復雜水文地質條件下的橋梁水上基礎施工技術研究

余擁華　吳強

摘要：在當代經(jīng)濟社會的推動下，我國橋梁施工技術在理論方面和技術方面都取得了一定的成果。但是在復雜水文地質條件下，橋梁結構的水上基礎部分以其獨特的隱蔽構型使得我國在橋梁水上的施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些難以預料的情況，并給該橋梁工程帶來一定的影響。故而我國橋梁水上基礎施工技術仍有很大的改善空間。本文平潭海峽公鐵兩用大橋為例，討論復雜水文地質條件下的基礎施工技術。

Abstract： Under the impetus of the contemporary economy and society， China's bridge construction technology has achieved certain results in both theoretical and technical aspects. However， under complex hydrogeological conditions， the water-based part of the bridge structure， with its unique concealed configuration， often causes some unpredictable conditions in the construction process of bridge water in China， and brings certain impact to the bridge project. Therefore， there is still much room for improvement in the construction technology of bridge foundations in China. Pingtan Strait Rail-Road Bridge is used as an example to discuss the basic construction techniques under complex hydrogeological conditions.

關鍵詞：橋梁水上基礎;施工技術;復雜水文地質

Key words： bridge water foundation;construction technology;complex hydrogeology

中圖分類號：U442.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0164-03

1 ?工程概況

平潭海峽公鐵兩用大橋全長16.34km，基礎采用Φ3.0m、Φ4.0m、Φ4.5m大直徑鉆孔樁，位于元洪航道橋主墩、輔助墩、邊墩（里程DK63+685.200～DK64+875.250）及鼓嶼門水道橋Z01#邊墩（里程DK65+355.750），共計7個墩位94根樁基。元洪航道橋跨布置見圖1，鼓嶼門水道橋跨布置見圖2。

基礎中的鉆孔灌注樁鉆孔是重要工程，本工程采用KTY4000型全液壓動力頭鉆機成孔，導管法灌注水下混凝土施工方法施工，導管采用直徑φ外426mm、壁厚12mm的無縫鋼管。導管的連接采用絲口狀快速接口連接。并在接口之間墊有4～5mm厚的橡膠止水墊圈。在下導管前，采用水密承壓和接頭抗拉試驗，檢查其是否損壞，密封圈、卡口是否完好，內壁是否光滑圓順，接頭是否嚴密。進行水密試驗的水壓以不小于孔內水深1.3倍的壓力，且不小于導管壁和焊縫可能承受灌注混凝土時最大壓力的1.3倍。以實際孔底標高和孔口架之間的距離來配置需要導管長度，并預留40cm的懸空高度。拼裝時要嚴格檢查導管內壁和快速接口表面，確保干凈無雜物，變形和磨損嚴重的導管嚴禁使用，導管的吊放用130t履帶，要確保其居于孔的中心位置，下放速度要慢，防止卡掛鋼筋籠骨架。

2 ?水文地質情況

2.1 地質條件

根據(jù)地質報復，施工區(qū)域地下均為第四系人工填土，主要為第四系坡積層，地質不良，需要采用深基礎。同時，基巖主要是火山巖和花崗巖，由于構造的影響，有些基巖轉化成角礫巖，這種基巖有一定的承載力，對于橋梁的建筑有一定的好處。

2.2 水文情況

海壇海峽呈近南北向狹長狀，海峽南北兩頭窄中間寬。根據(jù)對平潭海峽大橋工程海域附近4個潮位站及橋位補充測點的實測資料進行分析，表明該海域潮型屬正規(guī)半日潮，海峽內海流呈往復流形態(tài)。根據(jù)平潭水文站提供的水文資料，工程海域平均高潮為2.39m，最低的潮位是-1.89m，一年中的平均潮位是4.28m.再根據(jù)相關規(guī)范中的公式計算得出，橋梁建設地址的設計潮位最低為-3.79m，最高為4.65m，最大的潮差為6.62m。利用潮流實測數(shù)據(jù)計算分析：2年一遇流速2.69m/s，10年一遇流速2.89m/s，20年一遇流速2.95m/s，流向為51°和231°。

3 ?復雜水文地質上的基礎施工難點分析

我國階梯狀的地形使得自西向東的江河在流入過程中產(chǎn)生巨大的湍流，同時地區(qū)受氣候影響，其降雨量、巖層，河床構型等方面都存在很大差異，這也就使得我國水文地質呈現(xiàn)出復雜的特異性。故而關于橋梁水上基礎施工建設的設計方案也存在很大的區(qū)別，給橋梁施工帶來了不小的挑戰(zhàn)。

