桥梁主塔墩施工技术研究

刘淼青

（河北辛通路桥建设有限责任公司，河北 辛集 052360）

0 引言

桥梁工程中，部分基础需要在水下建设，受到水流的影响，给基础施工增添了一定的难度。为此，可先在水下施工钢围堰，在围堰内完成桥梁基础施工，由此使桩基础施工质量得到保障。本文通过实例工程的桥梁主塔墩基础施工关键技术展开分析探讨。

1 工程概况

某桥梁工程为三塔钢箱钢桁结合梁斜拉桥，该桥全长1.290km。主塔墩采用的钻孔桩基础，每个塔墩的钻孔灌注桩数量为22根，桩径为3m，呈梅花形布设，邻桩的中心间距为7.5m，按摩擦桩设计，主墩承台为圆形。

2 桥梁主塔墩基础施工技术

2.1 施工方案

主塔墩钻孔灌注桩基础采用双壁钢围堰施工，钢围堰是钻孔灌注桩的施工平台，承台与塔座施工时，钢围堰能够起到挡水的作用。主塔墩距离岸边较近，钢围堰就位后，可在岸边搭设通往主塔墩的钢栈桥，为材料、机械设备的供应提供便利，有助于提升施工效率，从而降低船机费用。钢围堰按照设计要求，在工厂内以单元件的形式制造，运至现场后焊接拼装，通过气囊法下水，托运到施工地点，利用短锚法定位。主塔墩基础埋设于岩层中，钢围堰就位前，采用水下爆破的方法，对围堰范围内的基坑进行处理，钢围堰就位后，完成护筒群下放，为钻孔桩施工提供条件。围岩基坑清理后，用混凝土封底，随后用回转钻机钻设桩孔，当主塔墩所有桩基全部施工完毕后，用水泵将钢围堰内的水抽出，然后施工承台。

2.2 钢围堰基坑清理

2.2.1 爆破方案

（1）聘请具有资质的专业爆破施工队，对主塔墩钢围堰范围内的岩层以分层的方法爆破，由碎石清运船在爆破后负责清理，直至达到设计位置。经过清理之后的岩面应平整，为钢围堰的顺利下沉提供有利条件。开展水下爆破施工前，要向相关部门申报，获得各方批准后方可开工。

（2）本次水下爆破共计布设342个爆破孔和104个边缘孔，炮孔的直径为115mm。由于受到作业条件的限制，决定采用竖斜炮孔，间距和排距均为2.5m[1]。爆破参数确定后，通过定位的方式确定出具体的爆破范围，在该范围内布设爆破钻孔，每个炮孔位置的最大偏差为20cm。下入套管，用重锤冲击，使其嵌入坚硬的地层中，避免钻进过程中淤泥回流堵塞钻孔。钻孔达到设计深度后，将钻具从孔内取出，对孔深加以测量，看是否与设计要求相符，若合格，则可直接装填炸药，如不合格，应下入钻具清孔，直至达到设计要求为止。

2.2.2 爆破要点

（1）选用长度为18m的8段毫秒延时非电导爆管起爆，为防止出现哑炮的情况，采用双根导爆管和双块起爆药包，用高能起爆仪引爆；炸药包在指定的加工点，由专人负责加工，制作药包时，要注意安全，轻拿轻放，炸药不得与铁器碰撞，以免引起爆炸；当炮孔钻设至设计深度后，经检验无岩芯残留，便可开始装药。

（2）药包逐个安装，上一个装好后，要丈量其深度，确认到位后，再装下一个，直至所有药包装完为止。由于药包的重量较轻，在孔内可能会出现上浮的情况，为避免这一问题的发生，可在药包上用黏土配重；装药完毕后，便可将套管缓慢拔起，要确保操作稳定，避免引起跑管事故。套管下端起至井口位置时，可将导管慢慢拉出，引至安全地点；爆破手采用并联的方式连接爆破网络，采用孔外微差法起爆，网络连接后，经检查确认无误后，便可准备起爆。

（3）为确保护岸的安全性，应对一次性的起爆量加以控制，每个船位起爆一次，每次起爆的孔数不超过16个，以单孔微差的方式起爆，单次起爆的总药量控制在1 088kg[2]；起爆前，所有人员和船只均应撤到安全距离外，并协调过往船只，获得起爆许可后，要立即发出预备信号，30min后开始起爆。

2.3 钢围堰制作

2.3.1 围堰设计

（1）围堰允许的最深抽水水位为26m，围堰封底时，采用的混凝土厚度应不小于3.5m。按照桥位处20a一遇的水位确定围堰的设防水位及顶标高，钻孔灌注桩施工采用回转钻机，共配置6台[3]。

