橋梁水下墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁施工技術研究

摘要：以地處河流交匯處的某公路橋梁墩基礎工程為例，研究公路橋梁在河水中進行水下墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁施工技術，通過制作并埋設高強度鋼護筒、鉆孔下放鋼筋籠和水下灌注混凝土，完成水下墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁施工。驗收結果表明：灌注樁施工質量良好，水下墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁施工技術具有可行性。

關鍵詞：水下墩基礎；鋼護筒混凝土灌注樁；沖擊成孔；光纖溫度測試

0 引言

隨著我國經濟的持續(xù)增長，公路橋梁建設的規(guī)模不斷擴大，特別是在河流、灘涂中施工，技術要求更加嚴格。橋梁基礎的穩(wěn)定性直接關系到整座橋梁的安全和使用壽命，因此研究和發(fā)展先進的橋梁基礎施工技術，對確保工程質量具有極其重要的意義。鋼筋混凝土灌注樁是公路橋梁基礎施工的常用施工技術，具有簡便易行、成本較低的優(yōu)點。但該施工技術也存在一些明顯的不足，例如容易受到地質條件的影響、質量控制不易等。

鋼護筒混凝土灌注樁能適應復雜的地質條件和不同的施工環(huán)境，特別適用于地基軟弱、土層較厚、地下水位較高等地質情況。由于鋼護筒的約束作用，混凝土在灌注過程中受到的阻力較小，能夠形成更加密實的樁體，從而提高灌注樁的承載力。與鋼筋混凝土灌注樁施工技術相比，鋼護筒混凝土灌注樁施工技術具有明顯的優(yōu)勢和更高的應用價值。本文以某公路橋梁工程為例，對該工程在河水中實施墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁的施工技術展開研究。

1 工程概況

某公路橋梁工程地處河流交匯處，河水較深、流速較快，地質條件復雜，對施工技術的要求很高。該公路橋梁工程長度為860m，其中主橋長243m，副主橋長205m，引橋長412m。由于該橋梁基礎工程在河水中進行墩基礎施工作業(yè)，其施工難度較大。因此該橋梁基礎工程采用鋼護筒混凝土灌注樁施工技術進行施工。

2 水下墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁施工技術

2.1 制作并埋設鋼護筒

按照施工要求，為了保證鉆孔的垂直度和穩(wěn)定性、防止孔壁坍塌和地表水流入孔內，在鋼護筒埋設之前進行施工準備，包括場地平整、測量放樣、材料準備等，在確定樁位、鋼護筒內徑和埋設深度后，進行鋼護筒的制作和埋設[1]。

2.1.1 計算鋼護筒內徑

需要根據混凝土灌注樁的設計圖紙確定鋼護筒的內徑。鋼護筒內徑計算公式如下：

（1）

式中：D表示鋼護筒的內徑；d表示設計的混凝土灌注樁樁徑；L表示鋼護筒的長度；η表示鋼護筒的傾斜率；ε表示平面位置允許誤差。

2.1.2 計算鋼護筒埋深

根據鋼護筒內外壓力平衡原理，計算鋼護筒埋設深度[2]，以確保鋼護筒在河水中不會發(fā)生變形。鋼護筒埋設深度計算公式如下：

（2）

式中：H表示鋼護筒埋深；h1表示橋梁施工水位到河床表面的深度；h2表示鋼護筒內部水位和施工水位之間差值；δ1表示鋼護筒內部的泥漿容重；δ2表示河水的容重；δ3表示鋼護筒外部河床土的飽和容重。

2.1.3 鋼護筒制作

經計算確定鋼護筒的內徑和埋設深度后，為了確保所采購的鋼材具有較高強度、足夠韌性和耐腐蝕性，滿足工程要求，需確定所用鋼板的材質、規(guī)格、厚度和平整度技術指標，然后進行備料。鋼板運輸到加工廠后，對其各項技術指標進行檢查驗收，合格后投入鋼護筒制作。

