公路橋梁基礎設計與施工技術問題分析

林浦

（煙臺市市政養護中心，山東 煙臺 264000）

0 引言

隨著我國公路交通建設事業的不斷發展，橋梁工程設計和施工技術也得到了大幅度提升。橋梁基礎作為水下的隱蔽工程，對橋墩及橋梁上部構造的穩定和安全性能有著直接影響。如果橋梁基礎存在缺陷，將大大損壞橋梁結構的穩定性，縮短其使用壽命[1]。橋梁基礎不僅需要考慮自身結構的性能，還要考慮周圍水環境的影響，這就對設計和施工帶來一定的難度[2]。該文以某連續鋼構橋為例，就公路橋梁基礎設計與施工技術方面的問題進行剖析，采取合理的技術方案，用于指導橋梁基礎的設計和施工。

1 工程概況

該橋主橋結構為T 型梁，橋長230m，橋寬35m。橋址區域地質結構不復雜，所處區域未勘探出斷裂層，地質情況相對穩定，查閱資料得出，該項目的地震基本烈度為VI 度，建設地的地下水豐富，且以潛水、弱承壓型為主。在河床上層土體包含豐富的粉砂、卵礫石，下層則以泥質粉砂巖為主。橋梁基礎具有深基、群樁、高墩的特點。橋梁主體結構采用鋼筋混凝土材料進行施工，且涉及了大體積混凝土施工工藝。樁基選用鉆孔樁，其樁徑較大，因此對于施工技術的要求比較高。采用深水墩的方式對主橋進行作業，深水橋墩工序繁多復雜，專業要求高，對施工質量、安全性以及環保方面要求較高。

2 橋梁基礎設計方案及比選

在選取橋梁基礎的類型時，根據當地的自然環境，如氣象水文地質情況等外界自然因素，同時結合橋梁自身的結構設計、行車荷載情況、施工工藝及施工條件等內在因素[3]，綜合考慮然后進行比選，從而優選出合理的橋梁基礎設計方案。

在上述各種因素中，橋址處的水文地質情況在橋梁基礎類型選擇上起著決定性的作用。通常情況下，當持力層位于水下深度H≤10m 時，設置橋梁基礎最為可行的方法是防水圍堰抽水；當10m＜持力層位于水下深度H≤30m 時，通常采用樁基礎[4]。此外，不同于沉箱基礎和沉井基礎，樁基對于混凝土的需求量相對較小，造價也更為低廉，所以若水文地質條件較好且持力層深度小于10m，一般可優先考慮采用樁基礎。

綜上所述，該橋在選擇基礎形式時，充分考慮了上述因素的影響，結合橋址所處的地勘報告及水文地質，對于不同設計方案進行比選后，最終選定四排摩擦型群樁基礎，其成孔技術采用鉆孔工藝。

3 橋墩鉆孔樁基礎施工

該橋6#橋墩主要由32 根樁長75m、樁徑2m 的深水樁組成，均為高樁承臺，其中，6#橋墩施工難度最大，施工質量要求較高，管控難度較大，6#橋墩基礎的施工能否順利完工，將會直接影響到整個工程的施工進度及質量目標的實現。以下以6#橋墩基礎為例，對6#橋墩的樁基礎施工技術進行詳細的分析。

3.1 施工平臺搭設

在各個承臺位置上分別安設回旋鉆機，且采取橫向施工的方法，所用鋼管樁的厚度定為10mm。搭建平臺時選擇槽鋼，通過焊接的方式來形成箱梁。在其上鋪一層15×15cm 的方木構成水中施工平臺，施工平臺的高程按照65.5m 控制。