3.1 搭建橋梁基礎施工平臺過程中存在難點

橋梁水上基礎施工是一個及其復雜的過程，該過程需要利用多種大型機械設備來輔助施工，又因為水上基礎的隱蔽性、地質環(huán)境的特殊性以及橋梁施工的復雜性，故而在進行水上基礎建設時容易產(chǎn)生裂縫，出現(xiàn)設施崩塌等問題，解決難度也比較大。導致施工人員在搭建橋梁平臺時需要就以上因素進行綜合考量，以確定平臺搭建的位置、規(guī)模以及相關設備的存放，這在一定程度上增加了橋梁水上基礎建設的復雜度。

3.2 水上基礎施工易被內外部因素干擾

外界天氣、氣候等自然因素的變化以及施工過程中各類非自然因素如機器受損、財務撥款不及時、施工過程偏離工程設計圖等問題都會影響橋梁水上基礎施工。特別是在一年中河水顯著上漲的時期，此時南方降雨量增多，水流量、流速受此影響會產(chǎn)生較大的波動，導致河流面積不斷擴展。而且橋梁水上基礎施工大多是在地下施工，所以安全隱患很容易被忽略，這些都嚴重地沖擊了施工過程中的水上基礎建設，降低了橋梁的穩(wěn)定指數(shù)，給橋梁施工帶來很大的挑戰(zhàn)，影響整個施工進度。

4 ?復雜水文地質條件下鉆孔平臺施工工藝技術

4.1 鉆孔平臺平面規(guī)劃

主墩鉆孔平臺橫橋向長114m，縱橋向寬70m，總面積7980m2，分為鉆孔區(qū)和輔助平臺區(qū)。鉆孔區(qū)位于門吊吊重覆蓋范圍內，上面布置鉆機、風壓機、泵房、泥漿分離器等設備。輔助平臺分為A、B、C三個區(qū)，A區(qū)、C區(qū)和B區(qū)兩端為施工通道，130t履帶吊機可在施工通道內空載走行，A區(qū)、C區(qū)為130t履帶吊機作業(yè)區(qū)，履帶吊機在進入平臺所劃定的吊裝作業(yè)區(qū)域后方可進行吊裝作業(yè)。B區(qū)啞鈴型承臺中間的輔助平臺為材料及設備堆放區(qū)，生產(chǎn)設施布置在輔助平臺C區(qū)，該側不考慮船舶?？?，主要布置發(fā)電機房、物資倉庫、現(xiàn)場值班室及工具存放區(qū)等，不布置生活設施?？灼脚_功能區(qū)域劃分示意見圖3主墩鉆孔平臺功能區(qū)域劃分示意。

4.2 鉆孔平臺技術參數(shù)

4.2.1 主力

①結構自重：按實際自重取值。

②龍門吊機：N02#～N06#墩、Z01#～Z06#墩配備200t龍門吊機，主墩吊機跨度為44m，輔助墩及邊墩跨度均為36m，自重均為366t，最大吊重200t。N01#墩配備120t龍門吊機，吊機跨度36m，自重154t，最大吊重120t。

③履帶吊機：主墩配備130t 履帶吊機，130t 履帶吊機自重加配重共183t，接觸面積為2—7182×1100mm2。150t 履帶吊機正吊不超過50t 和側吊不超過30t，最大吊幅18m，履帶吊機僅限在兩側分棧橋上走行及工作。

輔助墩及邊墩配備100t 履帶吊機，100t 履帶吊機自重加配重共133t，接觸面積為2—6850×950mm2。100t 履帶吊機正吊不超過50t 和側吊不超過20t，最大吊幅18m，履帶吊機僅限在兩側分棧橋上走行及工作。

④鉆機荷載：鉆機荷載考慮沖擊系數(shù)為1.1，鉆機支撐在平臺桁架或鉆孔區(qū)貝雷梁上。

4.2.2 附加力

①欄桿荷載：按照人行道設計，欄桿的水平推力每米是0.75kN，豎向力每米是1kN。

②行人荷載：2.5kN/m。

③風載：鉆孔平臺施工狀態(tài)、工作狀態(tài)、正常非工作狀態(tài)和極限非工作狀態(tài)的允許風力分別為：7 級、20 年一遇風荷載、100 年一遇風荷載，相應風速分別為：17.1m/s、39.8m/s、45.4m/s。

④水流力：10 年一遇流速2.89m/s，20 年一遇流速2.95m/s，100 年一遇流速3.09m/s，流向為51°和231°。水流力按《港口工程荷載規(guī)范》進行計算。

⑤波浪力：本橋波浪要素由國家海洋局第三海洋研究所提供，鉆孔平臺工作狀態(tài)時波浪要素按10 年一遇取值;鉆孔平臺非工作狀態(tài)時波浪要素按20 年一遇取值，鉆孔平臺極限非工作狀態(tài)時波浪要素按100 年一遇取值。

