對(duì)橋下低凈空水庫(kù)樁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

唐軍義

Study on Construction Technology of Reservoir Pile Foundation with Low Clearance under the Bridge

摘要： 近幾年來(lái)，伴隨著國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的不斷加快，車(chē)輛保有量不斷增大，對(duì)高速公路及橋梁通行里程要求越來(lái)越高。近10年內(nèi)，對(duì)我國(guó)的橋梁工程的日益增多，獲得了快速的發(fā)展。同樣，橋梁一旦建成之后，作為隱蔽工程的樁基礎(chǔ)伴隨高速的發(fā)展，車(chē)流的增大，環(huán)境的變化等等，相應(yīng)的基礎(chǔ)病害漸漸出現(xiàn)，且不易被人們發(fā)現(xiàn)。因此，做好橋梁工程樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量控制以及后期的維護(hù)工作有著重要的意義。本文先對(duì)特殊樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)以及施工過(guò)程進(jìn)行探討，并結(jié)合某高速公路上某大橋基礎(chǔ)加固工程案例對(duì)特殊環(huán)境條件下樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)工作進(jìn)行研究。

Abstract： In recent years， with the continuous acceleration of the process of urbanization in China， the number of vehicle ownership has been increasing， and the requirements for freeways and bridges have become higher and higher. In the past 10 years， the number of bridge projects in China has increased rapidly and rapid development has been achieved. Similarly， once the bridge is completed， as a pile foundation for hidden projects， with the development of high speed， the increase of traffic flow and the change of the environment， etc.， the corresponding basic diseases gradually appear and are not easily discovered by people. Therefore， it is of great significance to do a good job in the construction quality control of bridge foundation piles and the maintenance work in the later period. This article firstly discusses the characteristics of special pile foundations and the construction process， and studies the construction technology of pile foundation under special environmental conditions with the case.

關(guān)鍵詞： 橋下低凈空；水庫(kù)樁基礎(chǔ)；施工技術(shù)

Key words： low clearance under bridge；pile foundation of reservoir；construction technology

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.55+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）15-0144-03

0 引言

樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量直接影響到橋梁工程的安全性與耐久性，因而在進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，要控制好樁基礎(chǔ)施工技術(shù)，同時(shí)施工前做好施工準(zhǔn)備工作，施工過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督檢查工作。橋梁建成之后，要重視樁基礎(chǔ)的檢測(cè)與維護(hù)工作，確保樁基礎(chǔ)不出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，提升橋梁工程運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全效果。

1 工程概況

該工程為某高速公路上某大橋，南行起止樁號(hào)為K66+232.86～K66+484.42，橋梁全長(zhǎng)251.56m；北行起止樁號(hào)為K66+172.86～K66+454.42，橋梁全長(zhǎng)281.56m，橋面全寬32m。橋梁上部結(jié)構(gòu)南行為30.3m+6×30.0m+30.3m 預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)T 梁，北行為30.3m+7×30.0m+30.3m 預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)T 梁，單幅均由7 片T 梁組成。下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)有框架式橋臺(tái)和重力式橋臺(tái)、雙柱式橋墩結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)和趾板式基礎(chǔ)。橋墩編號(hào)：北行0#臺(tái)至9#臺(tái)，南行2#臺(tái)至10#臺(tái)，共19個(gè)墩臺(tái)。該大橋跨越某水庫(kù)，該水庫(kù)屬于地方飲用水保護(hù)區(qū)，保護(hù)等級(jí)一級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋下凈空，即梁底距離水面3～5m，水庫(kù)中水位高差變化不大，基本為靜態(tài)。河床距離水面深度0.8～5.7m不等，最深位于5#墩和6#墩。

在當(dāng)前車(chē)流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出建設(shè)期設(shè)計(jì)要求條件下，針對(duì)該橋基礎(chǔ)及上構(gòu)進(jìn)行了全方面檢測(cè)和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)存在以下主要病害有：原橋樁基礎(chǔ)承載力欠缺，不滿(mǎn)足當(dāng)前車(chē)流作用下恒活載，須進(jìn)行基礎(chǔ)加固；另通過(guò)水下排查發(fā)現(xiàn)原樁身及樁柱連接位置質(zhì)量較差，受常年水腐蝕，部分樁頭已破損；最后為墩柱及上部主梁、橫隔板、濕接縫局部剝落露筋、麻面露骨，產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。為此，須對(duì)其進(jìn)行維修加固，加固重點(diǎn)：沿原樁邊新增樁基礎(chǔ)，通過(guò)新增承臺(tái)結(jié)構(gòu)連接原立柱，通過(guò)100%基礎(chǔ)替換原橋基礎(chǔ)承載力，本橋共計(jì)加固橋墩15座，新增直徑1.5m樁基礎(chǔ)30根，外包立柱15座，其余進(jìn)行裂縫修補(bǔ)和砼破損修補(bǔ)。