對鋼板進行除銹、除油等清理工作，確保其表面清潔、光滑，以提高卷制效果。按照鋼護筒設計要求、參照卷板機卷制能力，經計算確定每個鋼護筒的卷制尺寸，并使用裁板機進行剪裁。將剪裁好的鋼板放置在卷板機上卷制成圓筒。對卷制好的圓筒進行拼裝和焊接，確保其形狀、密封性和強度。對制作完成的鋼護筒進行質量檢測，包括內徑和長度尺寸、焊接質量等，確保其滿足施工要求。將檢驗合格的鋼護筒進行編號、碼放，并采用適當的運輸方式將其運至施工現(xiàn)場。

2.1.4 鋼護筒埋設施工

根據施工圖紙，確定鋼護筒埋設位置并進行精確測量，確保位置準確無誤。使用鉆機在定位點進行鉆孔，鉆孔深度應達到設計要求，并確?？妆诠饣⒋怪?。將加工好的鋼護筒使用吊車吊至鉆孔上方，緩慢放入鉆孔內。在鋼護筒放入鉆孔后，使用適當的方法將其固定在孔底，防止其移動或傾斜。在鋼護筒固定后，應及時回填土并夯實，確保鋼護筒的穩(wěn)定性。完成鋼護筒埋設后，應對其進行定位檢測，以確保其滿足施工質量要求。檢測內容包括與灌注樁設計中心的同心度和垂直度以及鋼護筒穩(wěn)定性等。

2.2 鉆孔和下放鋼筋籠

鉆孔和下放鋼筋籠是整個公路橋梁水下墩基礎施工中的關鍵環(huán)節(jié)，對于提高樁基的承載力和抗剪切能力具有決定性作用[3]。

2.2.1 沖擊成孔

根據設計要求將鉆機移動到鉆孔位置，采取措施確保鉆機安裝穩(wěn)定，并將鉆頭調整到灌注樁設計中心的位置并保持垂直度。鉆機就位后，進行沖擊成孔。沖擊成孔是利用鉆機的沖擊力將土石破碎，形成樁孔。

在這一過程中，控制樁孔的深度和直徑是關鍵，同時還需要注意防止發(fā)生塌孔和偏孔等問題。完成沖擊成孔后，進行清孔，其目的是確保鋼筋籠能夠順利下放。清孔過程需要嚴格控制，確?？變入s物被徹底清理干凈，然后即可吊放鋼筋籠。

2.2.2 鋼筋籠吊放

鋼筋籠是灌注樁的重要組成部分，其吊放過程需嚴格控制。應確保鋼筋籠的尺寸和質量符合設計要求，設置適宜的吊點，選擇相匹配的吊裝設備。在吊放過程中，應緩慢下放鋼筋籠，避免其與孔壁發(fā)生碰撞。在河水中吊放灌注樁鋼筋籠時，由于水流的沖刷和浮力作用，鋼筋籠容易發(fā)生移位。為解決這一問題，采用扁擔梁方法對鋼筋籠[4]進行吊裝。

吊放鋼筋籠方法如圖1所示。圖1中，鋼筋籠頂部設置了多根吊筋和加強筋，與扁擔梁焊接在一起。在和鋼筋籠焊接成整體后，可增強鋼筋籠的穩(wěn)定性，可確保鋼筋籠的中心處于混凝土灌注樁的中心位置，且不會因河水的沖刷發(fā)生上浮和下落等問題。然后即可進如灌注混凝土工序。

2.3 水下灌注混凝土

2.3.1 灌注量計算

在混凝土灌注施工之前，需要配制符合設計要求的混凝土。由于該橋梁水下墩基礎施工環(huán)境復雜，為了確?；炷临|量符合技術要求，采用優(yōu)質粉煤灰水泥、卵石、中砂作為混凝土的主要原材料[5]。同時根據工程實際情況，嚴格控制配合比、水灰比、砂率等關鍵參數，以獲得性能優(yōu)異的混凝土。為了應對水下施工的特殊環(huán)境，還需添加緩凝劑、減水劑等外加劑，以提高混凝土的耐久性和穩(wěn)定性。完成混凝土配制后，需計算混凝土灌注量，其計算公式[6]如下：

（3）

式（3）中：Q表示每根灌注樁的混凝土灌注量；l1表示灌注樁孔底與導管底端之間的距離；l2表示導管的初次下放深度；r表示導管的內徑；H0表示導管內部混凝土和外部泥漿壓力平衡時所需導管下放深度。