⑥堆載：分棧橋堆載須小于1.2t/m2，鉆孔區(qū)域除沖擊鉆機外，嚴禁各類吊機和混凝土攪拌車駛入，施工荷載須小于0.15t/m2。

4.2.3 鉆孔平臺施工方法

打入樁鉆孔平臺以元洪航道橋N04#墩介紹其結構形式。元洪航道橋N04#墩平均海床面標高-16.5m，水深約20.7m左右，覆蓋層（中砂、粉細砂、淤泥質粉質粘土，局部位置有細圓礫土）平均厚度26.6m，全風化巖層平均厚度4.4m、砂礫狀強風化巖平均厚度11.2m。鉆孔平臺下部結構采用“鋼管打入樁”的施工方案，共布置52根？準1500×18mm鋼管樁，其中包括4排橫橋向1：8斜樁，以減小平臺橫向位移。鋼管樁聯(lián)結系采用？準600×10mm鋼管，上層聯(lián)結系高程為+7.26m，下層聯(lián)結系高程為-0.24m。鋼管樁頂部設有樁頂分配梁及門吊軌道梁。平臺上部結構布置分為兩類，輔助區(qū)平臺采用貝雷梁+混凝土橋面板方案;鉆孔區(qū)采用整體式平臺桁架+鋼橋面板方案，整體式平臺桁架平面尺寸為42.4×39.7m，桁高3m，采用HN450×200、[25b 、[36b及[40b型鋼焊接而成，整個N04#墩鉆孔平臺共設2個平臺桁架。

5 ?復雜水文地質條件下鉆孔基礎施工的預防措施

5.1 斜孔、擴孔、塌孔預防及處理措施

安裝鉆機時，底座必須堅固，不能發(fā)生位移，并且在使用過程中，還需要定時的進行檢查。本工程采用減壓鉆進，鉆壓不得超過鉆具重量的一半，速度不宜過快，尤其是要保證鉆孔的垂直度。當遇到斷層的時候，更需要放慢速度，并及時采用泥漿護臂，避免塌孔，不斷保持孔壁的穩(wěn)定。如果發(fā)現(xiàn)塌孔，需要停止工作，塌孔不嚴重的情況下可以采用改善的泥漿進行護壁。塌孔嚴重就需要回填，并且超過塌孔的標高，等到泥漿固化后，再提高泥漿比，用較快的速度超過改成，并且保持鉆孔的垂直度。

5.2 泥漿滲漏預防及處理措施

加大泥漿比重和粘度，鉆頭停止工作，補充泥漿保證漿面高度，觀察一段時間，如果漿面不再繼續(xù)下降，可以繼續(xù)運作鉆頭。如果漏漿控制措施不明顯，則需要在漿液里加鋸末，經(jīng)過循環(huán)堵塞孔隙，或減小孔內外水頭差，使?jié)B、漏漿得以控制。如果在鋼護筒底口漏漿，可以先嘗試采用上述措施，然后將鋼護筒接長跟進。經(jīng)過以上一系列措施后仍然不能解決問題，則需要停止工作，用粘土回填，完全堵住漏漿孔，過一段時間后再進行鉆孔。

5.3 卡鉆、埋鉆、掉鉆預防及處理措施

采用先進的、適合本項目地質條件的鉆孔施工設備。加強鉆桿、接頭連接質量檢查，避免有裂紋或質量不過關的鉆具用于本工程施工中，同時鉆進施工時要中低壓中低速鉆進，不得大鉆壓、高速鉆進，減小扭矩。發(fā)生卡鉆和埋鉆時，最好采用沖、吸等方法，將鉆頭周圍土層松動后提鉆，并采取必要的措施保持孔壁穩(wěn)定。

5.4 聲測管底堵塞預防措施

控制好焊接工藝的參數(shù)，不得燒傷聲測管，焊接接長后要仔細檢查。聲測管安裝在鋼筋籠上，要固定牢靠，下籠時管內要灌清水，避免探測管底部會有沉淀物，影響結果的準確性。聲測管接頭焊接要牢固，不得漏漿，頂、底口要封閉嚴實，嚴防異物吊入或漏水。

6 ?結論

綜上所述，在泥漿質優(yōu)、濃度規(guī)范以及鉆孔技術高的前提下，鉆孔樁技術能夠滿足復雜水文條件下橋梁水上基礎施工技術的要求，從而使橋梁工程的質量符合國家標準。同時，還需每個施工人員都能明確自身任務指標以及各類設計指標，做到合理運用理論知識來分析實際情況，并嚴格遵守相關規(guī)范，從而提高國內橋梁水上基礎施工建設的總體水平。

參考文獻：

[1]劉自明.橋梁深水基礎[M].北京：人民交通出版社，2013.

[2]周一橋.橋梁深水基礎的新動向[J].公路交通技術，2015（4）.

[3]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊：橋涵[M].北京：人民交通出版社，2017，11.