橋梁深水樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)分析

摘要 跨河橋梁深水樁基具有一定難度，為明確此類工程的施工技術(shù)，文章以澎溪河大橋?yàn)槔?，該工程通過(guò)筑島、鋼護(hù)筒水下接高，以及基于導(dǎo)管法的水下混凝土澆筑等施工措施，構(gòu)筑的深水樁基均達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，取得了理想的施工成果?？梢?jiàn)，深水樁基工程具有一定難度，需要針對(duì)深水環(huán)境筑島構(gòu)建施工平臺(tái)、加長(zhǎng)鋼護(hù)筒、利用導(dǎo)管法進(jìn)行水下混凝土灌注，并加強(qiáng)各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制，可構(gòu)建出有效支撐上部結(jié)構(gòu)的橋梁深水樁基。

關(guān)鍵詞 深水橋梁；樁基礎(chǔ)；施工技術(shù)；鋼護(hù)筒；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào) U445.551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0097-03

0 引言

橋梁深水樁基因?yàn)槠洵h(huán)境較為復(fù)雜，一方面要考慮水中施工平臺(tái)的搭設(shè)，另一方面還要考慮防止水流對(duì)樁基的沖刷影響?；诖耍咐こ掏ㄟ^(guò)筑島搭設(shè)施工平臺(tái)，以及鋼護(hù)筒水下接高等輔助措施，兼顧這兩方面因素，并通過(guò)導(dǎo)管法開(kāi)展水下混凝土灌注，構(gòu)建深水樁基，取得了理想的施工效果?，F(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)橋梁深水樁基施工的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)論述。

1 深水橋梁樁基礎(chǔ)概述

1.1 樁基礎(chǔ)類型及適用條件

樁基礎(chǔ)是橋梁工程中的重要組成部分，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，樁基礎(chǔ)可以分為多種類型。按施工方法可分為預(yù)制樁和灌注樁；按材料可分為木樁、混凝土樁和鋼管樁等；按樁的受力情況可分為摩擦樁和端承樁。

不同類型樁基礎(chǔ)適用于不同的地質(zhì)條件和橋梁跨度。對(duì)于軟土地基，常用的樁基類型為預(yù)制混凝土樁或鋼管樁。對(duì)于巖層地基，可以采用嵌巖樁，利用巖層的支撐作用提高橋梁的穩(wěn)定性。大跨度橋梁需要采用深水樁基，以確保橋梁的穩(wěn)定性和安全性。

1.2 深水樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)與難點(diǎn)

1.2.1 深水樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)

深水樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]：

（1）環(huán)境特殊性。深水樁基礎(chǔ)位于水體覆蓋區(qū)域，水深、水流速度、波浪高度及周期等因素對(duì)施工安全和效率有著顯著影響。

（2）地質(zhì)條件復(fù)雜。水下的地質(zhì)勘查與陸地相比更為困難，地質(zhì)結(jié)構(gòu)可能包含軟土層、砂層、巖石層以及復(fù)雜的巖溶、流沙等不良地質(zhì)現(xiàn)象，這些都直接影響樁基的設(shè)計(jì)與施工方法的選擇。

（3）施工技術(shù)要求高。深水樁基礎(chǔ)施工通常需要采用先進(jìn)的水上平臺(tái)系統(tǒng)、潛水或遙控設(shè)備進(jìn)行定位、鉆孔、清渣、鋼筋籠安裝、混凝土灌注等一系列工序，技術(shù)集成度高，且各個(gè)環(huán)節(jié)均需精確控制以確保樁基質(zhì)量。

（4）安全保障嚴(yán)格。施工過(guò)程中涉及人員潛水作業(yè)、水上交通協(xié)調(diào)、水下爆破等多種高風(fēng)險(xiǎn)操作，因此安全防范措施必須嚴(yán)密周全，以防止安全事故的發(fā)生。

1.2.2 深水樁基礎(chǔ)的難點(diǎn)

深水樁基礎(chǔ)的難點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）施工平臺(tái)搭建與維護(hù)。在深水區(qū)域搭建穩(wěn)定的施工平臺(tái)是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，需要考慮水流、風(fēng)力、波浪等因素，以確保施工平臺(tái)的安全性和可靠性。

