公路橋梁深水樁基礎(chǔ)若干問題的探討

　　雷少全

　　核工業(yè)長沙中南建設(shè)工程集團公司湖南長沙410000

　　[摘要]：文章就公路橋梁深水樁基礎(chǔ)勘測設(shè)計、施工程序、圍堰施工及封底、鉆孔灌注樁施工等方面的問題，結(jié)合近年來的工程實踐進行探討。

　　[關(guān)鍵詞]：橋梁;圍堰;鉆孔樁;承臺

　　一、工程概述

　　近10年來，我國公路橋梁建設(shè)取得了巨大成就。大跨徑橋梁設(shè)計和施工水平已達到或接近國際先進水平。目前，橋梁深水基礎(chǔ)的型式雖然多種多樣，但樁基礎(chǔ)居多。本文擬就深水樁基礎(chǔ)的基樁、圍堰、封底、承臺等方面的設(shè)計和施工技術(shù)問題，結(jié)合工程實際提出一些意見與同行探討。

　　二、勘測設(shè)計方面的問題

　　2.1關(guān)于勘測資料

　　橋梁勘測資料是設(shè)計和施工的重要依據(jù)之一。為了確立科學、合理、安全、經(jīng)濟的深水樁基礎(chǔ)施工方案，除通常的地形、地質(zhì)、水文、氣象資料以外，還需要橋位區(qū)最高、最低水位，多年統(tǒng)計分月最高、高低、平均水位或一年中低于某一水位保證率90%的延續(xù)時間資料，枯、中、洪水期代表性水位下的表面流速平面分布資料，橋軸線上下游各lkm范圍內(nèi)的水下地形、河床覆蓋層土質(zhì)及其厚度等資料。這些，工程招標單位和施工單位都要足夠重視。

　　2.2關(guān)于基樁

　　近年國內(nèi)修建的大型拓l水樁基礎(chǔ)，大多采用大直徑鉆孔灌注樁，其最大直徑已達5m，最大樁長已達百米以上。就地灌注樁的直徑和長度增大，對施工機具設(shè)備和施工技術(shù)管理提出了越來越高的要求，且其成本也隨之增大。筆者認為，除少數(shù)場合，例如有條件施工超大直徑挖孔樁等外，宜將樁徑限制在3m及以下，樁長也以不超過100m為好。否則，不但投入增大，出現(xiàn)意外事故而延誤工期.可能還會影響質(zhì)量。個別工程采用上大下小的變直徑樁，澆注水下混凝土時可能在截面變化處造成薄弱環(huán)節(jié)。若無特別需要，似不宜普遍推廣。

　　2.3關(guān)于圍堰形狀、結(jié)構(gòu)和頂、底高程

　　圍堰的平面形狀應(yīng)盡可能與承臺一致。圓形圍堰受力較好，但有時為顧及基樁布置或塔身施工，可能使其直徑很大。目前，國內(nèi)圓形雙壁鋼圍堰外徑已達36m。更大直徑的圓圍堰，可能對一般工程并不適宜。此時，可以考慮圓形圍堰增加異形部分，也可以做成矩形、圓錐形或多邊形。

　　大型深水樁基礎(chǔ)的圍堰幾乎都是焊接鋼結(jié)構(gòu)：根據(jù)其工作條件和受力要求，可以是雙壁或單壁的，還可以是下部雙壁上部單壁的，可以有底也可以是無底的。圍堰頂高程只要滿足施工期不被水淹即可。一些工程圍堰設(shè)計頂高程過高，不但徒增造價，在水位差較大的橋址，還可能造成枯水季鉆孔施工氣舉反循環(huán)排渣困難。圍堰的底高程應(yīng)按基礎(chǔ)受力要求和施工期穩(wěn)定等要求來確定。當只需滿足施工要求時，可以在確保圍堰穩(wěn)定，具有足夠的豎向和橫向承載能力，能保證合理的封底厚度等條件下，盡可能提高其底高程。

　　2.4圍堰嵌巖問題

　　少數(shù)工程，設(shè)計者要求圍堰嵌入巖層一定深度。筆者認為，非受力必需，且無其他方案者，不必嵌巖。一般情況下，“著巖嚴格清基”即可。

　　2.5關(guān)于圍堰封底厚度

　　封底是保證抽水干施工的關(guān)鍵。封底厚度主要由兩個因素決定：封底混凝土的厚度足夠抵抗向上的水壓力等荷載而不破壞;封底混凝土提供足夠的重力以抵抗圍堰內(nèi)抽干水后所受到的浮力作用。而后一因素往往成為控制因素。筆者認為，考慮抗浮時，應(yīng)該計及下列有利因素，有上浮趨勢時土體對圍堰的向下摩阻力;工程樁作用于封底的抗浮作用;圍堰下況至巖面時，封底混凝土與巖面結(jié)合，造成揚壓力作用面積的減小。這些有利因素有時難以定量計算，但至少應(yīng)作為安全儲備來考慮。

