公路桥梁主墩围堰施工技术分析

李山线

（江西省景德镇市公路事业发展中心，江西景德镇 333000）

0 引言

主墩作为桥梁的支撑和承重结构，其施工质量直接关系到整个桥梁的安全性和稳定性。因此，如何有效地进行主墩围堰施工一直备受关注。随着桥梁工程的不断发展和建设需求的增加，主墩围堰施工技术也在不断创新和完善。在以往研究中，围堰施工技术经历了从传统的人工施工到现代化机械化施工的转变，不仅提高施工效率，还提高施工质量，减少施工风险。虽然主墩围堰施工技术已经取得显著的进步，但仍然存在一些挑战。例如，在复杂地质条件下的主墩围堰施工需要更高的技术水平和经验，以确保结构的稳定性。此外，施工过程中还需要考虑到环境保护和安全管理等因素，以满足现代桥梁工程建设的可持续发展要求。因此，本文将对公路桥梁主墩围堰施工技术进行深入研究和探讨，以期为桥梁工程建设提供更加可靠和高效的施工方案。

1 工程概况

某特大型桥梁项目位于当地重要河道之上，其跨越河道的桥梁结构设计如下：总长为1744m，包括1 个跨度为1×24m 的简支箱梁、12 个跨度为32m 的简支箱梁、1 个跨度为(75+2×135+75)m 的连续梁、25 个跨度为32m 的简支箱梁以及3 个跨度为1×24m 的简支箱梁。整个桥梁线路与河道夹角为143°。在现场勘察分析中，特别需要强调的是，混凝土连续箱梁的设计应用于第13～17 号桥墩之间，其中第15 号桥墩主要位于河道内部，其矩形承台尺寸为23.2m×16.8m。此承台被安置在河床以下，顶部高程为146.593m，底部高程为142.093m，总高度达4.5m，承台的设计起到连接当地重要交通设施的关键作用。

2 地质水文

2.1 地质特点

对于15 号桥墩的地质情况进行详细勘查，结果显示该地区的地质层次包括淤泥、粉质黏土、粗圆砾土以及强风化土等。此墩需要被埋设到河床以下，深度达到4.3m，承台底部甚至会进入云母石英石岩层，最深处达1.5m，因此挖掘和清理工作相当具有挑战性。此外，该墩所在位置的地势变化较大，地形复杂，包括一些陡峭的斜坡，最大高差达到7.3m，因此在围堰的安装和定位方面也存在较高的难度。

2.2 水文特点

座桥梁位于当地重要的水库周边，受水库蓄水的季节性水位变化影响较大，通常水位常年维持在150～160m。水库管理采取预报泄洪的方式，并进行分级补偿处理。根据当地水文条件，该水库在桥梁施工期间内，水位通常在7 月—10 月之间达到最高点，最高水位可达160m；而在11 月—次年6 月期间，水位则最低，约为153m。每年的6 月—10 月期间，水位发生显著波动，这对于现场的施工造成较大的影响。

3 围堰施工方案比选分析

经过对现场的承台结构形式、地质条件、水文等多方面分析，施工单位提出如下几种方案对比。

3.1 钢板桩围堰对比方案

钢板桩围堰方案的优势在于其施工操作相对便捷，因为其厚度与邻近公路路基基础的距离较短。然而，该方案存在重要的不足之处，因为墩体结构设计位于岩层强度较高的部位，且存在倾斜的岩面结构，导致钢板桩插打施工无法进入嵌岩层结构内部。这可能引发严重的结构变形和撕裂问题，不符合工程建设标准要求。此外，墩位水深较大，因此钢板桩的围堰强度无法满足要求[1]。

3.2 双壁钢围堰对比方案

双壁钢围堰方案的结构尺寸较大，为确保围堰能够顺利下沉到指定位置，需要在围堰壁厚范围内进行铣槽清理基岩。这涉及2m 宽、深度在6.59～13.89m之间的槽口，并且槽口底部略低于公路8 号墩钻孔桩基底0.46m。然而，这一方案所处地质条件包括淤泥、粉质黏土、粗圆砾土等，增加了坍塌的风险。坍塌可能对现有公路造成干扰和影响，导致基础发生变形，从而影响桥梁的运行安全性，可能引发严重后果。因此，该方案对桥梁基础产生较大的影响，不适用该工程项目。

