橋梁水下墩身施工技術研究

姚洪帥

(河北路橋技術開發有限公司)

1 引言

橋梁水下墩身施工時保證全橋能夠順利完成施工的關鍵，水下施工砂層較后，砂層滲透性大，容易發生流砂現象，采用合理的施工技術能夠滿足設計的要求同時節約建設成本。所以要從各個方面入手，橋梁水下墩身施工當中對鉆孔施工要求較為嚴格，鉆機在成孔的過程中要保持穩定，其水頭高度和泥漿的稠度要滿足要求，避免出現坍孔現象。在成孔之后進行混凝土灌注，保證不斷樁。雖然目前水下墩身施工技術取得了不少施工經驗，但不同項目所處環境不同，所面臨的水文和地質條件也千差萬別，要結合不同的情況采取不同的施工技術來保證墩身施工的質量。目前，混凝土性能的改善對墩身的質量保證提供了有力的支持，混凝土的緩凝時間和初始強度得到了不同程度的增加這些都有利于橋梁水下墩身的施工。

2 鉆孔樁施工技術

2.1 鋼護筒施工

在鉆孔過程中，護筒能夠起到定位、導向的作用，對孔口起到保護作用，同時起到調節水頭壓力的作用。在水下墩身施工中，河床的空隙率較大，如果鋼護筒未穿過致密層，在施工過程中極易導致砂漿的流失，易誘發坍孔事故的發生，另外而回造成灌注混凝土過程中混凝土的流失，導致樁身強度不足，易誘發斷樁事故。

鋼護筒的長度設計要結合施工現場的地質情況和筑島面高度初步確定。首先采用人工挖孔方式挖至島底面以下1 m，將鋼護筒人工埋設1 m，同時在護筒周圍回填粘土進行夯實，當護筒長度較長時可以采用一次下沉到位，除采用鉆頭錘擊外，可以復制進行人工護筒內挖沙或者高壓水槍沖擊筒底等輔助措施。

2.2 泥漿

在鉆孔之前要進行造漿作業，將原孔道內的清水用泥漿進行置換，常用的造漿采用主要有黃粘土和膨潤土等。在鉆孔的整個過程中都要保證泥漿性能的穩定，這對成孔質量好壞和護壁的效果有直接影響，當鉆桿深度達到5 m左右是要對連接螺栓進行一遍檢驗，當鉆孔中遇到含水量較大的土層時要注意控制鉆孔的速度，以免鉆桿的晃動，造成孔徑的擴大。鉆孔過程中要及時清理周圍的積土。

2.3 鉆孔

鉆機就位之后對其進行固定，在施工過程中保證鉆孔的平正，不能發生傾斜和移動。為了控制樁孔的深度可以在護筒或鉆桿上標記深度，以便記錄。在鉆孔的過程中要及時觀察地質的變化情況，可以通過鉆頭沖擊聲音、鉆進速度、水頭變化和抽渣取樣等進行分析，通過現場地質情況變化與勘查設計資料進行對比，從而進一步對巖層性質和下臥層的承載力狀況進行評價。

采用沖擊鉆孔時，當鉆頭接近護筒底部時，可以再孔內增加粘土并添加適當規格的片石或卵石等，見片石或卵石嵌入孔壁，起到封堵流砂的作用，同時也要保證水頭壓力的大小，適當增加泥漿的比重。在沖擊成孔過程中要避免鉆頭放空，適當提高收放繩索的頻率，及時對泥漿質量進行檢查，控制好泥漿比，對出現的問題及時發現，及時改進，保證一次性成孔的質量，過避免出現坍孔和縮孔現象。

2.4 清孔

鉆孔達到設計標高之后，要進行清孔作業。清孔的主要目的是盡可能減薄沉淀層厚度，提高孔底的承載能力。在鉆孔完成之后要盡快換漿清孔，保證換漿的速度，使得孔內比重大的泥漿何碎石換出，進一步穩定換出的沙率，達到進入孔內和排出孔內的泥漿含沙量相接近。

在清孔完成之后，迅速進行鋼筋骨架的吊裝，采用固定鋼筋何低位鋼筋對鋼筋骨架位置進行固定，在進行水下混凝土灌注之前要對樁孔進行二次清孔，主要目的是進一步降低泥漿的比重，保證水下混凝土的順利施工。在清孔的過程中要尤其注意泥漿指標的變化情況，避免泥漿變化過大造成對泥漿護壁的破壞，這個階段泥漿的比重要控制在1.15～1.2左右。

2.5 樁孔事故處理

坍孔是鉆孔中極易發生的事故，其形成原因較多，主要是孔內泥漿流失嚴重造成水頭高度不夠引起，另外如果孔內泥漿性能不符合要求，護壁不夠堅實或者護筒埋設深度不合適也會導致坍孔的發生，所以在鉆孔的過程中一定要保證土層中的空隙滲填密實，使孔道內的水壓保持穩定，除此之外還要做好鉆頭潤滑，減小鉆頭阻力。護筒埋設深度是否合適，對鉆孔也有很大的影響，埋設過淺容易產生流砂管涌，埋設過深又會給沉入和拔起帶來困難。如果發生坍孔事故，要查明坍孔位置，回填粘土和沙石混合物之后重新鉆孔。