　　三、關(guān)于施工程序

　　深水樁基礎(chǔ)的施工程序，可以分為先下圍堰后成樁和先成樁再下圍堰施工承臺兩類。

　　3.1先下圍堰后成樁

　　這種方法是在墩位處下沉雙壁鋼圍堰、雙壁鋼絲網(wǎng)水泥圍堰、薄壁浮式鋼筋混凝土沉井等形式的圍堰，它的優(yōu)點是技術(shù)成熟，安全可靠，成樁作業(yè)能在圍堰內(nèi)進行。由于已先下沉圍堰，所以基樁被限制為就地灌注的鉆孔樁和個別情況下的挖孔樁。

　　3.2先成樁再下圍堰施工承臺

　　當承臺設(shè)計底高程距河(海)床較高或進入土層不多，或者因為先下圍堰卻沒有足夠工期達到渡洪、渡臺要求時，先成樁再下圍堰干施工承臺就是一種合理的選擇。

　　施工鉆孔灌注樁的工作平臺，一般均采用以鋼管樁、混凝土方樁或鉆孔鋼護筒單獨或混凝合支承的固定式水上平臺。在一些特殊情況下，也可以采用可移動的水上自升式平臺或船舶組拼而成的浮式平臺。當用鋼護筒兼作平臺支承而又未沉達巖面時，必須充分考慮到鉆孔過程中護筒發(fā)生沉降的可能影響。已成之樁給圍堰拼裝接高和定位下沉帶來了方便，因而可以不另設(shè)定位錨碇系統(tǒng)。但是應(yīng)該考慮圍堰傳給基樁的水平力對基樁的影響。上述施工程序合理成立的基本條件，是要有適當厚度的覆蓋層，承臺設(shè)計底高程較低。

　　四、取壁鋼圍堰施工

　　這里討論的，是指用定位錨碇系統(tǒng)定位下沉的無底雙壁鋼圍堰。通常，這種圍堰在高度上被分成若干節(jié)，第一節(jié)在平面上又被分為若干塊。有數(shù)個隔船將圍堰分成若干個互不連通的水密船室。

　　4.1制造、拼裝和接高

　　圍堰的分塊應(yīng)該在工廠或工地車間的胎架上以平臥的形式制造，組裝后翻身，盡量避免立焊或鉚焊，以保證焊接質(zhì)量。

　　4.2關(guān)于定位錨碇系統(tǒng)

　　一般情況下，定位錨碇系統(tǒng)由定位船、導向船以及確定調(diào)節(jié)它們位置的錨、纜系統(tǒng)和調(diào)纜設(shè)備組成：根據(jù)不同情況，定位錨碇系統(tǒng)的組成可以變化。例如，在有雙向水流時，應(yīng)在上、下游均設(shè)定位船;在水流平緩，條件受限之處，可以不設(shè)定位船;當圍堰體型特別巨大時，可以只設(shè)定位船而不設(shè)導向船。

　　4.3關(guān)于雙壁鋼圍堰下沉允許偏差

　　《公路橋涵施工技木規(guī)范》中，未對圍堰下層允許偏差做出規(guī)定，實際工作中，往往套用浮式沉井下沉允許偏差。考慮到深水樁基礎(chǔ)的圍堰內(nèi)壁往往被直接用作承臺模板，筆者建議，下沉允許偏差按下述標準控制：圍堰下沉深度超過5m者，下沉終了時，其頂面、底面中心與設(shè)計中心的偏差，縱、橫方向不宜大于圍堰高度的1/75，圍堰最大傾斜度不宜大于1/100;當圍堰無需在覆蓋層中下沉、或下沉深度小于5m時，其頂面和底面中心偏差，縱、橫方向不宜大于150mm。

　　五、關(guān)于圍堰封底施工

　　隨著深水樁基礎(chǔ)規(guī)模日益增大，圍堰封底的最大倉面積已達1000平米以上，單個圍堰封底混凝土量最大達7000立方左右，封底施工組織和技術(shù)問題越來越復(fù)雜。

　　5.1水下混凝土性能

　　一般來說，圍堰水下封底應(yīng)全斷面一次連續(xù)澆筑完成，應(yīng)研究水下混凝土配合比設(shè)計，采用低熱水泥和良好的骨料級配摻加合格的粉煤灰和適當?shù)耐饧觿�，使混凝土拌合物和易性�?yōu)良、可泵性好、初凝時間長、坍落度損失小。從而使每一導管兩次灌人混凝土的時間間隔延長，整個封底在混凝土初凝前澆筑完成。

　　5.2施工方案

　　在上述混凝土性能的條件下，導管作用半徑可達到5.5m甚至更大，這為全斷面均勻上升封底創(chuàng)造丁必要條件。但是，當封底倉面積過大，而澆筑強度受限時，如果封底厚度適中，則采用自一端向另一端斜面推進澆筑水下封底的方案，也能獲得滿意效果。

