橋梁水下墩身施工技術(shù)研究

姚洪帥

(河北路橋技術(shù)開發(fā)有限公司)

1 引言

橋梁水下墩身施工時(shí)保證全橋能夠順利完成施工的關(guān)鍵，水下施工砂層較后，砂層滲透性大，容易發(fā)生流砂現(xiàn)象，采用合理的施工技術(shù)能夠滿足設(shè)計(jì)的要求同時(shí)節(jié)約建設(shè)成本。所以要從各個(gè)方面入手，橋梁水下墩身施工當(dāng)中對鉆孔施工要求較為嚴(yán)格，鉆機(jī)在成孔的過程中要保持穩(wěn)定，其水頭高度和泥漿的稠度要滿足要求，避免出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象。在成孔之后進(jìn)行混凝土灌注，保證不斷樁。雖然目前水下墩身施工技術(shù)取得了不少施工經(jīng)驗(yàn)，但不同項(xiàng)目所處環(huán)境不同，所面臨的水文和地質(zhì)條件也千差萬別，要結(jié)合不同的情況采取不同的施工技術(shù)來保證墩身施工的質(zhì)量。目前，混凝土性能的改善對墩身的質(zhì)量保證提供了有力的支持，混凝土的緩凝時(shí)間和初始強(qiáng)度得到了不同程度的增加這些都有利于橋梁水下墩身的施工。

2 鉆孔樁施工技術(shù)

2.1 鋼護(hù)筒施工

在鉆孔過程中，護(hù)筒能夠起到定位、導(dǎo)向的作用，對孔口起到保護(hù)作用，同時(shí)起到調(diào)節(jié)水頭壓力的作用。在水下墩身施工中，河床的空隙率較大，如果鋼護(hù)筒未穿過致密層，在施工過程中極易導(dǎo)致砂漿的流失，易誘發(fā)坍孔事故的發(fā)生，另外而回造成灌注混凝土過程中混凝土的流失，導(dǎo)致樁身強(qiáng)度不足，易誘發(fā)斷樁事故。

鋼護(hù)筒的長度設(shè)計(jì)要結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況和筑島面高度初步確定。首先采用人工挖孔方式挖至島底面以下1 m，將鋼護(hù)筒人工埋設(shè)1 m，同時(shí)在護(hù)筒周圍回填粘土進(jìn)行夯實(shí)，當(dāng)護(hù)筒長度較長時(shí)可以采用一次下沉到位，除采用鉆頭錘擊外，可以復(fù)制進(jìn)行人工護(hù)筒內(nèi)挖沙或者高壓水槍沖擊筒底等輔助措施。

2.2 泥漿

在鉆孔之前要進(jìn)行造漿作業(yè)，將原孔道內(nèi)的清水用泥漿進(jìn)行置換，常用的造漿采用主要有黃粘土和膨潤土等。在鉆孔的整個(gè)過程中都要保證泥漿性能的穩(wěn)定，這對成孔質(zhì)量好壞和護(hù)壁的效果有直接影響，當(dāng)鉆桿深度達(dá)到5 m左右是要對連接螺栓進(jìn)行一遍檢驗(yàn)，當(dāng)鉆孔中遇到含水量較大的土層時(shí)要注意控制鉆孔的速度，以免鉆桿的晃動，造成孔徑的擴(kuò)大。鉆孔過程中要及時(shí)清理周圍的積土。

2.3 鉆孔

鉆機(jī)就位之后對其進(jìn)行固定，在施工過程中保證鉆孔的平正，不能發(fā)生傾斜和移動。為了控制樁孔的深度可以在護(hù)筒或鉆桿上標(biāo)記深度，以便記錄。在鉆孔的過程中要及時(shí)觀察地質(zhì)的變化情況，可以通過鉆頭沖擊聲音、鉆進(jìn)速度、水頭變化和抽渣取樣等進(jìn)行分析，通過現(xiàn)場地質(zhì)情況變化與勘查設(shè)計(jì)資料進(jìn)行對比，從而進(jìn)一步對巖層性質(zhì)和下臥層的承載力狀況進(jìn)行評價(jià)。