2 已建成橋梁工程樁基礎(chǔ)的病害分析

在進(jìn)行橋梁工程樁基礎(chǔ)的施工工作時(shí)，如果施工現(xiàn)場(chǎng)橋梁地基處淺層的土質(zhì)較差，并且施工中很難進(jìn)行地基的處理時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)物將會(huì)對(duì)地基的變形、穩(wěn)定性等方面產(chǎn)生不利的影響，進(jìn)而導(dǎo)致橋梁工程存在安全性隱患。對(duì)于低凈空跨越庫(kù)區(qū)的橋梁來(lái)說(shuō)，樁基礎(chǔ)是一種最常用到的基礎(chǔ)加固形式，并且利用樁端阻力以及樁側(cè)的摩擦阻力，可以將橋梁工程產(chǎn)生的豎向載荷集中的傳遞到深層的巖層上。對(duì)于本工程來(lái)說(shuō)，樁基孔內(nèi)水位低于圍堰外水庫(kù)水面標(biāo)高（約2m左右），水庫(kù)水通過(guò)水壓極易滲透至樁孔內(nèi)和泥漿池內(nèi)，造成樁基成孔困難，易出現(xiàn)樁基塌孔現(xiàn)象。另外，橋底凈空較低僅4m左右，不滿(mǎn)足施工鉆機(jī)高度6m要求，須進(jìn)行基坑開(kāi)挖換填。此外，樁基施工均位于橋下，原有橋梁的交通量較大，新增樁距離舊樁較近，樁基鉆進(jìn)過(guò)程對(duì)舊橋基礎(chǔ)有一定干擾，存在較大安全隱患，須全程對(duì)舊橋連續(xù)監(jiān)測(cè)，包括水平位移和沉降觀(guān)測(cè)等，確保原有舊橋結(jié)構(gòu)安全。同時(shí)樁基施工工作面小，比較集中，工作任務(wù)重，受天氣及水位變化影響較大，工期較緊，進(jìn)行周密的施工組織安排。

3 橋梁工程樁基礎(chǔ)施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行橋梁工程的施工工作前，要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的水位、地質(zhì)資料進(jìn)行收集，同時(shí)還要對(duì)相關(guān)的資料進(jìn)行研究與了解。另外，施工單位要組織人員進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工圖紙的審核工作，并且要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)附近的地下管線(xiàn)資料進(jìn)行收集。之后，要進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工方案報(bào)告的設(shè)計(jì)、整理與制定，確保施工工作的順利進(jìn)行。

3.2 泥漿的制備

泥漿的制備將會(huì)對(duì)樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量造成重要的影響，因而要確保泥漿的防滲、防水效果，同時(shí)還要確保泥漿的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)不受外界環(huán)境的影響。制備過(guò)程中，通過(guò)試驗(yàn)確定泥漿的配合比，同時(shí)還要確保泥漿符合強(qiáng)度以及和易性等方面的要求。

3.3 鉆孔施工技術(shù)

在進(jìn)行樁基礎(chǔ)的鉆孔施工工作時(shí)，首先要開(kāi)啟泥漿泵與轉(zhuǎn)盤(pán)，空轉(zhuǎn)一定時(shí)間之后再進(jìn)行鉆進(jìn)工作，這樣一來(lái)可以保證泥漿的輸入數(shù)量達(dá)到相關(guān)規(guī)定的要求。鉆進(jìn)過(guò)程中，要保證接卸鉆桿工作的安全性與穩(wěn)定性， 同時(shí)還要避免停鉆時(shí)間太長(zhǎng)的問(wèn)題。另外，在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，要對(duì)鉆桿進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢查，避免彎曲問(wèn)題的出現(xiàn)。鉆孔工作結(jié)束之后，要對(duì)孔徑以及孔深、鉆孔的垂直度進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。