（2）樁基定位與導(dǎo)向。在水下環(huán)境中，精確定位樁基位置并保持其垂直度是一大難點(diǎn)，需要采用高精度的測(cè)量技術(shù)和導(dǎo)向系統(tǒng)。

（3）鉆孔與成樁質(zhì)量控制。深水區(qū)域的鉆孔作業(yè)受到水流擾動(dòng)的影響，可能導(dǎo)致孔壁穩(wěn)定性問(wèn)題。同時(shí)，水下混凝土的澆筑質(zhì)量也難以控制，需要特別的施工技術(shù)和材料配比。

（4）環(huán)境與安全風(fēng)險(xiǎn)。深水樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，包括施工人員的生命安全和設(shè)備的安全運(yùn)行。此外，施工活動(dòng)可能對(duì)水質(zhì)、底棲生物等造成影響，需要進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理。

2 深水樁基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 項(xiàng)目概況

重慶城口（陜渝界）至開(kāi)州高速公路路線總長(zhǎng)128.461 km，整體式路基寬24.5 m，分離式路基12.25 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h。該項(xiàng)目涉及澎溪河大橋，左線橋長(zhǎng)1 153.498 m，右線橋長(zhǎng)1 176.5 m。主橋橋墩采用雙薄壁矩形實(shí)心墩，橫橋向?qū)?.0 m，壁厚1.8 m，薄壁凈距6.4 m，橫向與箱底同寬。基樁按縱向三排、橫向兩排布置，每墩共6根樁，樁徑φ2.5 m，樁長(zhǎng)42～44 m。14#、15#主墩常年位于河中，低水位時(shí)水深約5 m，高水位水深約33 m。澎溪河特大橋主14#、15#墩樁基。

2.2 樁基施工工藝流程

棧橋、鋼平臺(tái)搭設(shè)后，進(jìn)行水中樁基施工，其施工工藝流程如圖1所示：

2.3 樁基施工關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

2.3.1 鉆孔作業(yè)平臺(tái)

（1）筑島施工。彭溪河特大橋14#、15#樁基礎(chǔ)采用先筑島、埋設(shè)護(hù)筒、接長(zhǎng)護(hù)筒至標(biāo)高178 m以上，再采用沖擊鉆樁基的總體思路。根據(jù)水位綜合考慮，筑島高程擬定于高程153.5 m，城口岸從10#墩開(kāi)始填筑便道至14#墩，便道設(shè)置在左右線中間，分別在左右線14#墩位填筑基礎(chǔ)施工平臺(tái)；開(kāi)州岸從16#墩開(kāi)始填筑便道至15#墩，便道設(shè)置在左右線中間，分別在左右線15#墩位填筑基礎(chǔ)施工平臺(tái)。

（2）鉆孔作業(yè)平臺(tái)。鉆孔平臺(tái)布置在主棧橋兩側(cè)、對(duì)稱于主墩縱、橫軸線布置。順橋向?qū)挾葹?1 m，橫橋向?qū)挾葹?8 m。采用鋼管樁作承重結(jié)構(gòu)，頂上設(shè)置橫梁后安裝貝雷桁架、縱橫向分配梁后鋪設(shè)花紋鋼板形成作業(yè)面。

（3）鉆孔作業(yè)平臺(tái)立面布置。鉆孔平臺(tái)采用φ630*8打入鋼管樁，從下至上設(shè)置2道由φ325*5鋼管和I20型鋼組成的平斜聯(lián)。鋼管頂口開(kāi)槽放置柱頂雙拼I36b主梁后，再安裝321貝雷桁架；其上鋪設(shè)I25、I12.6縱橫向分配梁，再鋪設(shè)鋼板形成工作平臺(tái)。

（4）鉆孔平臺(tái)搭設(shè)施工。貝雷架在棧橋面上拼裝成雙排單元后，利用履帶吊一組一組地整體起吊安裝，之后設(shè)置桁架限位裝置，鋪設(shè)縱橫向分配梁，加鋪面板形成平臺(tái)。

（5）鉆孔平臺(tái)驗(yàn)收。鉆孔平臺(tái)實(shí)施完成后進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