采用沖擊鉆孔時(shí)，當(dāng)鉆頭接近護(hù)筒底部時(shí)，可以再孔內(nèi)增加粘土并添加適當(dāng)規(guī)格的片石或卵石等，見片石或卵石嵌入孔壁，起到封堵流砂的作用，同時(shí)也要保證水頭壓力的大小，適當(dāng)增加泥漿的比重。在沖擊成孔過程中要避免鉆頭放空，適當(dāng)提高收放繩索的頻率，及時(shí)對泥漿質(zhì)量進(jìn)行檢查，控制好泥漿比，對出現(xiàn)的問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)改進(jìn)，保證一次性成孔的質(zhì)量，過避免出現(xiàn)坍孔和縮孔現(xiàn)象。

2.4 清孔

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高之后，要進(jìn)行清孔作業(yè)。清孔的主要目的是盡可能減薄沉淀層厚度，提高孔底的承載能力。在鉆孔完成之后要盡快換漿清孔，保證換漿的速度，使得孔內(nèi)比重大的泥漿何碎石換出，進(jìn)一步穩(wěn)定換出的沙率，達(dá)到進(jìn)入孔內(nèi)和排出孔內(nèi)的泥漿含沙量相接近。

在清孔完成之后，迅速進(jìn)行鋼筋骨架的吊裝，采用固定鋼筋何低位鋼筋對鋼筋骨架位置進(jìn)行固定，在進(jìn)行水下混凝土灌注之前要對樁孔進(jìn)行二次清孔，主要目的是進(jìn)一步降低泥漿的比重，保證水下混凝土的順利施工。在清孔的過程中要尤其注意泥漿指標(biāo)的變化情況，避免泥漿變化過大造成對泥漿護(hù)壁的破壞，這個(gè)階段泥漿的比重要控制在1.15～1.2左右。

2.5 樁孔事故處理

坍孔是鉆孔中極易發(fā)生的事故，其形成原因較多，主要是孔內(nèi)泥漿流失嚴(yán)重造成水頭高度不夠引起，另外如果孔內(nèi)泥漿性能不符合要求，護(hù)壁不夠堅(jiān)實(shí)或者護(hù)筒埋設(shè)深度不合適也會導(dǎo)致坍孔的發(fā)生，所以在鉆孔的過程中一定要保證土層中的空隙滲填密實(shí)，使孔道內(nèi)的水壓保持穩(wěn)定，除此之外還要做好鉆頭潤滑，減小鉆頭阻力。護(hù)筒埋設(shè)深度是否合適，對鉆孔也有很大的影響，埋設(shè)過淺容易產(chǎn)生流砂管涌，埋設(shè)過深又會給沉入和拔起帶來困難。如果發(fā)生坍孔事故，要查明坍孔位置，回填粘土和沙石混合物之后重新鉆孔。

3 水下混凝土施工

3.1 混凝土灌注

水下混凝土灌注施工要保證施工的連續(xù)性，不能出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，相比較其他施工要對混凝土質(zhì)量做好抽檢，注意做好施工組織，保證各道工序之間的相互銜接到位，從而縮短混凝土灌注時(shí)間。水下混凝土施工具有自身特點(diǎn)，對混凝土無法采用振搗作用，混凝土的攤平和密實(shí)主要靠混凝土的自重和泵送混凝土的壓力，這就要求水下混凝土要具有良好的施工和易性。在混凝土達(dá)到初凝強(qiáng)度之前，如果混凝土流動性不好，容易出現(xiàn)蜂窩和空洞，在一定程度上影響到墩身的質(zhì)量和耐久性。

水下混凝土澆筑一般為大體積混凝土，大體積混凝土施工要特別注意水化熱作用，灌注水泥混凝土之后短時(shí)間內(nèi)在水泥水化熱作用下，混凝土內(nèi)部會集聚大量熱量，內(nèi)外溫差過大容易產(chǎn)生裂縫。所以要通過多種途徑來解決水下混凝土施工中大體積混凝土水化熱作用。在材料方面在滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的情況下盡量選擇水化熱作用小的水泥，以減緩水化熱的發(fā)生過程，另外通過在水泥中添加礦渣從實(shí)踐效果看也能取得不錯(cuò)的效果。另外在不影響混凝土強(qiáng)度的前提條件下可以適當(dāng)降低水泥用量，為補(bǔ)強(qiáng)混凝土強(qiáng)度可以適當(dāng)添加一定劑量的添加劑，添加劑能夠增大水泥跟集料之間的接觸面積，從而提高混凝土內(nèi)部向外散失熱量的速度。

