浅谈桥梁深水桩基础的施工

浅谈桥梁深水桩基础的施工

张灿和1季鑫2

张灿和1季鑫2

1、黑龙江正业勘测设计有限公司，黑龙江哈尔滨150000

2、哈尔滨市东方城市建设综合开发有限责任公司，黑龙江哈尔滨150000

摘要：桥塔（墩）施工是大跨度桥梁施工的关键，而深水基础施工则更是桥塔（墩）施工的关键。由于其施工条件的未知性和高风险性，使得设计施工的难度很大，对施工技术水平要求很高。目前桩基础是深水桥梁基础的主要形式。桩基础根据施工方法的不同分为打入桩和灌注桩。

关键词：桥梁；桩基础；施工

1打入桩基础施工

目前应用的打入桩形式主要是预应力混凝土（PC）桩基础。钢管桩工法可分成打入桩工法、埋入桩工法和压入桩工法三大类。与灌注桩相比，打入桩可打入斜桩，而钻孔桩则不行。另外打入桩承力可以较准确地计算和核定，因为没有扩孔率影响。典型的水下沉桩工艺为：打桩船初定位→立桩→桩定位→初步沉桩并校正→正式沉桩→接桩→继续沉桩至设计要求。钢管桩沉桩时，必须注意以下施工要点：

（1）施工前要复测水下地形，并查清是否有抛石等障碍物。

（2）钢管桩沉桩过程中可能出现上浮或管涌，此时需要在桩身上部开设若干小孔。

（3）在斜坡上沉桩，会发生沉桩偏位或桩身倾斜、挠曲，宜采取设置施打提前量和朝坡面反向移距下桩。

（4）表面如有硬土，桩入土浅，桩自由长度大，会造成锤击后横向摆动剧烈，应采取“停停打打”的方法。

（5）水上沉桩须考虑打桩船的抗风和抵御潮汐的能力，在急流（即流速大于1.5m/s，波高0.5m以上）和大风时不宜打桩。

钢管打入桩在运输和起吊过程中受到横向荷载的作用，因此在桩径选择和桩配筋时必须考虑这一因素。尤其是对于深水桥梁来说，桩长一般达到数十米，桩径和配筋率将增大很多，造成造价偏高。另外，用做较短的摩擦桩或不承受水平力的桩时不太经济，当采用大直径开口桩时，闭塞效应不够好。因此，对于桥梁深水基础，采用灌注桩基础比较合理。

目前，深水高桩承台钻孔灌注桩基础的施工流程一般为：插打钢管桩→搭设钻孔施工平台→振动下沉钢护筒→钻孔灌注桩施工→施工平台拆除→首节钢吊箱安装→钢吊箱接高（下沉）→钢吊箱封底→千施工承台。其中，在施工中起着重要作用的两个施工临时结构分别是钻孔施工平台和钢吊箱围堰。

1.1搭设钻孔施工平台

深水基础钻孔桩一般为大直径，施工时受洪水、通航、大流速和冲刷的影响，为排除施工干扰，必须在桩位设置施工工作平台。施工平台是钢护筒下沉定位的导向辅助平台；是桩基础钻孔、水下混凝土灌注的作业平台；是基础施工机具、材料临时堆放的场地；是双壁钢围堰施工拼装、下沉的支承平台。目前，我国采用的深水桩基施工平台有固定施工平台（支架）和浮动施工平台两种类型。固定施工平台一般有型钢平台、桁架平台和型钢与桁架组合平台。按平台受力方式可分为钢管桩单独受力、钢护筒单独受力、钢管桩与钢护筒同时受力。对于墩位区水深流急、风疾浪大的灌注桩施工，采用钢管桩与钢护筒同时受力的固定平台体系有明显的优越性和可行性，在桥梁跨度和桥址水位深度不断增大的现代大型桥梁工程中，是一种很值得提倡的平台形式。在建的苏通大桥主塔基础和已建的蚌埠朝阳淮河公路大桥均采用了这种平台体系。

1.2钢围堰（吊箱）施工

当承台底面距河床面较高，或承台以下为较厚的软弱土层、且水深流急时，目前多用钢吊箱围堰作为防水措施来进行深水基础施工。钢吊箱是一种有底的套箱，主要作用是为承台提供干施工环境，如在建的苏通大桥就是用作此用途；有时也可同时用来做桩基沉桩导向定位，取代施工平台，如南京长江第三大桥南塔基础施工。钢吊箱一般由底板、侧板、内支撑、悬吊及定位系统组成，侧板又有单壁和双壁两种形式，如京九复线东江二桥采用的是单壁钢吊箱，苏通大桥采用的是双壁钢吊箱。单壁钢吊箱结构简单，方便加工；双壁钢吊箱施工主动性高，可充分利用水的浮力进行吊箱的拼装与下沉。另外，钢吊箱在基础施工完成后可以用做永久防碰撞设施，起到保护桥基础的作用，在苏通大桥中就作为永久设施而保留了。