3.2 鋼護筒定位

鋼護筒是由壁厚10mm 的鋼板制作而成，護筒筒身18m，直徑為2.4m，共計10 根。導向護筒由壁厚4mm 的加肋鋼板制成，筒長6m，直徑2.5m。把鋼護筒從導向護筒孔口沉入，鉆機放置到成孔的固定平臺上，下沉就位至固定平臺，固定平臺成孔狀并具有足夠的鋼性和整體性質，達到鉆機成孔的要求。下沉護筒設置在固定平臺之上，并將其緩慢下沉至設計位置，在其上加設型鋼以此來組成整體，同時借助泥漿來將臨近的護筒組合在一起，為鉆孔提供泥漿循環，而剩余的泥渣則可借助運輸船進行轉運處理。

3.3 鉆孔灌注樁施工

3.3.1 提前對設備進行檢修并測試運轉

當鉆機定位工序結束后，即可將其與泥漿循環體系相連并開啟泵機，待泵機運轉2～3min 后，開始鉆孔工作。最開始采用小沖程進行鉆孔，施工至護筒之下3～4m 的位置時可以適當增大沖程。及時檢查護筒和成孔的狀況，對鉆渣進行分析，適時調整鉆孔和泥漿參數，由專人負責做好鉆孔記錄，視具體情況及時處理鉆孔異常。

3.3.2 成孔檢測

使用籠式鋼筋檢測器和標準測錘開展檢測工作。

3.3.3 清理鉆孔

當鉆孔結束并檢測合格后，可先采用抽漿法對孔底進行簡單清理。在導管、鋼筋籠設置完成、混凝土澆筑之前，采用高壓射風噴射法開展第二次清孔。需要注意的是，只有清孔作業滿足相關規范及設計要求時，才可開始后續施工。

3.3.4 安置鋼筋籠

依據施工規范制作并放置鋼筋籠及檢測管。鋼筋籠的放置一般采用浮吊法完成。

3.3.5 安置導管

一般使用快速接頭導管進行施工，且需要預先進行水密試驗，滿足要求后以浮吊法進行施工。

3.3.6 灌注混凝土

所用商品混凝土的性能指標應當滿足水下澆筑的基本要求，并在棧橋位置安設至少四臺HBT60 輸送泵。導管法嚴禁中途停滯作業，整套流程應緊湊、連續完成。對于首次灌注的混凝土而言，其高度應至少保證埋入液面之下1m。在首次灌注結束后，應及時安排工作人員測量導管的埋入深度，只有滿足要求方可開始后續施工。而且需要安排專人監管混凝土灌注過程中的澆筑速度及孔內水位，以此推斷孔內混凝土高度及管內外高差，指導后續澆筑作業的速度，形成可靠的工程文件。

3.4 鎖口鋼管樁圍堰施工

考慮到6#橋墩為深水高樁承臺，且承臺頂部與河床之間的距離為7.6m，水深約13m，因此選定管樁圍堰法。鑒于承臺為矩形且輪廓尺寸較大，自身結構抵御外力的穩定性能較弱。在施工過程中，由于抽水和插打深度較深，導致樁內外的水壓力比較突出，難以達到截面抵抗矩的要求，同時內撐布置密度大，為施工帶來較大的局限。此外，鋼套圍堰法對于作業環境有嚴苛的要求，往往涉及大量的材料、機械進場，同時受工程自然地理條件約束，大型浮吊設備和拖船很難進駐施工場地，無法采用鋼套圍堰方案。在對備選方案進行全面比對與論證后，最終選用鎖口鋼管圍堰的方法完成施工。施工所用的設施有限位器、止水袋等，其結構形式和平面布置如圖1、圖2 所示。

圖1 鎖口鋼管樁圍堰結構形式

圖2 鋼管樁圍堰平面圖

3.4.1 鋼管樁加工

鋼管樁對施工精度要求較高，尤其是公扣和母扣的轉角管須為90o，軸線為180o，采用不等邊角鋼和螺旋鋼管加工焊接而成，焊接方式為雙面滿焊，防止鋼管和角鋼之間滲水。在公扣和母扣兩側每間隔1m 位置即焊接一塊板厚＞1cm 的加強鋼板，增強公母扣的強度，鎖扣連接形式如圖3 所示。

