橋梁主塔墩施工技術(shù)研究

劉淼青

（河北辛通路橋建設(shè)有限責(zé)任公司，河北 辛集 052360）

0 引言

橋梁工程中，部分基礎(chǔ)需要在水下建設(shè)，受到水流的影響，給基礎(chǔ)施工增添了一定的難度。為此，可先在水下施工鋼圍堰，在圍堰內(nèi)完成橋梁基礎(chǔ)施工，由此使樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量得到保障。本文通過(guò)實(shí)例工程的橋梁主塔墩基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)分析探討。

1 工程概況

某橋梁工程為三塔鋼箱鋼桁結(jié)合梁斜拉橋，該橋全長(zhǎng)1.290km。主塔墩采用的鉆孔樁基礎(chǔ)，每個(gè)塔墩的鉆孔灌注樁數(shù)量為22根，樁徑為3m，呈梅花形布設(shè)，鄰樁的中心間距為7.5m，按摩擦樁設(shè)計(jì)，主墩承臺(tái)為圓形。

2 橋梁主塔墩基礎(chǔ)施工技術(shù)

2.1 施工方案

主塔墩鉆孔灌注樁基礎(chǔ)采用雙壁鋼圍堰施工，鋼圍堰是鉆孔灌注樁的施工平臺(tái)，承臺(tái)與塔座施工時(shí)，鋼圍堰能夠起到擋水的作用。主塔墩距離岸邊較近，鋼圍堰就位后，可在岸邊搭設(shè)通往主塔墩的鋼棧橋，為材料、機(jī)械設(shè)備的供應(yīng)提供便利，有助于提升施工效率，從而降低船機(jī)費(fèi)用。鋼圍堰按照設(shè)計(jì)要求，在工廠內(nèi)以單元件的形式制造，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后焊接拼裝，通過(guò)氣囊法下水，托運(yùn)到施工地點(diǎn)，利用短錨法定位。主塔墩基礎(chǔ)埋設(shè)于巖層中，鋼圍堰就位前，采用水下爆破的方法，對(duì)圍堰范圍內(nèi)的基坑進(jìn)行處理，鋼圍堰就位后，完成護(hù)筒群下放，為鉆孔樁施工提供條件。圍巖基坑清理后，用混凝土封底，隨后用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆設(shè)樁孔，當(dāng)主塔墩所有樁基全部施工完畢后，用水泵將鋼圍堰內(nèi)的水抽出，然后施工承臺(tái)。

2.2 鋼圍堰基坑清理

2.2.1 爆破方案

（1）聘請(qǐng)具有資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)爆破施工隊(duì)，對(duì)主塔墩鋼圍堰范圍內(nèi)的巖層以分層的方法爆破，由碎石清運(yùn)船在爆破后負(fù)責(zé)清理，直至達(dá)到設(shè)計(jì)位置。經(jīng)過(guò)清理之后的巖面應(yīng)平整，為鋼圍堰的順利下沉提供有利條件。開(kāi)展水下爆破施工前，要向相關(guān)部門(mén)申報(bào)，獲得各方批準(zhǔn)后方可開(kāi)工。

（2）本次水下爆破共計(jì)布設(shè)342個(gè)爆破孔和104個(gè)邊緣孔，炮孔的直徑為115mm。由于受到作業(yè)條件的限制，決定采用豎斜炮孔，間距和排距均為2.5m[1]。爆破參數(shù)確定后，通過(guò)定位的方式確定出具體的爆破范圍，在該范圍內(nèi)布設(shè)爆破鉆孔，每個(gè)炮孔位置的最大偏差為20cm。下入套管，用重錘沖擊，使其嵌入堅(jiān)硬的地層中，避免鉆進(jìn)過(guò)程中淤泥回流堵塞鉆孔。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，將鉆具從孔內(nèi)取出，對(duì)孔深加以測(cè)量，看是否與設(shè)計(jì)要求相符，若合格，則可直接裝填炸藥，如不合格，應(yīng)下入鉆具清孔，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

2.2.2 爆破要點(diǎn)

（1）選用長(zhǎng)度為18m的8段毫秒延時(shí)非電導(dǎo)爆管起爆，為防止出現(xiàn)啞炮的情況，采用雙根導(dǎo)爆管和雙塊起爆藥包，用高能起爆儀引爆；炸藥包在指定的加工點(diǎn)，由專(zhuān)人負(fù)責(zé)加工，制作藥包時(shí)，要注意安全，輕拿輕放，炸藥不得與鐵器碰撞，以免引起爆炸；當(dāng)炮孔鉆設(shè)至設(shè)計(jì)深度后，經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)巖芯殘留，便可開(kāi)始裝藥。