3.2 混凝土灌注事故處理及樁基質(zhì)量檢測

在混凝土灌注之處，要尤其注意封底的質(zhì)量和成敗，為保證封底質(zhì)量，首批混凝土儲備量要充足，導(dǎo)管不能出現(xiàn)懸空，混凝土灌注量要能夠?qū)?dǎo)管口包裹起來，從而避免泥漿從管口進(jìn)入，為了更好的保證水下混凝土封底質(zhì)量，需要設(shè)置隔水球，灌注之前對導(dǎo)管的長度和氣密性進(jìn)行反復(fù)檢驗(yàn)，首批混凝土的澆筑導(dǎo)管埋入混凝土的深度要控制在1～4 m左右。

在混凝土澆筑過程中如果導(dǎo)管中的混凝土不滿、含有空氣或者導(dǎo)管的直徑選擇過小的話，如果混凝土的灌注速度過快的話容易在導(dǎo)管內(nèi)部形成氣囊，從而堵塞導(dǎo)管，所以在灌注水下混凝土的過程中要注意控制好混凝土的灌注速度，如發(fā)現(xiàn)氣囊堵塞導(dǎo)管現(xiàn)象要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，可以采用搗桿沖搗將導(dǎo)管中的氣囊排出，在后續(xù)混凝土灌注過程中就要結(jié)合氣囊發(fā)生狀況對混凝土的灌輸速度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

另外在橋梁水下混凝土施工中斷樁、夾心等也是常見的質(zhì)量事故，導(dǎo)致斷樁的原因較多，而水下施工對掌握著問題都不易發(fā)現(xiàn)，需要借助相關(guān)的檢測設(shè)備才能的成樁的質(zhì)量作出準(zhǔn)確的評價(jià)，目前對成樁質(zhì)量的檢測方法主要包括:瞬態(tài)激振時(shí)域頻域分析法(別稱“小應(yīng)變檢測法”)和聲波透射法和大應(yīng)變測試法.在小應(yīng)變法檢測成樁質(zhì)量中通過人工敲擊混凝土樁而產(chǎn)生沖擊波，通過儀器接收波在樁內(nèi)部的傳播圖形，通過不同位置處的波形變化情況來對樁有無質(zhì)量缺陷作出評價(jià)，同時(shí)可以對混凝土的等級作出較為準(zhǔn)確的評價(jià)。小應(yīng)變測試混凝土方法操作簡單，檢測速度快，對施工現(xiàn)場的要求小，比較適用于直徑較小的鉆孔樁。對于直徑較大的樁可以采用聲波透射法，聲波透射法是在鉆孔樁預(yù)留幾個(gè)聲波測試管，通過儀器向外發(fā)射超聲波，對超聲波在不同測管內(nèi)的傳輸速度進(jìn)行采集，根據(jù)傳輸速度的不同來對混凝土質(zhì)量作出評價(jià)，進(jìn)而對有無斷樁和夾心情況作出評價(jià)，大應(yīng)變測試法則是通過將1～2 t的重錘提升到一定高度自由落下，錘擊樁頭，對樁頭產(chǎn)生一個(gè)沖擊力，通過對樁基反射的沖擊波的分析確定樁的承載力。

4 結(jié)語

在橋梁水下墩身施工之前一定要做好詳細(xì)的施工調(diào)查工作，明確鉆孔位置處地質(zhì)變化情況，制定合理的施工方案，因?yàn)樗露丈硎┕ど婕暗墓ば蚍倍?，參與的機(jī)械設(shè)備較多，其工程造價(jià)相對較高，所以施工過程中要規(guī)范施工流程，采用合理的施工技術(shù)，保證一次成孔，在整個(gè)施工周期內(nèi)要科學(xué)合理組織，積極借鑒先進(jìn)的工法和施工經(jīng)驗(yàn)，通過不斷成功的水下墩身施工經(jīng)驗(yàn)為橋梁建設(shè)提供積極的參考和借鑒。

［1］羅瑞華.蕪湖長江大橋主塔墩大直徑雙壁鋼圍堰深水基礎(chǔ)施工［J］.公路，2003，(4).

［2］李軍堂.蕪湖長江大橋雙壁鋼圍堰施工［J］.鐵道建筑，2000，(5).

［3］李軍堂，戴宗誠.蕪湖長江大橋雙壁鋼圍堰大直徑鉆孔樁施工［J］.公路，2000，(10).