水利工程大型橋梁深水樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)探析

趙翔元

【摘要】橋梁是水利工程建筑中不可或缺的重要組成部分。其中樁基礎(chǔ)質(zhì)量在很大程度上是由勘察、設(shè)計(jì)和施工等因素所決定，因此必須不斷更新和完善橋梁深水樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。據(jù)此本文對(duì)水利工程大型橋梁深水樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)進(jìn)行了具體分析。

【關(guān)鍵詞】水利工程；大型橋梁；深水樁基礎(chǔ)；施工技術(shù)

一、水利工程大型橋梁深水樁基礎(chǔ)施工技術(shù)存在的問題

測(cè)量放線錯(cuò)誤，使整個(gè)橋梁錯(cuò)位或樁位偏差過大，單樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。成樁中斷事故，鉆孔灌注樁塌孔，卡鉆。灌注樁成樁質(zhì)量，包括沉渣超厚、混凝土離析、樁身夾泥、混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、鋼筋錯(cuò)位變形嚴(yán)重等。灌注砼施工質(zhì)量失控，發(fā)生斷樁事故，樁基驗(yàn)收時(shí)出現(xiàn)的樁位偏差過大。常見的灌注樁頂標(biāo)高不足，一是施工控制不嚴(yán)，在未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)混凝土停澆。二是雖然標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)值，因樁頂混凝土浮漿層較厚，鑿出后出現(xiàn)樁頂標(biāo)高不足。當(dāng)樁基出現(xiàn)事故應(yīng)時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，防止留下隱患。樁成孔后，應(yīng)檢查樁孔嵌入持力層深度、巖石強(qiáng)度、沉渣厚度、樁孔垂直度等數(shù)據(jù)必須符合設(shè)計(jì)要求，只要有一項(xiàng)不符合設(shè)計(jì)要求，就應(yīng)及時(shí)分析解決。待建設(shè)單位代表簽字認(rèn)可后，方能灌注砼、移動(dòng)鉆機(jī)，防止以后提出復(fù)查等要求而產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)?；鶚堕_挖前必須全面檢查成樁記錄和樁的測(cè)試資料，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量上有爭議問題，必須意見一致后方能挖土，防止基樁開挖后再來處理造成不必要的麻煩。

二、大型橋梁概況

（一）工程概況

某國道主干線建設(shè)里程K16+452.510公里，起點(diǎn)位于長江大橋南橋頭，終點(diǎn)位于某小鎮(zhèn)。合同段控制點(diǎn)為某大型水庫，路線地處復(fù)雜的丘陵低山區(qū)，山頂渾圓，但河谷切割較深，地形條件復(fù)雜。水庫是以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的大型水庫，最大壩高40.5m，壩頂長219.3m，承雨面積52.5平方公里，庫容1121萬立方米，水庫下游5公里有管理區(qū)，國道等重要設(shè)施，保護(hù)耕地1500畝。水庫1#橋、3#橋、4#橋、5#橋均跨越大溪水庫，其中l(wèi)#和4#礦橋橫跨大溪水庫，二者在水中l(wèi)～4#墩為深水墩，水深最深為18m左右，橋位水庫水面寬150m左右。

（二）橋梁構(gòu)造及工程地質(zhì)情況

橋梁的下部結(jié)構(gòu)為單排雙柱式墩，基礎(chǔ)采用樁基，樁徑為1.8m，樁長35-40m，入土、入巖深度為18-25m左右。立柱高度為17m左右。橋梁上部構(gòu)造為30m跨徑預(yù)應(yīng)力砼T梁連續(xù)剛構(gòu)，通過現(xiàn)澆橋面板及現(xiàn)澆連續(xù)段整體化處理。工程地質(zhì)類型為白堊紀(jì)堅(jiān)硬塊狀礫巖，主要為白堊系羅鏡灘組一套厚層——巨厚層狀礫巖，具體工程地質(zhì)特征為，其一，卵石，厚4-8m，以石英巖、石英砂巖灰?guī)r等碎塊為主，粒徑一般為3-10cm，少量大于20cm，中密狀態(tài)，分布在河床表面。其二，強(qiáng)風(fēng)化礫巖，厚約4m，灰、棕色，礫狀結(jié)構(gòu)，厚塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)比較差，巖石較破碎，裂隙發(fā)育，粒徑2-20cm，膠結(jié)物呈紫紅色，分選性差，礫石主要以石英砂巖、石灰?guī)r、變質(zhì)巖等為主，呈圓狀和次圓狀，磨團(tuán)度較好，巖芯采取率80%。其三，弱風(fēng)化礫巖，厚約12m，礫狀結(jié)構(gòu)，厚塊狀構(gòu)造，巖芯比較完整，裂隙比較發(fā)育，礫石主要以灰?guī)r、石英砂巖碎塊等為主，巖芯呈短柱狀，巖芯采取率90%，質(zhì)量系數(shù)為0.6。其四，微風(fēng)化礫巖，最大控制厚度為14m，礫狀結(jié)構(gòu)，厚塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)鈣質(zhì)膠結(jié)，礫石主要是硅質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖碎塊等，交接較好，巖芯較完整，呈中柱狀，較硬，巖芯采取率90%以上。