3.3 锁口钢管桩围堰对比方案

与钢板桩相比，该管桩形式具有更高的强度和刚度性能，因此适用于桥梁水域深度较大的施工部位，其结构组成清晰，尺寸相对较小，符合当前桥梁工程项目的建设要求。然而，与钢板桩围堰相比，该方案也由钢板组成，因此在强度要求高、倾斜陡峭的岩层中安装较为困难。在这种地质条件下，通常需要采用大基底的挖掘施工技术，但这可能对靠近桥梁的桩基础产生一定的危害和影响[2-3]。

3.4 深水植桩复合围堰实施方案

通过对上述几种围堰结构形式的比较分析，锁口钢管桩围堰在不考虑大基底大规模挖掘的情况下对既有桥梁的影响较小，因此是最佳的施工选择。锁口钢管桩的围堰结构采用深水植桩方案，通过旋挖钻孔略微超出钢管的外径，然后使用振动锤进行现场施工。此方法还在钢管桩的外部钻孔，以解决锁口钢管桩在岩层地质上的锚固问题[4]。与此同时，旋挖桩的成孔过程对土层的干扰较小，有利于保护既有桥梁的基础结构完整性和稳定性。

4 公路桥梁主墩围堰施工技术应用

目前，常规的锁口钢管桩施工方法通常包括不排水的基底清理、水下混凝土浇筑和随后的抽水安装内部支撑结构。然而，在此次工程项目中，由于基岩强度较高且清理深度较大，特别是在高水位条件下，这种传统方法存在一定的挑战，施工周期较长，难以满足工程工期要求[5]。因此，在现场施工阶段，对锁口钢管桩结构围堰的施工工序进行优化和改进。这些优化包括使用岩层渗透系数试验、改进植桩施工技术以及在低水位期间进行内部支撑的安装等方法。

4.1 岩层渗透系数试验

考虑到强风化云母石英石在裂隙发育方面的特点，其具有较高的强度。因此，在现场情况的基础上，进行透水性试验分析，以确定最合适的施工方法。首先，在进行铣孔操作后，使用振动锤将钢管桩振入基层的顶部，确保桩体内的土壤被有效清除。其次，在钢管桩中套入1m、2m 和4m 深度的钻孔桩，然后进行24h 的抽水和静置，分别在12h 和24h 后检查渗流水的深度。具体的试验数据如表1 所示。通过对表1 中的试验数据进行分析发现，采用相同直径的深水植桩钢管桩后，24h 内的渗流水深度平均约为40mm。这表明植桩的深度并不会对渗流产生显著影响。因此，决定采用这种方法进行工艺优化和改进，以提高系统的运行稳定性和安全性。

表1 15 号墩位处岩层透水性能试验结果

4.2 植桩施工

在锁口钢管桩的现场施工中，采用3 根一循环的施工方法来提高效率。首先，旋挖钻机完成3 个1.5m孔位的钻孔工作后，使用振动锤将1m 的锁口钢管桩安装到位。其次，在桩内安装0.8m 的钻头引孔，进行钢筋笼的安装和清孔作业。最后，浇筑钢筋混凝土桩。完成一个循环后，继续下一个循环。为加快施工速度，使用两台旋挖钻机分别从线路的左侧和右侧进行施工，采取顺时针和逆时针的方式进行交替的钻孔和安装工作，每次引入3 根孔，并进行左侧合龙施工。当所有的钢管桩引孔和锚固工作完成后，使用吸泥机清理锁口钢管桩的外侧槽口，确保孔壁与管桩之间没有渣土。然后，在水下灌注混凝土材料，封闭槽口周围，距离锁口钢管桩0.8m 的位置上堆放1m 高的砂袋，与锁口钢管桩形成环扣。在环扣内，使用水下垂直导管的方式进行浇筑作业。锁口内填充红黏土和锯末的混合物，通过钢钎进行施工，以确保结构的密实度符合标准。混合料的配比按照3∶1 的比例组合，红黏土粒径在10mm 以内。在铣孔操作之后，进行孔隙的封闭施工，并进行止水处理，从而实现工艺的优化改进，提高系统的运行效果[6-7]。

