摘要：某大跨懸索橋錨碇基礎采用“大直徑樁+二期槽段”的咬合樁復合錨碇基礎支護形式，由于咬合樁均為鋼筋混凝土結構形式，大直徑樁基樁徑達3.5 m，且為異形結構，施工難度大。文章針對該大直徑咬合樁成孔工藝質量控制、鋼筋籠制作、鋼筋籠定位控制、混凝土灌注質量控制、鋼筋籠上浮和下沉控制等多項施工技術開展研究，形成系統(tǒng)的樁基-重力式混合錨碇基礎的施工工藝，以期為類似工程施工提供技術借鑒和參考。

關鍵詞：懸索橋；錨碇基礎；成孔；異形鋼筋籠；混凝土灌注

中圖分類號：U443.24

0 引言

錨碇作為懸索橋主要承重構件，按照不同受力，可為重力式錨碇和隧道式錨碇，隧道錨碇對地質環(huán)境要求高，因而工程應用較少。咬合樁［1］施工具有施工效率高、造價低等優(yōu)點，某大跨懸索橋錨碇基礎采用咬合樁結構形式作為圍護結構，其咬合樁結構形狀為大直徑樁（圓形）+二期槽（矩形），支護樁樁徑達3.5 m，國內罕見，施工難度大，因此很有必要對該施工工藝進行研究。

該跨海懸索橋錨碇采用大直徑樁+二期槽咬合樁圍護方案，樁基之間采用銑槽機銑槽，形成二期槽段與樁基搭接，為國內首次采用該方式施工的工程，大尺寸圓矩咬合樁施工包含樁基成孔、鋼筋籠制作、鋼筋籠安裝、混凝土灌注等關鍵工序，主要面臨以下幾個方面的挑戰(zhàn)：

（1）3.5 m大直徑樁基成孔質量控制工藝。一方面，錨碇大直徑樁基樁徑達3.5 m，采用傳統(tǒng)直接成孔的施工工藝，成孔速度較慢；另一方面，大直徑樁基位于復雜的海域環(huán)境，基巖強度高，間有斜巖，樁基成孔難度較大。

（2）大直徑樁基鋼筋籠加工制作。不同于以往的鋼筋籠，3.5 m大直徑樁基鋼筋籠的結構為異形結構，無法采用現有機械設備批量進行加工制作?；诖?，需對其鋼筋籠生產工藝進行研究，由于首次采用該結構類型鋼筋籠，可參考資料少，施工難度大。

（3）鋼筋籠定位控制技術。錨碇基礎首次采用圓-矩咬合樁支護形式，由于咬合樁均為鋼筋混凝土結構，施工過程中需嚴格控制大直徑樁基鋼筋籠的定位和垂直度，同時也要防止施工過程中大直徑樁基發(fā)生扭轉，導致二期槽銑槽過程中碰到大直徑樁鋼筋籠。

（4）混凝土灌注質量控制。大直徑樁基樁徑為3.5 m，最大樁長為43.3 m，灌注方量達400多m3，混凝土灌注方量大，施工過程中需嚴格控制泥漿配合比、沉渣厚度、混凝土灌注速度、套管埋置深度控制、樁頂浮漿控制等，施工難度大。

基于此，本文依托該跨海懸索大橋，對大直徑樁成孔工藝質量控制技術、鋼筋籠制作、鋼筋籠定位控制技術、樁垂直度的控制措施、混凝土灌注質量控制技術、鋼筋籠上浮和下沉控制技術等多項施工控制技術開展研究和分析，形成系統(tǒng)的樁基-重力式混合錨碇基礎的施工工藝，以期為類似工程施工提供技術借鑒和參考。