三、水利工程大型橋梁深水樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)

（一）深水鉆孔灌注樁施工技術(shù)

首先，水上移動(dòng)工作平臺(tái)施工經(jīng)過反復(fù)核查圖紙和現(xiàn)場(chǎng)情況，最終決定采用移動(dòng)式鉆孔樁水中工作平臺(tái)方案，采用以浮箱為主，鋼管樁為輔，用貝雷架將浮箱連成一體，組成平面尺寸為長36m，寬24m，高4m的移動(dòng)平臺(tái)。其次，鋼護(hù)筒下沉施工是為了完成1.8m的水中樁施工，設(shè)計(jì)加工鋼護(hù)筒內(nèi)徑為2.1m，用振撥機(jī)打入下沉，入土深度約4-5m，護(hù)筒壁厚8mm，護(hù)筒壁外焊接加勁脅，增加整體剛度。估計(jì)鋼護(hù)筒最大長度為25m，單根重約10T，鋼護(hù)筒由岸上卷板機(jī)卷制焊接成型后吊上平臺(tái)。在鉆孔平臺(tái)就位和鋼管樁施工完畢后，經(jīng)過測(cè)量檢查鉆孔平臺(tái)位置準(zhǔn)確后，便可以開展鋼護(hù)筒下沉工作了。預(yù)計(jì)鋼護(hù)筒進(jìn)入河床4m左右。再次，灌注樁施工鉆機(jī)選擇沖擊鉆，清渣機(jī)具為泥漿泵，選擇泥漿正循環(huán)法。在開鉆之前，先向孔內(nèi)加入5m3左右的黏土。然后將沖錘放入孔內(nèi)，沖程不能超過1.5m-2m，在孔深超過鋼護(hù)筒時(shí)，可以適當(dāng)提高沖程，但是最大控制在5m左右。所以河床覆蓋層為卵石層深度為4-8m，當(dāng)孔深超過鋼護(hù)筒底一定深度后，很有可能會(huì)發(fā)生泥漿失漏，導(dǎo)致孔內(nèi)水位下降，這時(shí)一般孔深不會(huì)超過鋼護(hù)筒底2m，可以采用片石和黏土回填到鋼護(hù)筒角，并用沖錘進(jìn)行沖孔，促使部分片石和黏土混凝土在作用下擠進(jìn)孔壁內(nèi)，提高孔壁的密實(shí)度。制作鋼筋籠時(shí)，鉆孔樁的鋼筋籠需要現(xiàn)場(chǎng)制作。鋼筋則是通過浮橋運(yùn)輸?shù)狡脚_(tái)上，根據(jù)樁長共分為三四節(jié)，利用吊車進(jìn)行鋼筋就位工作。灌樁砼采用泵送、砼輸送泵管道通過浮橋到達(dá)平臺(tái)工作面。

（二）水中系梁施工技術(shù)

在樁頂支撐柱上，安裝鋼套箱吊架，用貝雷架拼接在支撐柱上，套箱的斷面尺寸必須充分考慮便于系梁模板支設(shè)，斷面尺寸大于系梁輪廓45cm。考慮到套箱拆卸方便、混凝土封底及底板剛度，用鋼筋混凝土澆注套箱底板，厚度為10cm，澆注底板前，先制作鋼筋混凝土框架底梁，并預(yù)埋吊鉤，用倒鏈懸吊框架底梁，在底梁上澆注鋼筋混凝土底板。在達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，安裝鋼套箱，以橋墩樁柱中心線分為兩半，用螺栓連接并夾以皮墊，以防漏水。套箱制作完畢后，用倒鏈緩慢、均勻下沉，底板須低于系梁底面60cm，以此進(jìn)行封底混凝土施工。就位后檢查和調(diào)整標(biāo)高、垂直度，固定。封底前，用麻絮塞緊套箱與樁之間的縫隙，封底混凝土澆筑一次完成，厚度為40-60cm。封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%以上后開始抽水，套箱封底、抽水及堵漏處理完畢后，鑿除高出標(biāo)高的混凝土。測(cè)量定位并在底模上劃線，綁扎鋼筋。施工結(jié)束，系梁套箱在墩身立柱、蓋梁全部完成后拆除。

