厚沉積地質(zhì)條件下橋梁下部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

鐘瑞文

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100067）

橋梁工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計是為了滿足實際使用要求，在保證安全、適用和可靠功能前提下，對其進行合理優(yōu)化。隨著我國交通行業(yè)快速發(fā)展及交通運輸方式不斷提高和公路建設(shè)規(guī)模擴大而逐漸完善，交通結(jié)構(gòu)的不斷改善，橋梁工程建設(shè)規(guī)模和數(shù)量逐漸擴大，在實際施工過程中對其進行有效管控是提高整個鐵路使用功能及經(jīng)濟效益、緩解當(dāng)前社會環(huán)境壓力的重要手段。為適應(yīng)新時期交通需求日益增長的情況需要對鐵路施工提出更高標(biāo)準(zhǔn)、更深層次技術(shù)手段，以此來保障行車安全與暢通等方面問題，近年來橋梁工程建設(shè)項目越來越復(fù)雜煩瑣，在強震環(huán)境中發(fā)生結(jié)構(gòu)變形是不可避免的，為更好地實現(xiàn)橋梁工程建設(shè)目標(biāo)，需要對強震環(huán)境下的橋梁下部結(jié)構(gòu)進行有效管控。

1 橋梁下部結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)狀

1.1 樁基施工技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)前我國的橋梁工程建設(shè)中，對于樁基施工技術(shù)要求較高，在實際應(yīng)用過程中會出現(xiàn)很多問題。尤其是隨著近些年來我國經(jīng)濟水平不斷提升及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有了較大發(fā)展和完善，為橋梁工程建設(shè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境，在樁基施工技術(shù)方面，由于其具有較強的適應(yīng)性，使得我國當(dāng)前對于該領(lǐng)域研究較多。而作為基礎(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)中最重要組成部分的下部構(gòu)筑物也逐漸受到重視，在強震環(huán)境下，其下部橋梁工程施工技術(shù)也逐漸得到了較好應(yīng)用，尤其是在樁基礎(chǔ)類型、地基處理及變形控制等方面有較大突破。近年來由于橋梁工程建設(shè)中采用大量的沖擊成孔法、沉井平臺挖土法及鋼筋籠吊裝技術(shù)，使得在實際應(yīng)用過程當(dāng)中出現(xiàn)很多問題，對橋梁工程的質(zhì)量造成了較大影響。

1.2 沉井施工技術(shù)

在進行深基坑施工之前，首先要對地質(zhì)條件下的沉井情況和實際現(xiàn)場狀況有一個全面而詳細(xì)地了解，根據(jù)橋梁下部結(jié)構(gòu)類型、地基土質(zhì)等特征及地下水位變化規(guī)律確定具體工程開挖深度及范圍，在具體工程施工過程中，對下部結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計和優(yōu)化，確保橋梁下部基礎(chǔ)穩(wěn)定安全。其次就是選擇合理有效的泥漿護壁方式，在保證護壁效果的前提下，對下部結(jié)構(gòu)進行有效的控制，減少沉井效應(yīng)帶來的不利影響。最后再通過人工配合機械設(shè)備來完成鉆機成孔工作，在保證成孔質(zhì)量的前提下，對橋梁下部結(jié)構(gòu)進行合理的優(yōu)化，提高鉆進速度、效率和精度[1]。

1.3 橋梁承臺施工

橋梁下部結(jié)構(gòu)主要為梁、翼墻及基礎(chǔ)，在實際的施工過程中，為了保證墩柱與主橋之間具有良好穩(wěn)定和承載力的狀態(tài)。因此需要對下部結(jié)構(gòu)進行加固處理，對于普通鋼筋混凝土箱涵承臺來說一般采用預(yù)應(yīng)力加勁肋灌漿組合形式來提高其受力性能，達到提高承載力的目的。在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工中，對上部混凝土進行加固處理，有利于改善墩柱與主橋受壓情況。而對于梁底板、橋墩等特殊部位來說可以使用全塑性鉸接連接或單臂懸伸技術(shù)來實現(xiàn)橋梁下部穩(wěn)定性，從而達到降低墩柱截面高度及提升基礎(chǔ)承載能力的目的，實現(xiàn)橋梁下部結(jié)構(gòu)整體性、安全性及經(jīng)濟效益的最大化。

2 橋梁下部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

2.1 鉆孔灌注樁施工技術(shù)

