進(jìn)行比選后，最終選定四排摩擦型群樁基礎(chǔ)，其成孔技術(shù)采用鉆孔工藝。

3 橋墩鉆孔樁基礎(chǔ)施工

該橋6#橋墩主要由32 根樁長75m、樁徑2m 的深水樁組成，均為高樁承臺，其中，6#橋墩施工難度最大，施工質(zhì)量要求較高，管控難度較大，6#橋墩基礎(chǔ)的施工能否順利完工，將會直接影響到整個工程的施工進(jìn)度及質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)。以下以6#橋墩基礎(chǔ)為例，對6#橋墩的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

3.1 施工平臺搭設(shè)

在各個承臺位置上分別安設(shè)回旋鉆機，且采取橫向施工的方法，所用鋼管樁的厚度定為10mm。搭建平臺時選擇槽鋼，通過焊接的方式來形成箱梁。在其上鋪一層15×15cm 的方木構(gòu)成水中施工平臺，施工平臺的高程按照65.5m 控制。

3.2 鋼護(hù)筒定位

鋼護(hù)筒是由壁厚10mm 的鋼板制作而成，護(hù)筒筒身18m，直徑為2.4m，共計10 根。導(dǎo)向護(hù)筒由壁厚4mm 的加肋鋼板制成，筒長6m，直徑2.5m。把鋼護(hù)筒從導(dǎo)向護(hù)筒孔口沉入，鉆機放置到成孔的固定平臺上，下沉就位至固定平臺，固定平臺成孔狀并具有足夠的鋼性和整體性質(zhì)，達(dá)到鉆機成孔的要求。下沉護(hù)筒設(shè)置在固定平臺之上，并將其緩慢下沉至設(shè)計位置，在其上加設(shè)型鋼以此來組成整體，同時借助泥漿來將臨近的護(hù)筒組合在一起，為鉆孔提供泥漿循環(huán)，而剩余的泥渣則可借助運輸船進(jìn)行轉(zhuǎn)運處理。

3.3 鉆孔灌注樁施工

3.3.1 提前對設(shè)備進(jìn)行檢修并測試運轉(zhuǎn)

當(dāng)鉆機定位工序結(jié)束后，即可將其與泥漿循環(huán)體系相連并開啟泵機，待泵機運轉(zhuǎn)2～3min 后，開始鉆孔工作。最開始采用小沖程進(jìn)行鉆孔，施工至護(hù)筒之下3～4m 的位置時可以適當(dāng)增大沖程。及時檢查護(hù)筒和成孔的狀況，對鉆渣進(jìn)行分析，適時調(diào)整鉆孔和泥漿參數(shù)，由專人負(fù)責(zé)做好鉆孔記錄，視具體情況及時處理鉆孔異常。

3.3.2 成孔檢測

使用籠式鋼筋檢測器和標(biāo)準(zhǔn)測錘開展檢測工作。

3.3.3 清理鉆孔

當(dāng)鉆孔結(jié)束并檢測合格后，可先采用抽漿法對孔底進(jìn)行簡單清理。在導(dǎo)管、鋼筋籠設(shè)置完成、混凝土澆筑之前，采用高壓射風(fēng)噴射法開展第二次清孔。需要注意的是，只有清孔作業(yè)滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計要求時，才可開始后續(xù)施工。

3.3.4 安置鋼筋籠

依據(jù)施工規(guī)范制作并放置鋼筋籠及檢測管。鋼筋籠的放置一般采用浮吊法完成。

3.3.5 安置導(dǎo)管

一般使用快速接頭導(dǎo)管進(jìn)行施工，且需要預(yù)先進(jìn)行水密試驗，滿足要求后以浮吊法進(jìn)行施工。

3.3.6 灌注混凝土

所用商品混凝土的性能指標(biāo)應(yīng)當(dāng)滿足水下澆筑的基本要求，并在棧橋位置安設(shè)至少四臺HBT60 輸送泵。導(dǎo)管法嚴(yán)禁中途停滯作業(yè)，整套流程應(yīng)緊湊、連續(xù)完成。對于首次灌注的混凝土而言，其高度應(yīng)至少保證埋入液面之下1m。在首次灌注結(jié)束后，應(yīng)及時安排工作人員測量導(dǎo)管的埋入深度，只有滿足要求方可開始后續(xù)施工。而且需要安排專人監(jiān)管混凝土灌注過程中的澆筑速度及孔內(nèi)水位，以此推斷孔內(nèi)混凝土高度及管內(nèi)外高差，指導(dǎo)后續(xù)澆筑作業(yè)的速度，形成可靠的工程文件。

3.4 鎖口鋼管樁圍堰施工

考慮到6#橋墩為深水高樁承臺，且承臺頂部與河床之間的距離為7.6m，水深約13m，因此選定管樁圍堰法。鑒于承臺為矩形且輪廓尺寸較大，自身結(jié)構(gòu)抵御外力的穩(wěn)定性能較弱。在施工過程中，由于抽水和插打深度較深，導(dǎo)致樁內(nèi)外的水壓力比較突出，難以達(dá)到截面抵抗矩的要求，同時內(nèi)撐布置密度大，為施工帶來較大的局限。此外，鋼套圍堰法對于作業(yè)環(huán)境有嚴(yán)苛的要求，往往涉及大量的材料、機械進(jìn)場，同時受工程自然地理條件約束，大型浮吊設(shè)備和拖船很難進(jìn)駐施工場地，無法采用鋼套圍堰方案。在對備選方案進(jìn)行全面比對與論證后，最終選用鎖口鋼管圍堰的方法完成施工。施工所用的設(shè)施有限位器、止水袋等，其結(jié)構(gòu)形式和平面布置如圖1、圖2 所示。