（6）鉆孔平臺(tái)改制、拆除。鉆孔平臺(tái)在樁基施工完成后部分拆除，為承臺(tái)圍堰施工提供工作場(chǎng)地。棧橋加寬段以及起重作業(yè)區(qū)予以保留，用于第二個(gè)高水位時(shí)間段大橋上構(gòu)施工的材料堆場(chǎng)。

鉆孔平臺(tái)在全橋完工后全部拆除。拆除采用與安裝相逆的順序，同樣采用吊車拆解上部結(jié)構(gòu)，鋼管樁采用“履帶吊+振動(dòng)錘”拔樁。

2.3.2 鋼護(hù)筒加工和插打

（1）護(hù)筒加工、埋設(shè)及干處接長(zhǎng)施工。鋼護(hù)筒采用壁厚δ=16 mm的鋼板，在廠家用機(jī)械集中卷制加工制作，焊縫全部為雙面坡口，每根鋼護(hù)筒制作完成后長(zhǎng)為3 m，制作的鋼護(hù)筒比設(shè)計(jì)樁徑大20 cm，現(xiàn)場(chǎng)需要的鋼護(hù)筒的內(nèi)徑D=2 700 mm。護(hù)筒埋設(shè)采用200型振動(dòng)錘進(jìn)行沉入，但需確保護(hù)筒頂口高于原地面不少于30 cm，以方便接長(zhǎng)。

前期筑島完成后，即根據(jù)放樣的樁基中心位置，布設(shè)十字護(hù)樁；用施挖鉆引孔后，利用履帶吊起吊底節(jié)鋼護(hù)筒埋入1～2 m深，確保護(hù)筒定位準(zhǔn)確，平面中心允許誤差為50 mm、豎直傾斜率不大于1%。然后采用200 t電動(dòng)振動(dòng)錘繼續(xù)施沉鋼護(hù)筒直至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再逐節(jié)接高鋼護(hù)筒。

（2）鋼護(hù)筒水下接高。鋼護(hù)筒水下連接系統(tǒng)由工廠提前預(yù)制好，分別由直徑2.6 m、高1 m且不封閉的鋼護(hù)筒，8個(gè)長(zhǎng)60 cm的鉆孔槽鋼，橡膠防水墊，超長(zhǎng)螺栓等組成。

接長(zhǎng)工藝：上部鋼護(hù)筒起吊時(shí)，先在護(hù)筒底安裝限位器，總體呈三角形，再由上部?jī)?nèi)護(hù)筒切口放入，外部工字鋼上部進(jìn)行連接，履帶吊起吊平穩(wěn)入水，潛水作業(yè)人員在水底觀察精度，限位器入孔固定后，再固定螺栓。

（3）護(hù)筒跟進(jìn)。開(kāi)鉆前準(zhǔn)確測(cè)定護(hù)筒頂標(biāo)高。鉆孔過(guò)程中，每鉆進(jìn)2 m，觀測(cè)護(hù)筒沉降情況。

2.3.3 鉆孔樁機(jī)在鋼平臺(tái)上布置

14#、15#墩承臺(tái)尺寸為15 m×9 m，左右幅為獨(dú)立承臺(tái)，每個(gè)承臺(tái)下配置6根D250 cm的灌注樁。布置2臺(tái)JK8型沖擊鉆，分3個(gè)批次施工樁基。

2.3.4 鉆孔

（1）鉆機(jī)就位、鉆孔準(zhǔn)備。根據(jù)擬定的成孔批次和鉆機(jī)平面布置安排，使用履帶吊將鉆機(jī)擺放到位。調(diào)整鉆機(jī)扒桿，使扒桿頂定滑輪出繩方向與樁孔中心嚴(yán)格對(duì)中。

（2）護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)。該階段不需要泥漿護(hù)壁。對(duì)于護(hù)筒入土深度10 m以上的，護(hù)筒內(nèi)的覆蓋層采用氣泵吸反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行快速鉆進(jìn)（鉆至距護(hù)筒底2 m處停鉆，換用沖擊鉆接力鉆進(jìn)）。