3 水下混凝土施工

3.1 混凝土灌注

水下混凝土灌注施工要保證施工的連續性，不能出現中斷現象，相比較其他施工要對混凝土質量做好抽檢，注意做好施工組織，保證各道工序之間的相互銜接到位，從而縮短混凝土灌注時間。水下混凝土施工具有自身特點，對混凝土無法采用振搗作用，混凝土的攤平和密實主要靠混凝土的自重和泵送混凝土的壓力，這就要求水下混凝土要具有良好的施工和易性。在混凝土達到初凝強度之前，如果混凝土流動性不好，容易出現蜂窩和空洞，在一定程度上影響到墩身的質量和耐久性。

水下混凝土澆筑一般為大體積混凝土，大體積混凝土施工要特別注意水化熱作用，灌注水泥混凝土之后短時間內在水泥水化熱作用下，混凝土內部會集聚大量熱量，內外溫差過大容易產生裂縫。所以要通過多種途徑來解決水下混凝土施工中大體積混凝土水化熱作用。在材料方面在滿足強度設計要求的情況下盡量選擇水化熱作用小的水泥，以減緩水化熱的發生過程，另外通過在水泥中添加礦渣從實踐效果看也能取得不錯的效果。另外在不影響混凝土強度的前提條件下可以適當降低水泥用量，為補強混凝土強度可以適當添加一定劑量的添加劑，添加劑能夠增大水泥跟集料之間的接觸面積，從而提高混凝土內部向外散失熱量的速度。

3.2 混凝土灌注事故處理及樁基質量檢測

在混凝土灌注之處，要尤其注意封底的質量和成敗，為保證封底質量，首批混凝土儲備量要充足，導管不能出現懸空，混凝土灌注量要能夠將導管口包裹起來，從而避免泥漿從管口進入，為了更好的保證水下混凝土封底質量，需要設置隔水球，灌注之前對導管的長度和氣密性進行反復檢驗，首批混凝土的澆筑導管埋入混凝土的深度要控制在1～4 m左右。

在混凝土澆筑過程中如果導管中的混凝土不滿、含有空氣或者導管的直徑選擇過小的話，如果混凝土的灌注速度過快的話容易在導管內部形成氣囊，從而堵塞導管，所以在灌注水下混凝土的過程中要注意控制好混凝土的灌注速度，如發現氣囊堵塞導管現象要及時采取措施進行處理，可以采用搗桿沖搗將導管中的氣囊排出，在后續混凝土灌注過程中就要結合氣囊發生狀況對混凝土的灌輸速度進行適當調整。

另外在橋梁水下混凝土施工中斷樁、夾心等也是常見的質量事故，導致斷樁的原因較多，而水下施工對掌握著問題都不易發現，需要借助相關的檢測設備才能的成樁的質量作出準確的評價，目前對成樁質量的檢測方法主要包括:瞬態激振時域頻域分析法(別稱“小應變檢測法”)和聲波透射法和大應變測試法.在小應變法檢測成樁質量中通過人工敲擊混凝土樁而產生沖擊波，通過儀器接收波在樁內部的傳播圖形，通過不同位置處的波形變化情況來對樁有無質量缺陷作出評價，同時可以對混凝土的等級作出較為準確的評價。小應變測試混凝土方法操作簡單，檢測速度快，對施工現場的要求小，比較適用于直徑較小的鉆孔樁。對于直徑較大的樁可以采用聲波透射法，聲波透射法是在鉆孔樁預留幾個聲波測試管，通過儀器向外發射超聲波，對超聲波在不同測管內的傳輸速度進行采集，根據傳輸速度的不同來對混凝土質量作出評價，進而對有無斷樁和夾心情況作出評價，大應變測試法則是通過將1～2 t的重錘提升到一定高度自由落下，錘擊樁頭，對樁頭產生一個沖擊力，通過對樁基反射的沖擊波的分析確定樁的承載力。

4 結語

在橋梁水下墩身施工之前一定要做好詳細的施工調查工作，明確鉆孔位置處地質變化情況，制定合理的施工方案，因為水下墩身施工涉及的工序繁多，參與的機械設備較多，其工程造價相對較高，所以施工過程中要規范施工流程，采用合理的施工技術，保證一次成孔，在整個施工周期內要科學合理組織，積極借鑒先進的工法和施工經驗，通過不斷成功的水下墩身施工經驗為橋梁建設提供積極的參考和借鑒。

［1］羅瑞華.蕪湖長江大橋主塔墩大直徑雙壁鋼圍堰深水基礎施工［J］.公路，2003，(4).

［2］李軍堂.蕪湖長江大橋雙壁鋼圍堰施工［J］.鐵道建筑，2000，(5).

［3］李軍堂，戴宗誠.蕪湖長江大橋雙壁鋼圍堰大直徑鉆孔樁施工［J］.公路，2000，(10).