鉆孔灌注樁是在施工之前，將需要加固的巖體，通過一定方式，對巖層施加保護作用而形成具有承載能力和強度較高的臨時性護坡，從而達到穩(wěn)定地層的目的。該技術(shù)主要用于橋梁下部結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)工程建設(shè)階段應(yīng)用，其基本原理為首先由設(shè)計人員依據(jù)地質(zhì)報告確定出基礎(chǔ)位置后，對上部基礎(chǔ)進行鉆進成孔，在孔深4 m左右的情況下，利用泥漿護壁將下部地基土固結(jié)起來，然后采用長導(dǎo)管、鋼筋網(wǎng)等方式實現(xiàn)橋梁下部結(jié)構(gòu)施工。再利用鋼筋籠等材料進行鉆孔灌注樁施工操作，在施工過程中，根據(jù)橋梁下部結(jié)構(gòu)工程的具體情況，采用多種方法提高鉆孔灌注樁成護質(zhì)量。其次在整個過程中將采用機械或人工手段將泥漿固化，然后通過混凝土澆筑完成，最后將其與鋼筋籠焊接至鉆孔內(nèi)，從而形成一個整體的橋梁下部結(jié)構(gòu)[2]。

（1）施工準(zhǔn)備。為保證施工能夠安全順利進行，在實施橋梁工程建設(shè)中，需要對結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算方法及技術(shù)措施等方面進行充分考慮。在實際工作過程當(dāng)中要根據(jù)具體情況選擇合理、科學(xué)且經(jīng)濟實用性較高的設(shè)計方案，對于下部橋梁工程來說其主要任務(wù)就是將基礎(chǔ)埋置深度控制到30 m左右，再利用人工配合機械完成下部基礎(chǔ)施工工作，而由于受地形條件限制，為保證下部橋梁能夠順利開展和穩(wěn)定運行需要對樁基技術(shù)進行全面考慮，在樁基設(shè)計過程中，需要根據(jù)上部橋梁工程的實際情況選擇適宜的鉆孔灌注工藝，通過對施工技術(shù)和現(xiàn)場條件進行綜合考慮后確定最佳方案。

（2）鉆孔樁施工。鉆孔樁是在巖溶地區(qū)或巖層地質(zhì)條件較為復(fù)雜的情況下進行施工，主要應(yīng)用于深井、淺層和低滲透性巖石區(qū)。該方法具有較高的經(jīng)濟效益，在鉆孔灌注樁施工中應(yīng)用廣泛。但其技術(shù)要求過高，成本也相對較大，且工期較長等缺點限制了此方式應(yīng)用范圍的擴大，另外還存在著鉆頭直徑過小導(dǎo)致孔壁坍塌及泥漿護壁出現(xiàn)問題等一系列缺陷，導(dǎo)致橋梁下部結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量得不到保障。

（3）鉆機就位。在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工過程中，鉆孔是最主要的工作任務(wù)，其技術(shù)要求較高。為保證鉆進質(zhì)量和效率及提高成橋后壁混凝土強度、降低工程造價等目標(biāo)的實現(xiàn)，橋梁下部結(jié)構(gòu)施工中采用鉆孔灌注樁是最理想的方法。因此需要對該作業(yè)進行規(guī)范化操作管理以確保安全可靠地完成施工作業(yè)，同時還需考慮到現(xiàn)場實際情況條件下的地質(zhì)條件及復(fù)雜地層環(huán)境等影響因素來制訂合理有效可行的方案，如此才能在實施施工過程中，真正發(fā)揮橋出梁下部結(jié)構(gòu)的作用與價值[3]。

（4）鉆孔。在鉆孔施工過程中，由于受到地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造的影響，需要對整個工程進行全方位綜合考慮。首先要充分了解和掌握當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件及地形地貌等基本情況，通過對當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件的分析，明確工程施工過程中需要采取何種技術(shù)措施及如何實現(xiàn)有效控制，才能保證鉆孔灌注樁整體結(jié)構(gòu)可以滿足設(shè)計要求。其次是全面分析與總結(jié)現(xiàn)場實際勘察資料，并根據(jù)實地具體情況來確定橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，選擇合適的施工技術(shù)和設(shè)備，在保證工程質(zhì)量前提下，提高橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計與實際情況的相符度。最后再利用理論計算技術(shù)結(jié)合實測數(shù)據(jù)得出橋梁下部基礎(chǔ)及主體構(gòu)筑物的沉降量值，從而確定橋梁下部結(jié)構(gòu)施工的實際情況，保證基礎(chǔ)設(shè)計與實際情況相符。

（5）鋼筋骨架的制作和安裝。在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工過程中，為了保證梁段的穩(wěn)定，需要采用鋼筋骨架制作和安裝。首先是對框架進行加工、焊接，然后將鋼筋綁扎后用C20混凝土澆注成型，待其完成以后再裝車，橋梁下部結(jié)構(gòu)施工過程中使用的鋼骨架也比較多，而且在強震作用下，梁段會產(chǎn)生較大變形，為了避免這種情況發(fā)生，需要對鋼筋進行特殊處理。最后在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工完成以后，需要對上部橋墩進行澆筑，以保證梁段的穩(wěn)定。