1 工程概況

某橋為雙塔單跨吊鋼箱梁懸索橋，橋跨布置為251 m+1 098 m+251 m，一跨過海。錨碇區(qū)采用重力式錨碇，四周采用咬合樁支護，直徑為94.0 m，圓-矩咬合樁，樁徑為3.5 m，二期槽為2.8 m×1.5 m，單個錨碇大直徑樁和二期槽各52根樁，采用大直徑樁+銑接頭施工?；A底高程為-24.00 m，錨碇四周采用咬合樁支護，樁底標高為-29.00 m，歷年高潮位為3.98 m，錨碇基礎原地貌為半島半海環(huán)境，基礎頂高程在常水位以上取+4.00 m，樁基中心圍成直徑90 m的圓形基礎（見圖1～2）。錨碇區(qū)邊坡地層巖性主要為強風化巖，該層節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡易產生掉塊。地質調查該段小褶皺發(fā)育，巖體破碎。

2 咬合樁大直徑樁基施工關鍵技術

地下連續(xù)墻作為懸索橋常用的基礎形式，地連墻重力式錨碇基坑開挖過程中常采用逆作法施工內襯，但是地下連續(xù)墻施工周期長、成本高?；诖?，項目創(chuàng)新性地采用了大直徑圓樁+矩形二期槽咬合樁支護方案的重力式錨碇，支護樁徑高達3.5 m，且位于半海半島施工區(qū)域，地質條件復雜，可參考資料少，樁基成孔難度大。大直徑樁基主要施工步驟如圖3所示。

針對大直徑樁成孔難、異形鋼筋籠制造加工難度大、鋼筋籠吊運過程中垂直度難以保障、下鋼筋籠過程中鋼筋籠旋轉、鋼筋籠接長以及鋼筋籠定位難、混凝土灌注質量難保障等一系列問題開展研究，形成大尺寸圓-矩咬合樁成套施工工藝，下面主要從大直徑樁成孔、異形鋼筋籠加工制作、鋼筋籠定位控制技術以及混凝土灌注四個方面進行介紹。

2.1 大尺寸圓矩咬合樁成孔工藝

針對半島半海施工環(huán)境，對于島上施工區(qū)域，施工場地需將原山體進行開挖平整至錨碇基礎頂部［2］。對于海上施工部分，在海島得到用海用島許可后，項目采用石方填海的方式進行筑島圍堰，滿足錨碇基礎施工過程中的平臺要求。由于錨碇基礎咬合樁支護面積大，在保障施工質量的同時提高施工效率，靠海一側大直徑樁基采用沖擊鉆施工，靠岸一側樁基采用旋挖鉆跳樁施工。旋挖鉆施工將3.5 m的大直徑樁基分2.0 m、2.8 m和3.5 m 三級擴孔施工，提高成孔速度。旋挖鉆施工時，在前一級鉆至孔深后，進行后一級擴孔，并保證各級鉆進時鉆頭阻力基本相等，鉆進壓力、速度均勻。大直徑樁采用沖擊鉆成孔時，應采用低錘密擊，需進行孔內泥漿水頭檢查，以保證成孔過程中孔壁的穩(wěn)定性。當成孔過程中遇斜巖可結合地質情況拋填相似硬度片石，用重錘沖擊，或重低沖程交替沖擊。

大直徑樁清孔。通過氣舉反循環(huán)方式清孔，將孔內泥漿運至地面的泥漿凈化系統(tǒng)，通過沉淀池去除大尺寸鉆碴，并利用砂石分離器分離粉細砂，再將經過處理后的合適泥漿回流至孔內，反復循環(huán)，直至泥漿符合標準。在此過程中，可根據孔內泥漿情況，適當補充新泥漿。

2.2 異形鋼筋籠加工制作

為避免二期槽施工過程中碰撞大直徑樁基鋼筋籠，大直徑樁基鋼筋籠采用異形結構形式（見圖4）。

由于鋼筋籠為異形結構，需對其箍筋的施工進行特別加工制作，為此首次研發(fā)了異形鋼筋彎箍機。該設備具有驅動裝置、彎折裝置和壓彎裝置（見圖5）。其中，驅動裝置用于帶動目標鋼筋移動；折彎裝置與驅動裝置間隔設置，通過千斤頂勻速頂推作用可以將目標鋼筋均勻折彎；壓彎裝置能夠在與折彎裝置和驅動裝置配合后，將目標鋼筋壓彎成弧段。通過加工系統(tǒng)制作的異形箍筋，可以減少異形箍筋上的焊接點，而且整根異形箍筋是一體加工完成。通過本加工系統(tǒng)制作的異形箍筋的整體性能更好，進而再配合主筋完成后的異形鋼筋籠的整體性能更好。通過研發(fā)異形鋼筋籠成套制作、安裝工法，確保了施工質量，縮短了工期，經濟效益顯著。實踐表明，通過本裝置可幾分鐘內加工好一根異形箍筋，加工后的鋼筋形狀與設計圖一致，具有良好的工作效率和加工質量。