泵吸反循環(huán)出碴口后接入過(guò)濾篩，將碴料過(guò)濾后運(yùn)走外棄。

（3）穿越護(hù)筒腳鉆進(jìn)。護(hù)筒腳是鉆孔施工的高危階段，極易造成漏漿、坍孔、埋鉆等事故。采用沖擊鉆慢速穿越，每沖擊1 h左右測(cè)量孔深。通過(guò)測(cè)繩手感判斷孔內(nèi)泥漿含碴情況，及時(shí)掏碴。在鉆進(jìn)至接近護(hù)筒腳1 m左右時(shí)，須特別注意泥漿質(zhì)量和鉆進(jìn)速度不能過(guò)快，并通過(guò)投放片石（粒徑控制在30 cm以內(nèi)）反復(fù)沖砸固孔。在穿越護(hù)筒腳2 m左右后，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。

（4）覆蓋層內(nèi)鉆進(jìn)。該階段同樣遵循“低放慢打”原則，加大黏土投放量，確保泥漿的數(shù)量和質(zhì)量。須在確?？椎酌嫔嫌? m左右漿后，方可逐步加大沖程（加至2～3 m）鉆進(jìn)。

（5）巖層內(nèi)鉆進(jìn)。巖層內(nèi)鉆進(jìn)相對(duì)安全，可采用正常沖程（3～5 m）進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中每班應(yīng)從掏碴中取樣留存，對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行對(duì)比。

（6）終孔、清孔、檢孔。鉆孔全程由機(jī)長(zhǎng)做好鉆孔進(jìn)尺記錄，終孔后，吊起錘頭，加焊刮漿圈，然后將錘頭貫穿全孔深上下起落3～4遍，將孔壁上黏附的泥團(tuán)和過(guò)厚的泥皮清除至孔底，再于孔底低沖程沖砸。用泥漿泵注入泥漿至孔底，將沉渣懸起。

2.3.5 鋼筋籠制作及安裝

加工完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格的鋼筋籠分節(jié)運(yùn)輸至平臺(tái)，用履帶吊逐節(jié)安裝入孔。安裝鋼筋籠時(shí)一并安裝檢測(cè)用的聲測(cè)管，必須逐段灌水檢查密封性能，并做好管口封堵防護(hù)。鋼筋籠的頂節(jié)接出不少于4根主鋼筋直至平臺(tái)頂面，吊掛于護(hù)筒頂口，避免鋼筋籠底部受力。

2.3.6 樁基澆筑水下混凝土

（1）灌注流程。采用導(dǎo)管法灌注樁基水下的混凝土，準(zhǔn)備輸送泵、高位儲(chǔ)料斗、漏斗、Φ299 mm×10 m導(dǎo)管等，導(dǎo)管拼接后進(jìn)行水密試驗(yàn)，再進(jìn)行水下混凝土的灌注。

（2）首批混凝土方量保供。混凝土必須具備良好的工作性能，特別是流動(dòng)度指標(biāo)。要求坍落度控制在20～

24 cm之間，擴(kuò)展度須達(dá)到500 mm以上，且要求1 h無(wú)坍損、2 h坍損不得大于2 cm、5 h坍損不得大于4 cm。緩凝時(shí)間不短于10 h。若遇氣溫變動(dòng)超過(guò)10 ℃時(shí)，須做適應(yīng)性調(diào)整試驗(yàn)。

混凝土開(kāi)球采用拔球法，球蓋采用鋼蓋板+鋼板吊耳，不得采用鋼筋吊耳。

首批混凝土通過(guò)泵車將集料斗裝滿，再用泵車將漏斗裝滿。漏斗即將滿時(shí)，拔球法開(kāi)球，待漏斗內(nèi)混凝土下溜約三分之一時(shí)打開(kāi)集料斗溜槽持續(xù)供入混凝土。集料斗必須具備方便的開(kāi)關(guān)閘門，以及調(diào)節(jié)流量的功能。

采用導(dǎo)管法進(jìn)行樁基混凝土的灌注。導(dǎo)管用直徑300 mm的鋼管，壁厚8 mm，每節(jié)長(zhǎng)2.0～2.5 m，配1～2節(jié)長(zhǎng)1～1.5 m的短管，由管端粗絲扣連接，接頭處用橡膠圈密封防水。下導(dǎo)管時(shí)應(yīng)防止碰撞鋼筋籠，導(dǎo)管支撐架用型鋼制作；支撐架支墊在鉆孔平臺(tái)上，用于支撐懸吊導(dǎo)管?；炷凉嘧⑵陂g，應(yīng)用鉆架吊放拆卸導(dǎo)管。