2.3.2 灌注與振搗

通過導管和漏斗等工具進行混凝土灌注，其中導管采用無縫鋼管制作，鋼管的直徑大約為混凝土樁徑的1/6，鋼管內壁應光滑、順直，確?；炷恋捻樌嘧?。漏斗則為鋼板焊制形成的圓錐形結構，將其底部與導管頂部固定在一起，組成混凝土的灌注裝置。

按照公式（3）計算得出的灌注量，將混凝土緩慢灌入漏斗，通過導管灌注到樁孔底部。在灌注過程中，應控制混凝土的流量和壓力，確保其均勻、連續(xù)地注入到水下結構中。由于水下施工環(huán)境的特殊性，水下灌注混凝土的難度較大，需要克服水下的各種阻力。因此為提高混凝土的密實度，采用適當的振搗方式進行灌注。

在混凝土灌注到設計標高時，停止混凝土灌注，并緩慢拔出導管，等待混凝土冷凝成型，即可形成鋼護筒混凝土灌注樁，以此提升公路橋梁水下墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁的穩(wěn)固性能。

2.3.3 灌注樁數量和規(guī)格

該公路橋梁工程主橋、副主橋和引橋共設有鋼護筒混凝土灌注樁54根，施工過程中嚴格按照設計要求進行施工，并在施工結束后對工程質量進行驗收，以判斷該施工技術的可行性。該公路橋梁鋼護筒混凝土灌注樁數量和規(guī)格如表1所示。

3 工程驗收

為驗證本文使用的水下墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁施工技術在該公路橋梁中的應用效果，對施工結果進行檢查驗收。

3.1 驗收方法

采用傳感光纖作為驗收設備。在鋼護筒混凝土灌注樁施工過程中，先將傳感光纖埋設在灌注樁內，在施工結束樁身成型之后，對傳感光纖進行定點加熱，沿樁身每隔5m左右取一個測點，以檢測樁身溫升數據。通過Sentinel DTS分布式光纖溫度測試設備繪制灌注樁的溫升曲線，以此反映灌注樁的完整性。在檢測灌注樁成樁質量時，本文分別從主橋、副主橋以及引橋這三個部位的灌注樁中，抽取樁頂標高為-10m，樁身長度為35m的三根混凝土灌注樁，對灌注樁內光纖溫升進行記錄。

3.2 驗收結果與分析

按照上述布置內容，灌注樁現(xiàn)場檢查驗收數據，所得灌注樁內光纖溫升數據，并按照數據繪制出灌注樁內光纖溫升示意圖。灌注樁內光纖溫升示意圖如圖2所示。

從圖2可以看出，該光纖空氣段的溫升速度大于鋼護筒混凝土灌注樁內的光纖溫升速度。這主要是因為空氣比混凝土的導熱系數更小，熱量不容易向周圍介質傳導，所以空氣段溫升更快。與此同時，上述3根試驗樁在相同加熱功率下，其溫升值幾乎一致，均在2K之下，而且無論樁身長度為多少，各檢測點之間的溫升差值不大，均未超過0.5K。由此可以說明，鋼護筒混凝土灌注樁的密實度極高，無較大質量缺陷，在光纖加熱過程中，因混凝土溫度較低，可吸收熱量，所以各檢測點上樁身部位的溫差值波動趨勢較為平緩。根據檢查驗收數據，可以判斷鋼護筒混凝土灌注樁的樁身質量良好，同時驗證了本文研究的水下墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁施工技術的可行性。

4 結束語

本文以某公路橋梁工程為例，對公路橋梁水下墩基礎鋼護筒混凝土灌注樁施工技術進行了深入、系統(tǒng)的研究，闡述了鋼護筒混凝土灌注樁施工流程，并對本文所述施工技術的有效性和可靠性進行了檢查驗證。驗證結果表明：本文所述施工技術取得了一些成果、具有應用價值，為今后類似工程提供了有益的參考。隨著科技的不斷進步，未來需進一步探索更加智能化、自動化的橋梁基礎施工技術，以進一步提高施工效率和施工質量。

參考文獻

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