（2）钢围堰的形状为圆形，外径50.5m，采用双壁结构，底部标高为3.0m，顶部高程为34m，围堰的总体高度为31m。整个围堰由上、中、下三个节段组成，下节段的高度为17m，在指定的工厂内按设计要求加工，中、上节段的高度均为7.0m，分块加工，现场焊接拼装[4]。

（3）钢围堰由以下几个组成：钻孔平台、托架、底部隔舱、侧板等，其中侧板分为16个隔舱，通过各个隔舱内的水量进行调整，实现围堰调整定位的目的。底部隔舱将围堰底口平面划分为四个相等的区域；托架的主要作用是增加支撑面积，便于围堰下水后解除与底部隔舱的连接；钻孔平台采用的钢管柱支撑。为进一步增强钢围堰的抗浮能力，可在主塔墩的两侧增设6根长度为10m的辅助钻孔桩[5]。

2.3.2 制造方案

在指定的工厂内制造钢围堰，制造前先设置胎架，要求其刚度满足围堰的制作需要。随后在胎架上拼装焊接钢围堰的单元组件，出厂前要严格检验焊缝。具体的制造工艺流程如下：准备钢围堰制造所需的材料→确定制造方案→分别制造各个节段→焊接拼装。

2.4 钢围堰下水与定位

2.4.1 下水

本工程中，钢围堰采用气囊法下水，底部隔舱及下方的托架可作为钢围堰下水的滑道。钢围堰底部隔舱的高度为5.73m，其下方设有横向宽8.0m的托架，以高强度螺栓吊挂在隔舱底。托架下方设有多个长8.0m、直径1.8m的高压气囊，向气囊内充入气体后，可将钢围堰托起，解除后拉缆，围堰凭借自身的重量沿着坡道向下的分力促动气囊滚动，冲入水中，先入水的部分可依靠水体的浮力平衡一部分围堰的重量，直至围堰全部入水后，便会在水中自行浮起。当钢围堰漂至拟定的水域后，便可将连接螺栓解除，使底托架沉入河底，由打捞船捞上岸。

2.4.2 定位

钢围堰定位的方法较多，如锚墩、定位船等。本工程中，主塔墩的附近停泊大量的船只，使用定位船很难准确定出钢围堰的位置。通过比选后，决定采用短锚定位法。前期时，将混凝土锚抛设在主塔墩的墩位附近，并将钢丝绳系在抛锚船上，当围堰运至墩位处后，将钢丝绳与围堰的绞锚平台相连接。抛设6个锚碇，离岸侧的锚碇应与主塔墩中心保持较近的距离，这样可以有效减少施工过程对水域的侵占，以100m左右为宜。当钢围堰精确定位后，可在加水后使其下沉，随后搭设钻孔平台，浇筑封底混凝土。

2.5 钢围堰下沉与清基

2.5.1 下沉

（1）当钢围堰在水平面内受锚碇作用达到稳定后，便可悬浮于水中，此时向隔舱内灌水，按围堰的实际下沉情况，对缆绳的受力状态加以调整，以此来确保围堰平稳下沉。钢围堰在下沉的过程中，要做好各方面的观测，具体包括平面位置、垂直度、顶底高程以及下沉速度等，保证围堰下沉施工的安全性。

（2）按相关要求，将钢围堰下节平稳沉至距离水面1.5m的高度时，根据锚碇的受力情况进行调整，并在规定的双壁舱内抽水或是注水，使围堰稳定悬浮于水中。随后将中节段围堰的单元件运至作业范围内，借助浮吊将围堰接高。操作时，要将单元件对称安装在下节段围堰上，接高完毕后，注水下沉，按照上述方法完成上节段的接高。

（3）当钢围堰接高完毕后，使其平稳落于爆破清理的基坑底部，随后对围堰的平面位置进行测定，确认与设计要求相符后，将锚碇系统的缆绳收紧，使围堰以相对稳定的状态着床在基坑上。着床前，要测量岩面，分析测得的数据，看是否需要对岩面清理后再着床，或是边下沉边清理。

2.5.2 清基

（1）以高压射水的方法对钢围堰着床区域全面清淤，随后通过吸泥船将淤泥抽排到泥浆床内，运至指定地点妥善处置，避免造成二次污染。

（2）钢围堰着床后，要对岩面清基和堵漏，采取先支垫，后堵漏的方法，围堰封底前，应清理侧壁的泥沙和污物。

2.6 钻孔灌注桩施工

2.6.1 护筒下放

为在现有的基础上提升作业效率，决定采用成组下放的方法使钢护筒就位。在钢护筒之间设置连接系，并在护筒与围堰间增设导向，以完成护筒群的定位下放。

2.6.2 混凝土封底

（1）钢护筒下放就位且围堰顶部的钻孔作业平台搭设完毕后，便可对围堰封底。通过混凝土封底除了能够起到止水的效果外，还能使围堰本身的抗浮能力得到进一步增强，同时还能使钢护筒得到有效锚固。按照隔舱分区开展围堰封底，先灌注底部隔舱的内侧区域，再灌注外侧区域。