2钻孔灌注桩基础施工

它分为先下钢围堰后成桩和先成桩后下钢围堰两种施工方案。

2.1先下钢围堰后成桩方案

先下钢围堰后成桩方案具有以下优点：

（1）钢护筒厚度及长度减少易于准确定位。

（2）节省钻孔平台钢管桩钢材也可节省加工焊接及施工桩的费用。

（3）节省钻孔平台的稳定措施费。

若无覆盖层或覆盖层很浅时宜采用先下钢围堰后成桩方案。

2.2先成桩后下钢围堰方案

先成桩后下钢围堰方案具有以下优点：

（1）施工快，从施工钻孔平台钢管桩、架设平台至开钻时间短。

（2）可降低钢围堰高度，节省工期，降低造价；减少双壁钢围堰夹壁混凝土量。

（3）降低岩面高低不平时钢围堰不规律的高低刃脚着岩难度。

（4）清除钻渣难度减小。

（5）封底混凝土量可减少。

因此，先成桩后下钢围堰方案常被用于覆盖层较厚，且覆盖层较软、承载力较小，工期和造价有要求的工程中。

2.3钻孔成桩

钢围堰封底完成后，即在围堰顶的工作平台上安装钻机定位，进行钻孔桩施工。根据地质情况，钻孔桩施工一般采用正（反循环）加压钻进，确保成孔的孔径和垂直度。为了确保钻孔桩的质量，对各项施工工艺进行有效控制，并对成桩进行超声检测。

2.4抽水、破桩头和承台施工

在钻孔桩施工完成并经检验合格后，进行钢围堰抽水。在抽水过程中，要控制好围堰外、夹壁中和围堰内的水位差，认真观测围堰和封底混凝土的受力情况。待抽水完成后，进行桩头处理和清除围堰内的杂物及碎石，凿平封底混凝土，并浇筑垫层混凝土，然后进行承台钢筋绑扎，并注意下塔柱连接钢筋和冷却水管的预埋。大体积承台混凝土施工，根据温度控制计算结果，分批分次浇筑成型，并可在施工中采取添加粉煤灰、降低砂石料的人模温度、通水冷却和内散外蓄等手段，确保大桥承台混凝土的施工质量。

3国内桥梁基础类型

3.1苏通大桥钻孔灌注桩群桩基础

苏通大桥位于江苏省东南部长江口南通河段，连接南通和苏州两市，东距长江入海口约108km，西距江阴长江公路大桥约82km。苏通大桥主桥全长为2088m，采用跨径为（100+100+300+1088+300+100+100）m的七跨连续钢箱梁双塔双索面斜拉桥。

群桩基础构造：主桥基础设计计为大直径深水超长钻孔灌注桩群桩基础。桩径2.5~2.8m，桩长114~120m，南塔（包括主塔、近塔等）钻孔灌注桩共计205根，其中主塔墩131根，近塔墩36根，远塔辅助单墩及过度墩各19根。

苏通大桥主索塔基础承台为哑铃形结构，总体平面尺寸113.75m×48.1m，每个塔柱下平面尺寸51.35m×48.1m，厚度由边缘的5m变化到最厚处的13.324m，两承台间采用11.05m×28.1m系梁连接，系梁厚6m。承台施工采用钢吊箱围堰工法，待钢吊箱封底完成抽水后，在围堰内分层、分块浇筑。承台采用强度等级C35的混凝土，且在施工中采取温控措施以保证承台大体积混凝土施工质量。

3.2钢围堰吊箱构造

根据桩基承台的结构形式，苏通大桥主索塔基础（南塔墩）的围堰形式采用哑铃形双壁钢吊箱结构。钢吊箱底板利用钻孔平台顶板，桩基完成后修正加固。底板采用型钢格构梁形式，由主、次分配梁和面板三部分组成底板结构。钢吊箱壁板采用竖向钢箱、水平环板、斜撑和内外面板构成空间箱体结构，双壁部分厚度为1.8m，高度为14.4m，单壁防浪板高2.5m。

防撞桁架是由型钢焊接而成的桁架式结构，宽1.4m，高3.4m。防撞桁架满布于底板上面，并伸入承台40cm。

由此可见，桥梁桩基础施工的重要性，只有严格遵循工程步骤和环节，才能保证工程质量，才能使得桩基础得到有效发挥。