（6）灌注水下混凝土。在灌注水下混凝土之前，首先要對孔底進行清理。為了保證樁體與地面接觸良好且不被腐蝕掉，在施工前應(yīng)該先對孔底泥漿進行沖洗，然后再將其放置于水中，以保證樁體與地面接觸良好。其次是根據(jù)設(shè)計要求確定導(dǎo)管埋置深度，在鉆孔過程中應(yīng)該將導(dǎo)管埋入到灌注水下混凝土的頂部附近，然后再利用鋼管進行固定。最后通過現(xiàn)場施工技術(shù)人員分析得出，當(dāng)混凝土達到一定強度時可以采用鋼筋籠加筋法來澆筑灌注水下混凝土，但是如果在后期養(yǎng)護過程中發(fā)現(xiàn)孔壁有破損情況則應(yīng)立即停止使用，在混凝土初凝前應(yīng)將導(dǎo)管埋入水中，待其凝結(jié)后再繼續(xù)進行澆筑。

2.2 承臺施工技術(shù)

承臺作為整個橋梁工程的主要結(jié)構(gòu)部分，其施工質(zhì)量對整個下部結(jié)構(gòu)有直接影響，對橋梁工程的安全施工有重要影響。隨著我國交通行業(yè)不斷發(fā)展，鐵路的承臺結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜程度較高且承載力有限這一問題較為突出。在實際工作中，由于受地質(zhì)條件、地形地貌等因素的限制無法達到設(shè)計要求時，就需要進行墩柱和墻體加固處理，在加固過程中需要考慮橋梁下部結(jié)構(gòu)對下部承臺的影響，因此進行了施工方法及工程材料選取等方面的探討。另外為了保證梁板與主筋間不發(fā)生沉降變形必須加強鋼筋保護層厚度及砼強度等級。承臺底面混凝土采用普通硅酸鹽水泥漿抹平后再澆灌膨脹肋，以避免出現(xiàn)裂縫。

2.3 墩身施工技術(shù)

橋梁下部結(jié)構(gòu)的特點是墩身高度較高，在施工過程中需要對其進行加固處理。對于梁體而言，通常采用鋼筋混凝土或者是灌注樁等方式來提高墩柱的穩(wěn)定性，而為了降低沉降量和位移變形情況時出現(xiàn)不均勻下沉現(xiàn)象，則會采取一些措施將下部鋼筋埋入到土層內(nèi)，同時也可以通過加筋法或設(shè)置肋板、預(yù)應(yīng)力錨桿及設(shè)置墊塊等方法對下部結(jié)構(gòu)進行加固處理。在橋梁施工過程中，對于下部結(jié)構(gòu)的加固處理主要是通過對下部橋梁進行灌注及預(yù)應(yīng)力錨桿等方法來增強其穩(wěn)定性，在上部橋梁施工過程中采用了大量的鋼筋混凝土或設(shè)置肋板、增設(shè)加筋材料和增加基礎(chǔ)底面頂托支架及設(shè)置護筒等措施。在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工過程中，需要考慮到地基的問題，為了防止出現(xiàn)沉降量過大，影響下部橋梁工程質(zhì)量情況的現(xiàn)象發(fā)生，就必須要采取相應(yīng)措施來對其進行加固處理。

3 橋梁下部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用

在強震對橋梁下部結(jié)構(gòu)有影響的情況下，由于深部巖層受力特點較為復(fù)雜，橋梁下部結(jié)構(gòu)施工難度較大。為提高本工程整體水平和承載能力，提高下部結(jié)構(gòu)的整體承載能力，必須對強震地質(zhì)條件下橋梁工程下部基礎(chǔ)及頂板組合施工技術(shù)進行研究。通過對強震地質(zhì)條件下的上部橋梁工程下部基礎(chǔ)及頂板組合施工技術(shù)進行分析，總結(jié)出適合厚沉積層地區(qū)深基鉆孔灌注樁設(shè)計和計算方法，并提出了該理論在實際應(yīng)用中可能存在的問題。該方法主要是采用機械設(shè)備將軟土層破碎后直接作為基礎(chǔ)試件運送到下部結(jié)構(gòu)中，以此來實現(xiàn)對橋梁下部主體混凝土強度增強的作用，減少了基礎(chǔ)工程下部結(jié)構(gòu)的施工過程中孔壁坍塌、地基沉降等問題出現(xiàn)的幾率。