（2）围堰封底采用的是强度等级为C25的混凝土，厚度为3.5m。封底混凝土应对称、交错灌注，本工程中采用内径为300mm的导管，卡扣式接头，使用前先试压，严格按编号组拼对接。灌注平台搭设在井壁上，共布置5个集料槽。

（3）封底混凝土按先低后高，先中间后周围的顺序灌注，为确保质量达标，应做好如下控制措施：混凝土的坍落度控制在180～220mm，初凝时间控制在12～16h；组拼的过程中，应严格按照试压时的编号对接。

（4）采取分舱、分区负责制，实时精确测量封底混凝土面，将结果及时汇报给总负责人，按现场实际情况对灌注部位优化调整，以实现混凝土面高差控制的目标。

2.6.3 钻孔平台搭设

本工程中，主塔墩基础钻孔平台采用的是钢管立柱加贝雷梁的形式，其中立柱选用的是直径为800mm的钢管，立柱的底部支承在隔舱顶面，立柱间设置连接系，彼此相连。在围堰顶部与立柱顶部设分配梁，以此作为贝雷梁的支撑，通过支撑架将贝雷梁连为整体，并在顶面铺设钢面板。搭设的钻孔平台应可以同时承载6台钻机作业，因此要求平台结构稳固。搭设完毕后，要全面检验，确认搭设质量合格后方可投入使用。

2.6.4 桩孔钻设

（1）主塔墩采用的是钻孔桩基础，通过钻机钻进的方式成孔，设计孔深为40m，以泥浆正循环的方式钻进，共配置钻机6台，在搭设好的钻孔平台上将钻机安装就位，与平台桁架连接固定。

（2）布设钻机时，中心允许偏差控制在20mm以内，钻杆倾斜率不得超过1%，组装钻机时，要确保底座水平、整体稳定，钻架中心、钻机转盘中心的连线要垂直于钻盘，钻头、钻杆与桩中心要处于同一直线上。对桩基的开钻顺序统筹安排，相邻桩基不得同时钻进和灌注混凝土，要提前安排好各个桩孔的开钻时间，避免冲突。

（3）钻机应严格按照说明书的规定安装和操作，由于桩基较长，为缩短成孔后的清孔时间，接长钻杆时应配置稳定器。开钻前做好相关准备工作，按勘查资料绘制地质剖面图，与钻探资料中的地质情况做比较，为确保成孔的垂直度达到规范要求，每个班次要对钻机的水平偏差予以检查，并在钻具上加配重块，钻进要连续不间断，必须停钻时，要将钻头提升至护筒内，或是放置在安全的位置，防止引起埋钻事故。

（4）接长钻杆时要停钻，将钻具提升至距离孔底20cm左右的位置处，泥浆保持循环状态10min以上，将孔底沉渣清除干净。钻进过程中，要填写相关的施工记录，钻至设计深度后，要及时清孔，使用泥浆分离器清理孔底沉渣，随后使用超声波检孔仪检孔，看成孔质量是否达标。

（5）将制作好的钢筋笼下放至质量合格的桩孔内，通过浮吊将钢筋笼提起，整体下放到位，操作时，要确保钢筋笼中心线与桩孔中心线重合。同时，在钢筋笼内侧安装检测用的声测管，在声测管的底部焊接厚度为5.0mm的钢板封闭。

2.6.5 灌注混凝土

（1）按实验室给出的配合比制备混凝土，坍落度控制在180～220mm。采用导管法水下灌注桩身混凝土，灌注施工前要做好相关的准备工作，重点检查孔底沉渣情况，如厚度超过50mm，则应二次清孔。

（2）灌注桩身水下混凝土的过程中，要安排专人测量混凝土面的标高，根据标高拆除导管，确保管道埋深始终在2.0～6.0m。导管拆除时，要缓慢向上拔出，避免速度过快形成空洞。

3 结语

桥梁主塔墩基础施工是一项较为复杂的工作，为确保施工的顺利开展，要先在水下安装钢围堰，在围堰内完成桩基础施工。与地面施工相比，水下施工操作的难度较高，应掌握施工关键技术，确保施工质量和施工安全。