3.4 鋼筋籠的加工和安裝

在進(jìn)行鋼筋籠的加工制作過(guò)程中，要保證鋼筋的鋼號(hào)、直徑以及種類(lèi)等方面均符合設(shè)計(jì)要求。鋼筋籠可以在工廠(chǎng)進(jìn)行集中的加工，制作結(jié)束后再使用運(yùn)輸機(jī)械將其運(yùn)送到相應(yīng)的樁位。在進(jìn)行鋼筋的焊接工作時(shí)，要合理選擇焊接的方法，控制好焊接工作的質(zhì)量。

3.5 混凝土的灌注

在進(jìn)行混凝土的灌注工作之前，要對(duì)混凝土的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，同時(shí)還要對(duì)鉆孔工作的質(zhì)量以及鋼筋的綁扎質(zhì)量進(jìn)行檢查，確保各項(xiàng)工作無(wú)誤之后在進(jìn)行混凝土的澆筑工作。灌注過(guò)程中，要保證導(dǎo)管的分節(jié)長(zhǎng)度小于提升設(shè)備的高度，這樣一來(lái)便于設(shè)備的拆裝、搬運(yùn)。施工時(shí)將導(dǎo)管放入樁孔的中間位置，同時(shí)要保證導(dǎo)管絲扣的嚴(yán)密性。一般來(lái)說(shuō)，灌注混凝土?xí)r導(dǎo)管的底部和孔底之間要控制在3～5m。

4 施工中的難點(diǎn)以及相應(yīng)的處理措施

4.1 施工難點(diǎn)

4.1.1 臨建工程（便道、棧橋、鋼板樁、臨時(shí)支架搭設(shè)及駐地建設(shè)方面）

①施工便道需從高速路兩旁開(kāi)口進(jìn)入，交通量大，維護(hù)壓力較大。

②施工區(qū)域?yàn)橐患?jí)保護(hù)水源，環(huán)境保護(hù)要求非常嚴(yán)格。

③施工區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，給便橋搭設(shè)及鋼板樁插打帶來(lái)較大難度。

④施工條件及場(chǎng)地空間有限，臨時(shí)出入很不方便，缺少干凈的飲用水資源。

⑤場(chǎng)地淤泥嚴(yán)重，進(jìn)入場(chǎng)地內(nèi)施工難度大。

4.1.2 低凈空橋下水庫(kù)圍堰

①橋底下凈空嚴(yán)重不足，圍堰施工難度極大。

②分階段施工，圍堰內(nèi)擋水施工困難。

4.1.3 樁基工程施工

①樁基施工護(hù)筒內(nèi)水位較水庫(kù)水位底，存在較大水位差（達(dá)2～3m），易出現(xiàn)反涌現(xiàn)象。

②淤泥層比較厚，出現(xiàn)塌孔縮孔等現(xiàn)象。

③地質(zhì)復(fù)雜，存在夾層、孤石、砂層、淤泥層等問(wèn)題，樁基施工難度大。

④凈空高度不足，需要進(jìn)行開(kāi)挖，場(chǎng)地淤泥多，給鉆機(jī)就位帶來(lái)很大難度。

4.2 施工過(guò)程中的工藝技術(shù)點(diǎn)

本工程加固橋墩長(zhǎng)期處于泡水基礎(chǔ)水庫(kù)中，受地質(zhì)情況復(fù)雜，舊結(jié)構(gòu)病害嚴(yán)重，樁基水位高差懸殊等因素，項(xiàng)目施工開(kāi)展過(guò)程遇到較多施工問(wèn)題，針對(duì)各項(xiàng)施工難點(diǎn)，本部通過(guò)對(duì)工藝的改進(jìn)和優(yōu)化，擬總結(jié)以下新工藝技術(shù)點(diǎn)：

4.2.1 主要臨建施工工藝改進(jìn)

