桥梁工程中水中墩施工技术

范 菲

中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东 日照 276800

1 工程概况

某标段总长1.117km，主线为0.398km。该段桥梁建设比例较大，桩基共计255 根，受地质条件以及既有桥梁的制约较明显，人工挖孔桩总量达77 根，存在较高安全风险，对施工技术提出较高要求。该段墩柱总量166 根，包含39根高度超20m 的墩柱，主要建设在A、I、J 匝道桥，所在施工环境较为苛刻，高墩施工发生于水中或是地势较陡峭的边坡处，急需选择合适的施工技术解决各类难题。

2 水中墩施工技术

2.1 水中栈桥的搭设

水中钢结构平台的作用是完成钻孔作业、完成钻孔桩钢筋笼的储存和安装作业、放置部分钻孔、下钢筋笼、浇筑混凝土等过程中的辅助材料、提供人员操作平台。其结构形式：支柱采用壁厚1cm、直径为63cm 的螺旋钢管，长度为24m，共l6 根，设置剪刀撑。连接（角钢75mm×75mm× 8mm）。分配横梁采用I30 工字钢、纵梁采用贝雷梁（下边加强，上边不加强），桥面采用I36 工字钢上铺4mm 钢板。平台平面尺寸为21m×21m。平台施工的机械主要有120t 驳船、50t 履带吊、DZ90 液压型振动锤（带两个夹具）等。

2.2 围堰施工

（1）步骤。①采用钢板桩下沉方式，先利用自重下沉，然后开启安装在围堰上的4 个小型振动锤振沉，同时开启大型泥浆泵在围堰内抽水，如发现下部不平，漏水严重，要用高压水枪，冲射淤泥，继续开启振动锤往下沉。一直沉入粉质黏土层50cm 下为止，粉质黏土的承载力较好，塑性指数低，防渗漏较好。②钢板桩围堰下沉以后在周围包土工布，在围堰的外围抛优质黏土的编织袋，顶宽＞1.5m，高度必须在河床以上1m 的位置，同时在围堰内部抛石块，厚度约为50cm。③启动泥浆泵抽水，检查围堰的渗漏情况，在围堰外内塞橡胶片等。围堰完成以后上口必须高出水面1 ～1.5m，同时预留多余一圈短节，以免现场情况变化等。钢板桩下沉完成后即可抽水开挖。④对于该工程设计有支撑的围堰，应先支撑再抽水，同时检查各节点是否顶紧，板桩与导框间木楔是否敲紧，防止因抽水而出现事故。

（2）主要施工程序。①插打钢板桩。②有水开挖，边开挖边下放第二道围囹，抽水至第一道围囹下50cm，安装第一道围囹。③有水开挖至第二道围囹设计标高下50cm，按照设计标高安装第二道围囹，重复以上工序1 次。④有水开挖至基坑底，浇筑1.5m 的封底砼。⑤承台施工，将第三道围囹浇筑在一级承台里，承台施工完毕后拆除第一、二道围囹。以上工况中较危险的为第四道，经过计算此工况能安全通过。

（3）计算方式。计算采用结构力学求解器，取钢板桩周长每延米建立简化力学模型，其中，钢板桩、支撑与围檩均采用梁单元模拟。钢梁材质的抗弯强度设计值计算公式如下：

式中：σ 为钢梁材质的抗弯强度设计值，N/mm2；Mmax为钢板桩弯矩最大值，kN·m；W 为钢梁的截面模量，mm3。

当基坑底为淤泥层时，如果钢板桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，就有可能发生坑壁两侧土的流动，使坑顶下陷，出现坑底隆起的现象，故有可能造成坑壁坍塌、基底破坏等严重情况。为了避免这种现象发生，施工前需对地及稳定性进行验算，经过检算封底砼可以抵抗流土压力。

2.3 水中护筒

埋设双护筒是重要施工环节，该工程中钻孔桩直径设为1.2m，根据此要求，将内护筒直径设为1.3m，外护筒直径设为1.5m。制作定型半网，在两者间设置螺栓以便稳定连接，要求各节段长度为1m，准备2 节高度为0.5m 的护筒，以便根据实际施工需求灵活配置护筒，各节段均利用法兰螺栓连接，加强对护筒底口的加固处理，使其具有足够的稳定性。