（2）藥包逐個(gè)安裝，上一個(gè)裝好后，要丈量其深度，確認(rèn)到位后，再裝下一個(gè)，直至所有藥包裝完為止。由于藥包的重量較輕，在孔內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)上浮的情況，為避免這一問(wèn)題的發(fā)生，可在藥包上用黏土配重；裝藥完畢后，便可將套管緩慢拔起，要確保操作穩(wěn)定，避免引起跑管事故。套管下端起至井口位置時(shí)，可將導(dǎo)管慢慢拉出，引至安全地點(diǎn)；爆破手采用并聯(lián)的方式連接爆破網(wǎng)絡(luò)，采用孔外微差法起爆，網(wǎng)絡(luò)連接后，經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后，便可準(zhǔn)備起爆。

（3）為確保護(hù)岸的安全性，應(yīng)對(duì)一次性的起爆量加以控制，每個(gè)船位起爆一次，每次起爆的孔數(shù)不超過(guò)16個(gè)，以單孔微差的方式起爆，單次起爆的總藥量控制在1 088kg[2]；起爆前，所有人員和船只均應(yīng)撤到安全距離外，并協(xié)調(diào)過(guò)往船只，獲得起爆許可后，要立即發(fā)出預(yù)備信號(hào)，30min后開(kāi)始起爆。

2.3 鋼圍堰制作

2.3.1 圍堰設(shè)計(jì)

（1）圍堰允許的最深抽水水位為26m，圍堰封底時(shí)，采用的混凝土厚度應(yīng)不小于3.5m。按照橋位處20a一遇的水位確定圍堰的設(shè)防水位及頂標(biāo)高，鉆孔灌注樁施工采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，共配置6臺(tái)[3]。

（2）鋼圍堰的形狀為圓形，外徑50.5m，采用雙壁結(jié)構(gòu)，底部標(biāo)高為3.0m，頂部高程為34m，圍堰的總體高度為31m。整個(gè)圍堰由上、中、下三個(gè)節(jié)段組成，下節(jié)段的高度為17m，在指定的工廠內(nèi)按設(shè)計(jì)要求加工，中、上節(jié)段的高度均為7.0m，分塊加工，現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝[4]。

（3）鋼圍堰由以下幾個(gè)組成：鉆孔平臺(tái)、托架、底部隔艙、側(cè)板等，其中側(cè)板分為16個(gè)隔艙，通過(guò)各個(gè)隔艙內(nèi)的水量進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)圍堰調(diào)整定位的目的。底部隔艙將圍堰底口平面劃分為四個(gè)相等的區(qū)域；托架的主要作用是增加支撐面積，便于圍堰下水后解除與底部隔艙的連接；鉆孔平臺(tái)采用的鋼管柱支撐。為進(jìn)一步增強(qiáng)鋼圍堰的抗浮能力，可在主塔墩的兩側(cè)增設(shè)6根長(zhǎng)度為10m的輔助鉆孔樁[5]。

2.3.2 制造方案

在指定的工廠內(nèi)制造鋼圍堰，制造前先設(shè)置胎架，要求其剛度滿(mǎn)足圍堰的制作需要。隨后在胎架上拼裝焊接鋼圍堰的單元組件，出廠前要嚴(yán)格檢驗(yàn)焊縫。具體的制造工藝流程如下：準(zhǔn)備鋼圍堰制造所需的材料→確定制造方案→分別制造各個(gè)節(jié)段→焊接拼裝。

2.4 鋼圍堰下水與定位

2.4.1 下水

本工程中，鋼圍堰采用氣囊法下水，底部隔艙及下方的托架可作為鋼圍堰下水的滑道。鋼圍堰底部隔艙的高度為5.73m，其下方設(shè)有橫向?qū)?.0m的托架，以高強(qiáng)度螺栓吊掛在隔艙底。托架下方設(shè)有多個(gè)長(zhǎng)8.0m、直徑1.8m的高壓氣囊，向氣囊內(nèi)充入氣體后，可將鋼圍堰托起，解除后拉纜，圍堰憑借自身的重量沿著坡道向下的分力促動(dòng)氣囊滾動(dòng)，沖入水中，先入水的部分可依靠水體的浮力平衡一部分圍堰的重量，直至圍堰全部入水后，便會(huì)在水中自行浮起。當(dāng)鋼圍堰漂至擬定的水域后，便可將連接螺栓解除，使底托架沉入河底，由打撈船撈上岸。

2.4.2 定位

鋼圍堰定位的方法較多，如錨墩、定位船等。本工程中，主塔墩的附近停泊大量的船只，使用定位船很難準(zhǔn)確定出鋼圍堰的位置。通過(guò)比選后，決定采用短錨定位法。前期時(shí)，將混凝土錨拋設(shè)在主塔墩的墩位附近，并將鋼絲繩系在拋錨船上，當(dāng)圍堰運(yùn)至墩位處后，將鋼絲繩與圍堰的絞錨平臺(tái)相連接。拋設(shè)6個(gè)錨碇，離岸側(cè)的錨碇應(yīng)與主塔墩中心保持較近的距離，這樣可以有效減少施工過(guò)程對(duì)水域的侵占，以100m左右為宜。當(dāng)鋼圍堰精確定位后，可在加水后使其下沉，隨后搭設(shè)鉆孔平臺(tái)，澆筑封底混凝土。