水下混凝土施工采用罐車運(yùn)輸混凝土，通過(guò)滑槽送至導(dǎo)管頂部的漏斗中?；炷吝M(jìn)入漏斗時(shí)的坍落度控制在18～22 cm之間，并有很好的和易性。混凝土初凝時(shí)間必須保證灌注工作在首批混凝土初凝前完成。

3 深水樁基礎(chǔ)施工中面臨的問(wèn)題與對(duì)策

在深水樁基礎(chǔ)施工中，由于環(huán)境的復(fù)雜性和技術(shù)的難度，常常會(huì)面臨一系列問(wèn)題。主要面臨的問(wèn)題及相應(yīng)對(duì)策如下：

（1）水流對(duì)樁基施工的影響是一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題。在水流的沖刷和作用下，樁基的定位和固定難度增加，可能導(dǎo)致樁位的偏移或下沉。為了減小水流的影響，可以采取一系列措施，如增加樁基的剛度和重量、使用錨錠和固定架等設(shè)備，以確保樁基的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

（2）地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不確定性是深水樁基礎(chǔ)施工中的另一個(gè)重要問(wèn)題。由于深水環(huán)境中地質(zhì)勘察的難度和局限性，難以準(zhǔn)確判斷地層分布和巖土性質(zhì)，這給樁基的設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)很大困難。因此，需要進(jìn)行充分的地質(zhì)勘察和試驗(yàn)，了解地質(zhì)條件的特點(diǎn)和規(guī)律，為樁基的設(shè)計(jì)和施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，在施工過(guò)程中，應(yīng)密切關(guān)注地質(zhì)變化，及時(shí)調(diào)整施工方案和技術(shù)參數(shù)，以確保施工的安全和質(zhì)量。

（3）深水樁基礎(chǔ)施工中施工平臺(tái)的穩(wěn)定性和安全性也是一個(gè)重要問(wèn)題。在深水環(huán)境中，施工平臺(tái)需要承受風(fēng)、浪、水流等多種外力作用，同時(shí)還需要承載施工設(shè)備和人員等重量。為了確保施工平臺(tái)的穩(wěn)定性和安全性，需要采取一系列措施，如加強(qiáng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和支撐、使用重型錨錠和固定架等設(shè)備，以確保平臺(tái)的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，在施工過(guò)程中應(yīng)定期對(duì)平臺(tái)進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

深水樁基礎(chǔ)施工是橋梁工程建設(shè)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，其涉及的因素多、技術(shù)難度大，對(duì)施工人員的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)要求較高。該文綜合分析了橋梁深水中樁基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵技術(shù)，探討了深水樁基礎(chǔ)工程的特點(diǎn)與難點(diǎn)，并提出了一系列解決方案和建議。通過(guò)深入分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）深水樁基礎(chǔ)施工是一項(xiàng)技術(shù)密集型工程，其成功實(shí)施依賴于精確的工程設(shè)計(jì)、高效的施工技術(shù)、可靠的設(shè)備選擇以及對(duì)復(fù)雜環(huán)境因素的充分考慮。

（2）施工平臺(tái)的穩(wěn)定性、樁基定位的準(zhǔn)確性、鉆孔與成樁工藝的質(zhì)量控制以及環(huán)境保護(hù)措施是深水樁基礎(chǔ)施工中的關(guān)鍵要素，對(duì)工程的安全、質(zhì)量和環(huán)境影響具有決定性作用。

（3）盡管深水樁基礎(chǔ)施工面臨著諸多挑戰(zhàn)，但通過(guò)采用創(chuàng)新的技術(shù)和方法，結(jié)合嚴(yán)格的項(xiàng)目管理和質(zhì)量控制，這些挑戰(zhàn)均可以被克服。

參考文獻(xiàn)

[1]施文生. 橋梁深水中樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 運(yùn)輸經(jīng)理世界， 2023（22）： 70-72.

收稿日期：2024-01-24

作者簡(jiǎn)介：何森（1991—），男，本科，工程師，從事商務(wù)管理工作。