進一步地，對鋼筋籠胎架進行改進，采用“平扁”胎架進行鋼筋籠制作，該胎架能夠沿著下部軌道進行移動，方便調整異形鋼筋籠尺寸，然后在胎架上放置主筋，再將加工好的箍筋與主筋按照設計要求進行連接，接著按照設計圖紙要求安裝鋼筋籠內部鋼筋，最后安裝局部加強筋，以此完成整個異形鋼筋籠的加工制作。

2.3 鋼筋籠定位控制技術

（1）鋼筋籠吊架（見圖6）。大直徑樁鋼筋籠通過14 m長的平板車分節(jié)段運輸至現場，采取主、副吊機雙機抬吊。為防止鋼筋籠變形，主吊機通過吊架吊住鋼筋籠頂部，副吊機直接吊住鋼筋籠底。由于鋼筋籠尺寸大，常規(guī)吊架尺寸小，鋼絲繩與鋼筋籠存在一定的夾角，從而對鋼筋籠產生向內的拉力，使鋼筋籠易發(fā)生變形。因此，根據鋼筋籠尺寸研發(fā)特制吊架（1.91 m×2.7 m×1.5 m），確保鋼絲繩與鋼筋籠縱向平行，減少鋼絲繩對鋼筋籠的內拉力，并通過大型有限元軟件對其最大吊重下的安全性進行分析，確保施工安全。

鋼筋籠起吊后主、副吊在指揮員指揮下擺臂使鋼筋籠尾部位于副吊正前方后，主吊機大臂固定提升，副吊開始行走，配合主吊機直至起吊至鋼筋籠垂直于地面。

（2）鋼筋籠最長為43.3 m，重量達37.2 t，采用整體吊裝，對機械設備性能要求高，施工成本高?；诖?，采用分節(jié)拼裝方式安裝鋼筋籠，先將第一節(jié)鋼筋籠掛于特制孔口吊架上，通過與下一節(jié)鋼筋籠于孔口吊架上連接好后逐級下放，直至整個鋼筋籠拼裝完成。特制孔口吊架尺寸為7.19 m×4.3 m，內部設置自由伸縮的4根箱形鋼材，當伸出4根箱形鋼材時可用于支撐吊放于孔中的鋼筋籠，當縮回4根箱形鋼材可用于下放鋼筋籠，如圖7所示。為確保孔口吊架有足夠安全性，拼裝過程不出現較大的偏位，對其進行有限元分析，計算結果表明了結構足夠安全。

（3）鋼筋籠定位控制。鋼筋籠下籠過程中，在兩正交方向上設置兩臺經緯儀對鉆桿的垂直度進行觀察，確保鋼筋籠主筋與經緯儀十字絲中的豎向絲重合，嚴格控制中心偏位≤5 cm。確保位置準確后，安裝好孔口吊架上部構件并與護筒口孔口吊架固定，防止灌注混凝土時鋼筋籠偏移、上浮。此外，在下放鋼筋籠過程中，沿著鋼筋籠長度方向每間隔一定距離焊接定位槽鋼作為限位及防扭轉裝置，為防止型鋼穿入孔壁，兩端焊接法蘭，增大接觸面積。