圖1 鎖口鋼管樁圍堰結(jié)構(gòu)形式

圖2 鋼管樁圍堰平面圖

3.4.1 鋼管樁加工

鋼管樁對施工精度要求較高，尤其是公扣和母扣的轉(zhuǎn)角管須為90o，軸線為180o，采用不等邊角鋼和螺旋鋼管加工焊接而成，焊接方式為雙面滿焊，防止鋼管和角鋼之間滲水。在公扣和母扣兩側(cè)每間隔1m 位置即焊接一塊板厚＞1cm 的加強鋼板，增強公母扣的強度，鎖扣連接形式如圖3 所示。

圖3 鎖口連接形式

3.4.2 鋼管樁安裝

安裝鋼管樁時需要注意兩個重要環(huán)節(jié)，一是第一根鋼管的安裝。首先需要完成定位導(dǎo)向架的設(shè)置，并沿其進(jìn)行打樁作業(yè)，以此來確保第一根鋼管能夠準(zhǔn)確定位。隨后即可以第一根鋼管為基準(zhǔn)，在兩側(cè)分別安設(shè)定位架，并依序開展打樁工作。在打樁過程中，一般僅需借助船上浮吊和振動錘就能完成。二是鋼管口處理。圍堰的面積一般比較大，因此樁間距的控制難度也較為困難，為了降低這一偏差，就需要特別注意鋼管的封口，并準(zhǔn)確測定封口間的距離。在具體工程中，可以加工鋼管來調(diào)整公扣，進(jìn)而達(dá)到控制鋼管間距的目的，確保鎖口能夠被可靠安裝。需要特別注意的是，為了保障鎖扣能夠發(fā)揮預(yù)期的止水作用，安裝樁時應(yīng)當(dāng)確保鎖口在河床下1m 以上。

3.4.3 鎖口灌漿

作為施工中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，鎖扣灌漿作業(yè)往往直接決定著圍堰的止水。灌漿時應(yīng)注意兩個方面，一是應(yīng)避免布袋間的絞纏，確保布袋長度可以達(dá)到漿體一次性灌注的要求。布袋的材質(zhì)應(yīng)采用防水油布即雨傘布，加工的口徑要大于鎖口的口徑，還要具有良好的柔度以保證不會使?jié){體和河水接觸后被稀釋；二是灌注作業(yè)應(yīng)當(dāng)使用特制漏斗完成，且上料盡量采用人工作業(yè)。砂漿的配比應(yīng)當(dāng)滿足設(shè)計方案要求，且灌注過程實時關(guān)注漿體性質(zhì)的變化，譬如黏度、流速等，將灌注速度控制在可靠的范圍內(nèi)，并對異常現(xiàn)象做出及時反應(yīng)。

3.4.4 封底混凝土澆筑

封底混凝土的作用主要是為了密封承臺底部的通道，防止其滲水，同時還承擔(dān)著承臺的載重。該項目橋梁設(shè)計選用高樁承臺，在完成封底工作前需要在圍堰內(nèi)填埋適量的砂礫石，填埋深度一般以承臺底之下7m為宜?？紤]到砂礫石的平整性難以得到保障，所以可采取干封完成作業(yè)。借助適當(dāng)?shù)脑O(shè)備抽凈圍堰底的水，并將水排入圍堰兩側(cè)的集水坑中。圍堰底存在滲水現(xiàn)象，所以在封底時往往無法一次性達(dá)到預(yù)期效果，而需要在圍堰底附加一定的緩沖水壓力。待到圍堰底的混凝土形成足夠強度時，再完成后續(xù)封堵作業(yè)。

3.4.5 承臺混凝土澆筑

6#橋墩高樁承臺的體積為19.9m×19.9m×5m，混凝土用量為1980.05m3，需求混凝土體積較大，因此澆筑作業(yè)應(yīng)重點關(guān)注以下幾點：

（1）水泥的選擇：水泥采用42.5 礦渣硅酸鹽水泥，其水化熱比較低。

（2）添加磨細(xì)粉的煤灰。研究表明[5]，對于單位體積的混凝土而言，若其水泥用量增加、減少10kg，則水化熱將隨之提升、降低約1～1.2℃。該項目在滿足配合比基本要求的基礎(chǔ)上，在每立方混凝土中摻入了5kg 粉煤灰。

（3）選擇優(yōu)質(zhì)外加劑。使用E.A-2 型緩凝減水劑，可以起到減水緩凝的作用，坍落度損失量也減小，同時對于控制拌和水、水泥摻量也有著積極作用，有助于將水化熱限制在合理的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

綜上所述，我國在公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計和施工技術(shù)方面已經(jīng)積累了豐富的實踐經(jīng)驗和成果。本文以某連續(xù)鋼構(gòu)橋6#橋墩四排摩擦型群樁基礎(chǔ)為例，全面總結(jié)了設(shè)計和施工方面的成果，并指出在河床較深、水流湍急的河中，通過采用鎖口鋼管樁圍堰進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工，根據(jù)樁基礎(chǔ)的質(zhì)量檢測可以看出，該法符合施工條件的要求，且具有較好的施工效果，具有一定的應(yīng)用及推廣價值。