4.3 低水位期安装围堰内支撑

在现场安装施工中，必须考虑两种不同的水位情况，即设防水位160m 和153m。根据当前的设计方案，对设防水位160m 的情况进行分析，并对5 层内支撑结构进行优化，最终将其设计为2 层内支撑。通过减少内支撑的数量，提高施工速度和排水效率，同时降低施工成本，缩短项目建设工期。

5 位移监测

根据现场施工的标准要求，为了确保15 号墩周边高速公路的安全运营，在大桥8 号墩的4 个墩柱中设置监测点位，并使用测斜仪来监测水平位移量。在实际施工中，最大的水平累积位移量为4.1mm，这符合设计标准，其要求水平位移量应不大于5mm。因此，深水植桩复合围堰施工方案在保障周边建筑物安全方面表现出色。

6 公路桥梁主墩围堰施工技术与安全措施

6.1 前期准备与方案制订

首先，施工图纸是方案的核心组成部分，它详细描述主墩围堰的结构布局、尺寸、连接方式等。这是工程施工的基础，必须准确无误。其次，工程材料清单列出所需的各种材料，包括水泥、钢筋、混凝土等。这有助于材料的采购和库存管理。施工工艺流程是方案中的另一关键要素，它详细说明施工过程的步骤和方法，能够让施工队掌握如何按照正确的顺序进行工作[8]。

6.2 材料选择检验

材料选择对工程的成功至关重要，因为使用劣质或不合格的材料可能导致结构问题和工程失败。首先，对于每一批材料，必须进行详细的筛选，这包括检查供应商的信誉、产品的质量认证、生产工艺以及材料的性能参数。只有经过认真筛选的供应商和产品才能被考虑。其次，每批材料都需要进行抽样检测，以确保其质量符合要求。例如，水泥的强度和化学成分、钢筋的直径和抗拉强度、混凝土的配合比和坍落度等都必须符合工程设计规范[9]。此外，围堰外层防护材料的耐候性和耐腐蚀性也是关键因素，特别是在潮湿或腐蚀环境中。

6.3 地基处理与基础检测

在围堰施工开始之前，对主墩的地基进行必要的处理和检测。地基处理包括清理、加固、排水等。地基检测应包括地质勘查、承载力测试、地下水位监测等，以确保地基条件符合设计要求[10]。

6.4 施工工艺控制

在进行主墩围堰的施工工艺时，必须严格按照施工方案执行，确保每一个步骤都得到正确的实施。首先，混凝土的浇筑是至关重要的环节，混凝土必须均匀地浇入模板中，避免出现浇筑不均匀导致的裂缝和空洞。其次，振捣也是关键步骤，通过振捣混凝土可以排出气泡，提高混凝土的密实度，从而增强结构的强度和耐久性。此外，钢筋的焊接和绑扎必须符合相关的标准和规范，以确保钢筋的连接牢固和准确。

6.5 安全管理与环境保护控制

首先，施工人员必须严格遵守安全规程，并佩戴必要的个人防护设备，如安全帽、护目镜、安全鞋等，这些措施有助于降低施工事故的发生率，保护施工人员的生命安全。此外，施工团队还需遵守相关法律法规，确保施工过程的合法性和安全性。另外，为保护周边环境，特别是对于靠近水体或生态敏感区域的工程，必须采取措施来减少施工对生态环境的破坏，这包括采用环保材料、合理处理废弃物、防止化学物质泄漏等措施，以确保施工过程对周边环境的影响最小化。安全管理不仅关乎施工人员的生命安全，还关系到工程的可持续性和社会责任。

7 结语

综上所述，在公路桥梁项目施工的环节，主墩围堰施工有着明显的优势，满足桥梁工程的应用要求，同时还能保护周边公路、桥梁的安全，施工效果得到全面提升，符合当前我国桥梁工程建设的要求。今后，在桥梁主墩工程施工时，还应当重视施工方案比选，选择经济性强、技术性强的施工方案开展施工，保证工程的经济性与稳定性。