為避免后續(xù)二期槽銑槽施工過程中銑到大直徑樁的鋼筋籠，通過在鋼筋籠兩側空位處綁扎波紋管（每間隔凈間距1.5 m，布置長2 m波紋管，波紋管可填充異形鋼筋籠于圓孔的空隙，有效防止異形鋼筋籠晃動）。鋼筋籠安裝就位后，通過安裝隔離套箱，隔離套箱的形狀尺寸等如圖8所示，隔離套箱需上下開孔，防止下放過程中浮力過大而無法下沉。隔離套箱長7.6 m，主要用于后續(xù)二期槽施工。因為二期槽開孔過程中銑槽機位置不穩(wěn)、易晃動，通過隔離套箱拔出來預留的孔，可實現后續(xù)銑槽機無晃動、快速施工。

為進一步確保鋼筋籠安裝垂直度，采用將測斜儀沿著檢樁聲測管下放至孔底，復測鋼筋籠垂直度，不滿足要求時，提籠調整，直到滿足要求為止。

2.4 大直徑樁混凝土灌注

大直徑樁基樁徑為3.5 m，最大樁長為43.3 m，灌注方量達400多m3，混凝土灌注方量大，水下混凝土澆筑時間長，作業(yè)連續(xù)，澆筑速度快，拆除導管速度快?；炷镣ㄟ^確定的配合比在拌和站集中拌和，保證混凝土最優(yōu)的粘聚性與和易性。大直徑樁采用導管法灌注樁基混凝土，導管采用無縫鋼管，接頭形式為絲扣式，直徑＞377 mm，導管進場后需經過水密承壓及接頭抗拉試驗并達到要求后才能使用。

澆筑采用特制12 m3大料斗澆筑混凝土，在保證料斗內混凝土充足的同時還有至少一臺混凝土罐車等候澆筑。每車混凝土澆筑完成后要采用重量4 kg測錘經常量測孔內混凝土面的上升高度，導管到達一定埋深后，逐級快速拆卸導管。灌注完混凝土后，每間隔30 min上下抖動20～30 cm，直到3 h后整體拔出隔離套箱。

3 結語

本文以某一跨海懸索橋半島半海圓-矩咬合樁基礎支護結構為工程依托，針對大直徑樁基成孔工藝選擇、大直徑樁旋挖鉆成孔方式、鋼筋籠加工關鍵技術、鋼筋籠安裝關鍵技術、混凝土灌注關鍵技術等方面開展研究和分析，研發(fā)了成套施工工藝：

（1）針對半島半海圓-矩咬合樁基礎支護成孔施工難題，筑島區(qū)域采用沖擊鉆施工，減少對土體擾動，提高施工安全性；靠山區(qū)域采用旋挖鉆分級成孔施工工藝，有效提高了施工效率。

（2）針對異形鋼筋籠加工難題，研發(fā)了異形箍筋加工系統(tǒng)、靈活式扁平胎架等裝置，實現異形鋼筋籠加工自動化、智能化。

（3）針對鋼筋籠定位和垂直度控制難、灌注過程中易扭轉的問題，通過兩正交經緯儀進行吊運過程中垂直度控制、波紋管和隔離套箱進行下放過程中垂直度控制，通過測斜儀和孔口吊架設施進行鋼筋籠下放后的鋼筋籠控制措施，在全過程保證了鋼筋籠的安裝質量。

目前，該橋錨碇52根圓-矩咬合樁支護結構已全部施工完成，通過測斜儀和在大直徑樁基主筋上預埋應力傳感器監(jiān)控樁基變形和應力情況，獲得的歷時5個多月的監(jiān)測數據表明，在樁基支護樁嵌固段，深層水平位移實測結果幾乎為0；在基坑開挖段，樁基位移均＜5 mm，樁基主筋應力小于規(guī)范限值，且具有較大的安全富余，施工質量良好。該工藝技術可供同類型橋梁施工借鑒和參考。

參考文獻

［1］羅光財，戴華良，曹 勇，等.復雜海相地質條件下的咬合樁施工關鍵技術［J］.建筑施工，2020，42（9）：1 606-1 609.

［2］姚志安.深中通道伶仃洋大橋筑島圍堰施工關鍵技術［J］.世界橋梁，2020，48（2）：15-19.

收稿日期：2023-10-08

作者簡介：梁潤慶（1989—），工程師，研究方向：大跨徑橋梁施工。