进行护筒的埋设作业时，首先操作外护筒，确保无误后再组织内护筒的埋设作业，使各护筒节段可形成稳定连接关系，两个半圆护筒的连接过程中宜使用铁丝绑捆的方式。由于现场施工环境复杂，因此可以通过埋设护筒的方式为钻孔施工创造良好条件，在避免钻孔期间发生穿孔现象的同时，也便于放置泥浆泵[1]。此外，顺利完成护筒的埋设作业后，可给浇筑施工提供便捷的条件，以保证浇筑高度与浇筑量。选择半圆护筒铁丝连接的方式时考虑到内护筒的施工要求，在结束混凝土的浇筑作业后确保其能够有效拔出。实际操作中，可将设置在半圆护筒间的铁丝割断，从而有序将各护筒快速、安全地取出。护筒埋设过程中，其高度应超过水面1m，且要控制好孔内泥浆，使其超出河面0.5m。

2.4 钻孔

根据钻孔施工要求缓慢造浆，选择性能良好的小型泥浆泵，将该装置放置于内护筒处，顺利将孔内泥浆抽出，使其转移到沉淀池内。若施工现场临近河岸，此条件下允许将泥浆池设置在岸边；而针对施工现场与河岸较远的情况，则要灵活调整沉淀池的设置方式，可将泥浆池作为沉淀池使用，再经过沉淀处理后将泥浆导入孔内以达到循环作业的效果。严格控制好泥浆性能，要求比重为1.1，内部的沙体含量应控制在总量的6%以下。

钻孔过程中易发生塌孔现象，为确保钻孔期间的安全性，应以地质条件为基本参考，合理调整钻孔速度，期间加强对各项施工要素的检查，如护筒状态、泥浆性能等，若与设计要求存在偏差则要及时调整，确保各方面都满足施工要求。

2.5 水中墩爬升

考虑到水中墩混凝土的强度要求，需有效清理水中墩爬升导轨，并于该处均匀涂抹适量润滑油。与此同时，按照设计要求顶升液压油缸，全面检查上下顶升的安装情况。顺利完成爬轨的爬升作业后，再组织人员安装水中墩的模板，并搭建具有稳定性的爬架。具体步骤如下：

（1）深度清理爬架，检验液压油缸的运行状态，若存在偏差则要及时调整，解除预选设置在墩身和爬架间的连接点。（2）检查爬架的爬伸状态，当满足高度要求后需安装安全销。（3）在上述工作顺利完成后，关闭控制柜和进油阀的电源，结束整个水中墩的施工作业。

2.6 钢筋绑扎及混凝土灌注

钢筋是水中墩施工中的重要材料，需统一在加工棚内制作，按设计要求控制钢筋的规格，钢筋绑扎的位置要准确，且要具有稳定性。

混凝土灌注施工前，必须将灌面清理干净，全面检查各预埋组件，观察其是否出现位置偏移等问题，检验施工设备的安装状态以及运行情况，确保各方面都准备到位后方可正式进入灌注环节。

拌和站根据现场施工要求生产适量满足质量要求的混凝土，运输过程中加强防护，以免温度散失过快或是发生离析现象，且要做到随拌随用。水中墩施工工作量较大，采取逐层灌注的方式较为合适，施工过程中加强安全防护，以免发生人员伤亡事故。

要想顺利完成振捣作业，就必须提高混凝土的密实度，并合理操作振捣设备，以免出现设备碰触预埋构件的情况，振捣时设备需适当向下层延伸，以便增强相邻层的连接稳定性。待混凝土满足设计强度要求后即可拆模，再及时组织养护，期间可涂抹适量养护剂，保证水中墩的质量。

3 墩帽施工与水中墩拆除工作

水中墩施工难度较大，部分情况下网架高度将超过搭建好的工作平台，此时若不具备施工条件，则需随即暂停水中墩的爬升作业。浇筑墩身时密切检查混凝土高度上升情况，当达到空心段后表明已经灌注到位，可及时暂停灌注施工。若水中墩到达实心段的底层，此时则需及时在墩壁处设预埋螺栓，再将预先搭建好的内模板拆除。

需注意的是，此时网架平台和内爬架两部分依然维持原状，即暂不拆除连接点，将爬模的一节嵌入墩帽。设置支撑体，以便维持水中墩的稳定性，桥墩上安装底模框架，选择钢架的形式，做好对其的绑扎作业后再组织浇筑作业，伴随浇筑的持续进行，当达到墩底实心段后即可结束浇筑作业。

由于水中墩模板用量较多，因此需在吊塔的辅助下完成拆模作业，并按照合理的顺利依次拆除，不可损伤墩身结构。最大限度地减少高空作业量，优先选择在地面完成，减少安全隐患，创造安全、高效的施工环境。

4 结束语

为了充分发挥出水中墩施工技术的优势，需加强对各道工序的质量检验和控制，根据现场情况编制设计及施工方案，将水中钻孔、模板安装、灌注混凝土等各相关工作落实到位，做到实时监测，根据监测的信息及时调整工艺方法，在安全的环境中顺利完成墩身施工作业，从而确保桥梁建设质量。