（三）深水基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)

利用高效減水劑和優(yōu)質(zhì)粉煤灰雙摻技術(shù)，在配合比中盡量降低水泥用量，以減少水化熱。控制混凝土水泥水化熱引起的溫升、內(nèi)外溫差及防止有害裂縫是大體積混凝土施工技術(shù)的關(guān)鍵。根據(jù)配合比中原材料用量和攪拌前原材料的總熱量與攪拌后總熱量相等的原則，計(jì)算出料溫度。結(jié)合實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)采用預(yù)埋冷凝管降溫法和蓄熱法綜合溫控法解決絕熱溫升問題。采用保溫法控制溫度的原理，使結(jié)構(gòu)物在養(yǎng)護(hù)過程中，降溫速率減慢，從而控制混凝土的內(nèi)外溫差，防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。

四、水利工程大型橋梁深水樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制

（一）橋梁鉆孔灌注樁施工問題

在橋梁鉆進(jìn)過程中，如果遇到洪水或者高潮水位時(shí)，水位變化勢(shì)必會(huì)非常劇烈，從而給鉆進(jìn)帶來巨大的坍孔風(fēng)險(xiǎn)。在深水環(huán)境下施工，泥漿指標(biāo)會(huì)下降，攜渣能力也會(huì)變差，很容易造成鉆孔進(jìn)尺速度慢。并且，根據(jù)橋址的地質(zhì)情況和砂層較厚，很容易發(fā)生坍孔現(xiàn)象。主橋樁基都是長樁，將會(huì)直接加大鉆進(jìn)困難，甚至?xí)霈F(xiàn)掉鉆頭的現(xiàn)象。在成孔之后，很有可能會(huì)出現(xiàn)斜孔和偏孔等新現(xiàn)象。混凝土灌注過程中，因?yàn)榛炷梁鸵仔韵鄬?duì)較差，混凝土發(fā)生離析，或者由于導(dǎo)管埋深過大，導(dǎo)管提空等，導(dǎo)致出現(xiàn)斷樁。

（二）施工過程中采取的主要保證措施

配置性能良好的鉆機(jī)，選擇合理的相關(guān)參數(shù)，如泥漿性能指標(biāo)和鉆壓等。由具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和能力的技術(shù)工人參與施工，強(qiáng)調(diào)注重預(yù)防，避免發(fā)生坍孔事故。根據(jù)不同的土層，選擇與之適合的鉆進(jìn)方法。在鉆孔施工過程中，采用優(yōu)質(zhì)的膨潤土造漿，在鉆孔壁面形成一層富有韌性的膠合薄膜，以此確保孔壁的穩(wěn)定性。采用超聲波孔壁測(cè)定儀檢查和測(cè)量孔壁形狀、尺寸，能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)樁孔存在的問題，從而及時(shí)采取補(bǔ)救措施，保證成孔的質(zhì)量。在終孔前，需要進(jìn)行詳細(xì)的清洗，促使泥漿指標(biāo)達(dá)到相應(yīng)的要求。同時(shí)還要保證各項(xiàng)工序的連續(xù)性，嚴(yán)格控制混凝土流量和下放速度，保持勻速。不僅如此，還要保證灌注的連續(xù)性，盡量縮短混凝土泵送的間歇時(shí)間。應(yīng)及時(shí)清理混凝土儲(chǔ)料斗中殘余干硬混凝土。混凝土導(dǎo)管不宜埋置過深，拆除導(dǎo)管應(yīng)迅速及時(shí)，拆除后導(dǎo)管要檢查密封圈好壞，及時(shí)更換密封圈，并確保導(dǎo)管有足夠的安全埋管深度。測(cè)算混凝土上升高度和導(dǎo)管埋深要勤、要準(zhǔn)。選擇合理的混凝土配合比，力求和易性好、穩(wěn)定性好、可翻動(dòng)性好、自密性能好。

結(jié)語

綜上所述，深水樁基礎(chǔ)是水利工程大型橋梁施工的關(guān)鍵，施工技術(shù)十分復(fù)雜，并且需要投入大量的設(shè)施設(shè)備，以及人力物力。伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)水利工程的需求越來越大，這就使得大型橋梁深水樁基礎(chǔ)施工受到了新的挑戰(zhàn)。據(jù)此，水利工程施工企業(yè)必須加強(qiáng)對(duì)大型橋梁深水樁基礎(chǔ)施工的重視，不斷更新和完善橋梁深水樁基礎(chǔ)施工技術(shù)，從而保證大型橋梁的施工質(zhì)量和效率，確保水利工程的整體質(zhì)量。

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