2.5 鋼圍堰下沉與清基

2.5.1 下沉

（1）當(dāng)鋼圍堰在水平面內(nèi)受錨碇作用達(dá)到穩(wěn)定后，便可懸浮于水中，此時(shí)向隔艙內(nèi)灌水，按圍堰的實(shí)際下沉情況，對(duì)纜繩的受力狀態(tài)加以調(diào)整，以此來(lái)確保圍堰平穩(wěn)下沉。鋼圍堰在下沉的過(guò)程中，要做好各方面的觀測(cè)，具體包括平面位置、垂直度、頂?shù)赘叱桃约跋鲁了俣鹊?，保證圍堰下沉施工的安全性。

（2）按相關(guān)要求，將鋼圍堰下節(jié)平穩(wěn)沉至距離水面1.5m的高度時(shí)，根據(jù)錨碇的受力情況進(jìn)行調(diào)整，并在規(guī)定的雙壁艙內(nèi)抽水或是注水，使圍堰穩(wěn)定懸浮于水中。隨后將中節(jié)段圍堰的單元件運(yùn)至作業(yè)范圍內(nèi)，借助浮吊將圍堰接高。操作時(shí)，要將單元件對(duì)稱(chēng)安裝在下節(jié)段圍堰上，接高完畢后，注水下沉，按照上述方法完成上節(jié)段的接高。

（3）當(dāng)鋼圍堰接高完畢后，使其平穩(wěn)落于爆破清理的基坑底部，隨后對(duì)圍堰的平面位置進(jìn)行測(cè)定，確認(rèn)與設(shè)計(jì)要求相符后，將錨碇系統(tǒng)的纜繩收緊，使圍堰以相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)著床在基坑上。著床前，要測(cè)量巖面，分析測(cè)得的數(shù)據(jù)，看是否需要對(duì)巖面清理后再著床，或是邊下沉邊清理。

2.5.2 清基

（1）以高壓射水的方法對(duì)鋼圍堰著床區(qū)域全面清淤，隨后通過(guò)吸泥船將淤泥抽排到泥漿床內(nèi)，運(yùn)至指定地點(diǎn)妥善處置，避免造成二次污染。

（2）鋼圍堰著床后，要對(duì)巖面清基和堵漏，采取先支墊，后堵漏的方法，圍堰封底前，應(yīng)清理側(cè)壁的泥沙和污物。

2.6 鉆孔灌注樁施工

2.6.1 護(hù)筒下放

為在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上提升作業(yè)效率，決定采用成組下放的方法使鋼護(hù)筒就位。在鋼護(hù)筒之間設(shè)置連接系，并在護(hù)筒與圍堰間增設(shè)導(dǎo)向，以完成護(hù)筒群的定位下放。

2.6.2 混凝土封底

（1）鋼護(hù)筒下放就位且圍堰頂部的鉆孔作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)完畢后，便可對(duì)圍堰封底。通過(guò)混凝土封底除了能夠起到止水的效果外，還能使圍堰本身的抗浮能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)還能使鋼護(hù)筒得到有效錨固。按照隔艙分區(qū)開(kāi)展圍堰封底，先灌注底部隔艙的內(nèi)側(cè)區(qū)域，再灌注外側(cè)區(qū)域。

（2）圍堰封底采用的是強(qiáng)度等級(jí)為C25的混凝土，厚度為3.5m。封底混凝土應(yīng)對(duì)稱(chēng)、交錯(cuò)灌注，本工程中采用內(nèi)徑為300mm的導(dǎo)管，卡扣式接頭，使用前先試壓，嚴(yán)格按編號(hào)組拼對(duì)接。灌注平臺(tái)搭設(shè)在井壁上，共布置5個(gè)集料槽。

（3）封底混凝土按先低后高，先中間后周?chē)捻樞蚬嘧?，為確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)，應(yīng)做好如下控制措施：混凝土的坍落度控制在180～220mm，初凝時(shí)間控制在12～16h；組拼的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照試壓時(shí)的編號(hào)對(duì)接。

（4）采取分艙、分區(qū)負(fù)責(zé)制，實(shí)時(shí)精確測(cè)量封底混凝土面，將結(jié)果及時(shí)匯報(bào)給總負(fù)責(zé)人，按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)灌注部位優(yōu)化調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)混凝土面高差控制的目標(biāo)。

2.6.3 鉆孔平臺(tái)搭設(shè)