本項(xiàng)目主要臨建工程施工包括便橋施工、鋼板樁圍堰堵水施工及軟基基礎(chǔ)的支撐方案。便橋搭設(shè)初期，施工設(shè)計(jì)采用45kW的振動(dòng)錘進(jìn)行鋼管樁插打，考慮本橋橫跨水庫(kù)，兩側(cè)南北行基于山腳相切，橋墩常年浸泡水中，結(jié)合原地質(zhì)超前鉆情況分析，該處地質(zhì)復(fù)雜，存在夾層、傾斜破碎帶巖面，致使插打鋼護(hù)筒過(guò)程中入土深度不滿(mǎn)足方案設(shè)計(jì)要求，后通過(guò)比對(duì)材料、設(shè)備、工藝等，選用90kW的振動(dòng)錘，徹底有效解決了便橋鋼管樁基礎(chǔ)的入土深度不足的問(wèn)題。本項(xiàng)目由水庫(kù)水中作業(yè)轉(zhuǎn)為陸上作業(yè)（橋下凈空不足4m，無(wú)法施工），項(xiàng)目部擬采用12～18m的拉森Ⅳ型鋼板樁進(jìn)行堵水圍堰，利用兩側(cè)貫通的施工便橋作為側(cè)向支擋，通過(guò)模擬水庫(kù)中土壓力、水壓力以及側(cè)向抗拔力結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，設(shè)計(jì)了本次堵水圍堰方案，圍堰內(nèi)外水位差控制在2m范圍內(nèi)，圖1為施工現(xiàn)場(chǎng)的鋼板樁圍堰以及分階段自行設(shè)計(jì)橋下低凈空堵水圍堰套箱。

4.2.2 樁基施工工藝方面

本次樁基施工工藝做工藝改進(jìn)，主要從以下方面：

第一，改進(jìn)施工鉆機(jī)及配套鉆頭。根據(jù)橋下凈空最低要求、設(shè)計(jì)嵌巖要求以及超前鉆地質(zhì)情況摸查，特引進(jìn)國(guó)內(nèi)先進(jìn)最大型刮刀鉆500型鉆機(jī)1臺(tái)，400型鉆機(jī)2臺(tái)，選用鋼板厚度達(dá)7cm刮刀鉆頭，鉆尖位置合金片通過(guò)比選市場(chǎng)上多種合金片進(jìn)行多次嘗試試驗(yàn)，最終挑選并改裝出滿(mǎn)足本項(xiàng)目要求的鉆頭及鉆機(jī)，圖2為施工中自行改造樁基鉆頭以及量身定做滿(mǎn)足要求的施工鉆機(jī)。

第二，改良提供鉆機(jī)工作環(huán)境。考慮新增樁入微風(fēng)化花崗巖，嵌巖深度較大，對(duì)鉆機(jī)自重要求較高，現(xiàn)場(chǎng)采用換填后再場(chǎng)地硬化這個(gè)比較經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行處理，首先對(duì)淤泥進(jìn)行換填1m的深度，經(jīng)過(guò)壓路機(jī)碾壓后，在上面進(jìn)行安裝鋼筋，澆筑25cm厚混凝土，確保沒(méi)問(wèn)題后鉆機(jī)就位開(kāi)始施工。

第三，雙護(hù)筒跟進(jìn)配套自制泥漿改進(jìn)工藝。經(jīng)項(xiàng)目研究，樁基施工分兩階段進(jìn)行，第一階段在護(hù)筒下放過(guò)程，采用大小雙護(hù)筒跟進(jìn)方法進(jìn)行施工，首先下放大鋼護(hù)筒一直跟進(jìn)到強(qiáng)風(fēng)化巖層面，該階段主要用于造漿，通過(guò)對(duì)地質(zhì)土樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)查，自制適合要求的泥漿調(diào)制配方，然后在第二階段下放正常鉆進(jìn)用的小護(hù)筒，大小鋼護(hù)筒間隙采用細(xì)砂灌注水的辦法使其密實(shí)，徹底解決孔內(nèi)滲水問(wèn)題，確保鉆進(jìn)泥漿濃度，有效杜絕塌孔、縮孔以及反涌等現(xiàn)象出現(xiàn)，確保了安全并加快了施工進(jìn)度。

5 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，伴隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)水平的不斷提升，我國(guó)對(duì)于公路交通事業(yè)的發(fā)展越來(lái)越重視，橋梁工程作為重要的路橋設(shè)施，其施工質(zhì)量直接影響到我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展。因而，在進(jìn)行橋梁工程的建設(shè)過(guò)程中，要重視樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，確保橋梁工程運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全性與耐久性。

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