圖3 鎖口連接形式

3.4.2 鋼管樁安裝

安裝鋼管樁時需要注意兩個重要環節，一是第一根鋼管的安裝。首先需要完成定位導向架的設置，并沿其進行打樁作業，以此來確保第一根鋼管能夠準確定位。隨后即可以第一根鋼管為基準，在兩側分別安設定位架，并依序開展打樁工作。在打樁過程中，一般僅需借助船上浮吊和振動錘就能完成。二是鋼管口處理。圍堰的面積一般比較大，因此樁間距的控制難度也較為困難，為了降低這一偏差，就需要特別注意鋼管的封口，并準確測定封口間的距離。在具體工程中，可以加工鋼管來調整公扣，進而達到控制鋼管間距的目的，確保鎖口能夠被可靠安裝。需要特別注意的是，為了保障鎖扣能夠發揮預期的止水作用，安裝樁時應當確保鎖口在河床下1m 以上。

3.4.3 鎖口灌漿

作為施工中最為關鍵的環節，鎖扣灌漿作業往往直接決定著圍堰的止水。灌漿時應注意兩個方面，一是應避免布袋間的絞纏，確保布袋長度可以達到漿體一次性灌注的要求。布袋的材質應采用防水油布即雨傘布，加工的口徑要大于鎖口的口徑，還要具有良好的柔度以保證不會使漿體和河水接觸后被稀釋；二是灌注作業應當使用特制漏斗完成，且上料盡量采用人工作業。砂漿的配比應當滿足設計方案要求，且灌注過程實時關注漿體性質的變化，譬如黏度、流速等，將灌注速度控制在可靠的范圍內，并對異常現象做出及時反應。

3.4.4 封底混凝土澆筑

封底混凝土的作用主要是為了密封承臺底部的通道，防止其滲水，同時還承擔著承臺的載重。該項目橋梁設計選用高樁承臺，在完成封底工作前需要在圍堰內填埋適量的砂礫石，填埋深度一般以承臺底之下7m為宜。考慮到砂礫石的平整性難以得到保障，所以可采取干封完成作業。借助適當的設備抽凈圍堰底的水，并將水排入圍堰兩側的集水坑中。圍堰底存在滲水現象，所以在封底時往往無法一次性達到預期效果，而需要在圍堰底附加一定的緩沖水壓力。待到圍堰底的混凝土形成足夠強度時，再完成后續封堵作業。

3.4.5 承臺混凝土澆筑

6#橋墩高樁承臺的體積為19.9m×19.9m×5m，混凝土用量為1980.05m3，需求混凝土體積較大，因此澆筑作業應重點關注以下幾點：

（1）水泥的選擇：水泥采用42.5 礦渣硅酸鹽水泥，其水化熱比較低。

（2）添加磨細粉的煤灰。研究表明[5]，對于單位體積的混凝土而言，若其水泥用量增加、減少10kg，則水化熱將隨之提升、降低約1～1.2℃。該項目在滿足配合比基本要求的基礎上，在每立方混凝土中摻入了5kg 粉煤灰。

（3）選擇優質外加劑。使用E.A-2 型緩凝減水劑，可以起到減水緩凝的作用，坍落度損失量也減小，同時對于控制拌和水、水泥摻量也有著積極作用，有助于將水化熱限制在合理的范圍內。

4 結語

綜上所述，我國在公路橋梁基礎設計和施工技術方面已經積累了豐富的實踐經驗和成果。本文以某連續鋼構橋6#橋墩四排摩擦型群樁基礎為例，全面總結了設計和施工方面的成果，并指出在河床較深、水流湍急的河中，通過采用鎖口鋼管樁圍堰進行樁基礎施工，根據樁基礎的質量檢測可以看出，該法符合施工條件的要求，且具有較好的施工效果，具有一定的應用及推廣價值。