本工程中，主塔墩基礎(chǔ)鉆孔平臺(tái)采用的是鋼管立柱加貝雷梁的形式，其中立柱選用的是直徑為800mm的鋼管，立柱的底部支承在隔艙頂面，立柱間設(shè)置連接系，彼此相連。在圍堰頂部與立柱頂部設(shè)分配梁，以此作為貝雷梁的支撐，通過(guò)支撐架將貝雷梁連為整體，并在頂面鋪設(shè)鋼面板。搭設(shè)的鉆孔平臺(tái)應(yīng)可以同時(shí)承載6臺(tái)鉆機(jī)作業(yè)，因此要求平臺(tái)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。搭設(shè)完畢后，要全面檢驗(yàn)，確認(rèn)搭設(shè)質(zhì)量合格后方可投入使用。

2.6.4 樁孔鉆設(shè)

（1）主塔墩采用的是鉆孔樁基礎(chǔ)，通過(guò)鉆機(jī)鉆進(jìn)的方式成孔，設(shè)計(jì)孔深為40m，以泥漿正循環(huán)的方式鉆進(jìn)，共配置鉆機(jī)6臺(tái)，在搭設(shè)好的鉆孔平臺(tái)上將鉆機(jī)安裝就位，與平臺(tái)桁架連接固定。

（2）布設(shè)鉆機(jī)時(shí)，中心允許偏差控制在20mm以?xún)?nèi)，鉆桿傾斜率不得超過(guò)1%，組裝鉆機(jī)時(shí)，要確保底座水平、整體穩(wěn)定，鉆架中心、鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)中心的連線要垂直于鉆盤(pán)，鉆頭、鉆桿與樁中心要處于同一直線上。對(duì)樁基的開(kāi)鉆順序統(tǒng)籌安排，相鄰樁基不得同時(shí)鉆進(jìn)和灌注混凝土，要提前安排好各個(gè)樁孔的開(kāi)鉆時(shí)間，避免沖突。

（3）鉆機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)的規(guī)定安裝和操作，由于樁基較長(zhǎng)，為縮短成孔后的清孔時(shí)間，接長(zhǎng)鉆桿時(shí)應(yīng)配置穩(wěn)定器。開(kāi)鉆前做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，按勘查資料繪制地質(zhì)剖面圖，與鉆探資料中的地質(zhì)情況做比較，為確保成孔的垂直度達(dá)到規(guī)范要求，每個(gè)班次要對(duì)鉆機(jī)的水平偏差予以檢查，并在鉆具上加配重塊，鉆進(jìn)要連續(xù)不間斷，必須停鉆時(shí)，要將鉆頭提升至護(hù)筒內(nèi)，或是放置在安全的位置，防止引起埋鉆事故。

（4）接長(zhǎng)鉆桿時(shí)要停鉆，將鉆具提升至距離孔底20cm左右的位置處，泥漿保持循環(huán)狀態(tài)10min以上，將孔底沉渣清除干凈。鉆進(jìn)過(guò)程中，要填寫(xiě)相關(guān)的施工記錄，鉆至設(shè)計(jì)深度后，要及時(shí)清孔，使用泥漿分離器清理孔底沉渣，隨后使用超聲波檢孔儀檢孔，看成孔質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。

（5）將制作好的鋼筋籠下放至質(zhì)量合格的樁孔內(nèi)，通過(guò)浮吊將鋼筋籠提起，整體下放到位，操作時(shí)，要確保鋼筋籠中心線與樁孔中心線重合。同時(shí)，在鋼筋籠內(nèi)側(cè)安裝檢測(cè)用的聲測(cè)管，在聲測(cè)管的底部焊接厚度為5.0mm的鋼板封閉。

2.6.5 灌注混凝土

（1）按實(shí)驗(yàn)室給出的配合比制備混凝土，坍落度控制在180～220mm。采用導(dǎo)管法水下灌注樁身混凝土，灌注施工前要做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作，重點(diǎn)檢查孔底沉渣情況，如厚度超過(guò)50mm，則應(yīng)二次清孔。

（2）灌注樁身水下混凝土的過(guò)程中，要安排專(zhuān)人測(cè)量混凝土面的標(biāo)高，根據(jù)標(biāo)高拆除導(dǎo)管，確保管道埋深始終在2.0～6.0m。導(dǎo)管拆除時(shí)，要緩慢向上拔出，避免速度過(guò)快形成空洞。

3 結(jié)語(yǔ)

橋梁主塔墩基礎(chǔ)施工是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，為確保施工的順利開(kāi)展，要先在水下安裝鋼圍堰，在圍堰內(nèi)完成樁基礎(chǔ)施工。與地面施工相比，水下施工操作的難度較高，應(yīng)掌握施工關(guān)鍵技術(shù)，確保施工質(zhì)量和施工安全。