橋梁下部結(jié)構(gòu)施工跟蹤是指結(jié)合工程的實際情況，利用先進的測量儀器和高精度位移儀，對下部結(jié)構(gòu)進行實時監(jiān)測，并進行橋身整體的變形分析和對下部結(jié)構(gòu)施工過程中施加水平作用力荷載的分析，從而確定橋梁下部結(jié)構(gòu)受力情況，為工程建設(shè)提供可靠依據(jù)。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集各階段樁位坐標(biāo)與控制點位置間距離變化量、變形值等相關(guān)參數(shù)信息，并將其輸入到計算機中建立相應(yīng)地基沉降模型后分析得到，橋梁下部結(jié)構(gòu)的受力情況，在該基礎(chǔ)上對工程下部進行變形分析，確定各階段樁位及鋼筋籠支護類型，并通過計算得到應(yīng)力應(yīng)變曲線、內(nèi)力變化量和位移圖等數(shù)據(jù)。同時在墩頂兩側(cè)施加一定壓力使上部橋梁頂部產(chǎn)生新應(yīng)力時，及時調(diào)整控制變量以減小施工誤差，當(dāng)橋墩兩側(cè)的位移達到設(shè)計要求，通過對上部橋梁下部結(jié)構(gòu)的荷載進行分析，得到了橋梁下部施工時最大沉降量和最不利情況[4]。

4 厚沉積地質(zhì)條件下橋梁下部結(jié)構(gòu)施工建議

在厚沉積地質(zhì)條件下，隨著深部微地貌的不斷發(fā)育，橋梁下部結(jié)構(gòu)施工過程中所存在的問題也隨之暴露出來。由于受到不同地形地勢、河流等因素影響，橋梁下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的破壞,導(dǎo)致橋梁下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降，影響其承載力及變形控制。對于強弱層厚度較小且具有一定深度范圍的復(fù)雜構(gòu)造體部位進行加固處理時，可以采用樁基礎(chǔ)形式，在深部淺灘地區(qū)，為提高下部結(jié)構(gòu)施工穩(wěn)定性應(yīng)采取固結(jié)灌漿的方式來對橋梁下部加以支護，以達到提高下部結(jié)構(gòu)承載力的目的。

橋梁下部結(jié)構(gòu)施工的主要目的是為了保障下部混凝土澆筑后的穩(wěn)定，避免因地基不均勻沉降而導(dǎo)致墩頂開裂，影響后續(xù)工程建設(shè)。為保證下部結(jié)構(gòu)施工順利進行及減少不必要費用支出，提高下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對橋梁下部基礎(chǔ)工程施工方案進行優(yōu)化，以降低地基沉降和位移。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求在本設(shè)計中對強弱堿性砂漿層、水泥基和碎石樁等材料分別采取不同程度的處理，使其在強堿性條件下具有良好的防腐性能和耐久性，同時對橋梁下部結(jié)構(gòu)施工方案進行優(yōu)化。大跨度橋梁下部結(jié)構(gòu)施工時應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土拌合水的用量及溫度變化情況，使橋梁下部結(jié)構(gòu)在施工過程中具有較好的防腐性能。同時，在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工過程中，對鋼筋混凝土的防護措施也應(yīng)引起足夠重視，以保證其具有較好防腐性能。

需要通過現(xiàn)場勘察和相關(guān)技術(shù)手段等方法來確定其是否符合設(shè)計要求，并對下部結(jié)構(gòu)中的地基進行一定程度上的優(yōu)化處理，以保證橋梁下部工程質(zhì)量。同時還可以利用鉆孔、鋼管護筒或混凝土預(yù)制塊所提供的數(shù)據(jù)資料及實際測量成果來判斷樁位與土體情況，并對橋梁下部基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和承載力進行一定程度上的評估，以保證下部結(jié)構(gòu)質(zhì)量及安全穩(wěn)定地完成整個施工過程中各個階段工作量時不發(fā)生沉降現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

橋梁工程建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其涉及到大量學(xué)科，包括地質(zhì)、水文等多個方面，其施工過程中的各個環(huán)節(jié)都有可能存在安全隱患，因此在橋梁工程建設(shè)階段就必須要重視對下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化。在施工過程中要嚴(yán)格控制和管理各項工作，尤其需要重視對下部結(jié)構(gòu)物進行加固處理時可能出現(xiàn)的問題，研究分析預(yù)防措施并采取有效對策解決這些潛在隱患，同時也應(yīng)該加強橋梁下部基礎(chǔ)設(shè)計與優(yōu)化措施研究力度，以保證整個橋梁工程具有良好穩(wěn)定性能及可靠安全系數(shù)，最后還應(yīng)考慮到工程建設(shè)中存在的各種影響因素，從而制訂出合理有效的橋梁下部結(jié)構(gòu)施工方案。未來幾年，我國的橋梁工程建設(shè)將會越來越受到人們關(guān)注，如何有效地對下部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計與優(yōu)化將是一個值得深入研究探討的話題。