　　5.3水下不離析混凝土的應(yīng)用

　　對抽水后工作水頭不大的有底鋼吊箱圍堰，有些情況下封底厚度lm左右即能滿足使用要求。但普通水下混凝土首批灌筑時，總有一些被水沖洗而離析，灌筑完成的混凝土頂面也總有一層軟弱層存在。因此，實際澆筑厚度要大于計算值才能保證封底質(zhì)量。

　　5.4關(guān)于重新開灌問題

　　多導管大面積水下混凝土封底施工中，可能因某種原因而致個別導管堵塞，或者導管提空導致進水。發(fā)生此等情況時，應(yīng)允許這些導管按首批混凝土灌筑法再次重新開灌。不過，某一導管在澆筑全過程中不應(yīng)超過2次，每工作班也不應(yīng)多于2次，每2m混凝土層內(nèi)亦不應(yīng)超過2次。

　　六、鉆孔灌注樁施工問題

　　6.1鉆機選型

　　在一般的覆蓋層和巖層中施鉆直徑1500mm以上的樁孔，應(yīng)采用氣舉反循環(huán)或泵吸反循環(huán)排渣的回轉(zhuǎn)工程鉆機。但當鉆深超過70m時，筆者認為采用泵吸反循環(huán)排渣鉆機已不合適，因其排渣能力顯著下降，鉆進工效顯著降低，孔底沉渣清除費時，且可能不徹底。在粒徑較大的卵(礫)石地層或巖溶地區(qū)，樁徑在2500mm以下時，采用沖擊鉆機或沖擊反循環(huán)鉆機是較好的方案。

　　6.2護筒

　　一般地說，按《規(guī)范》埋設(shè)護筒是必需的。在先將圍堰沉達巖面，清基封底后再行鉆孔成樁時，因往往可以清水條件下鉆進，故護筒僅達設(shè)計樁頂以上0.5m左右即可，而無需到達水面以上。

　　6.3縱向鋼筋接頭

　　鋼筋籠縱向鋼筋以往多在現(xiàn)場電焊接長，工效低，對電焊工要求高，質(zhì)量不易保證。以后，應(yīng)推廣冷擠壓套筒連接、等強直螺紋連接等成熟的機械接頭型式。

　　6.4關(guān)于允許偏差

　　深水樁基礎(chǔ)的鉆孔灌注樁多為大直徑群樁，其設(shè)計樁頂在水下數(shù)米乃至十幾米，施工時必須使用長護筒或護筒頂在深水之下。如此一來，在設(shè)計樁頂平面測量，很難將成樁的中心偏差控制在《規(guī)范》中所規(guī)定的范圍之內(nèi)。建議設(shè)計樁頂位于施工水位以下的鉆孔灌注樁中心偏差按下述標準控制：中心位置偏差mm應(yīng)小于等于(10+h/lOO)mm，且不大于樁徑的1/10。h為護筒頂至設(shè)計樁頂?shù)母叨萴m。相應(yīng)的，護筒施工允許偏差建議按下述要求控制：護筒頂部平面位置偏差小于等于50mm,設(shè)計樁頂處護筒平面位置偏差不宜大于樁徑的1/20,護筒傾斜度不宜大于1/200。

　　七、關(guān)于承臺施工

　　7.1混凝土配合比

　　大型深水樁基礎(chǔ)的承臺尺度往往是很大的，混凝土體積最大者達5000立方以上。是典型的大體積混凝土。在進行混凝土配合比設(shè)計時，必須進行控制溫度裂縫的相關(guān)試驗研究和設(shè)計計算，采取必要的控溫防裂措施�；炷�土中應(yīng)允許摻加粉煤灰等活性混合料，其摻量經(jīng)過試驗論證和批準，可突破《規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定，此外，承臺在28d齡期時，不會承受全部設(shè)計荷載，故建設(shè)以60d或90d齡期的強度作為設(shè)計強度。當摻入粉煤灰時，后期強度增長較多，按較長齡期強度設(shè)計顯得更為合理。

　　7.2允許偏差

　　處于最低水位以下的承臺，特別是設(shè)計將圍堰作為模板時，承臺的施工偏差難以控制在《規(guī)范》中所規(guī)定的限值之內(nèi)。筆者認為.對大型深水樁基礎(chǔ)的大體積承臺，施工偏差允許值宜適當放寬，可由設(shè)計者綜合考慮圍堰施工偏差，承臺偏差對受力的影響，承臺邊緣與最外基樁的最小允許尺寸等因素.在設(shè)計文件中作具體規(guī)定。

　　八、結(jié)語

　　總之，公路橋梁深水樁基礎(chǔ)方面的設(shè)計與施工質(zhì)量的好壞是公路橋梁工程質(zhì)量的關(guān)鍵。要有針對性的編制施工方案，只有不斷的加強完善，善于總結(jié)，才能更好地使工程質(zhì)量提高一個新的臺階。

　　參考文獻：

　　[1]李華，公路橋梁深水樁基礎(chǔ)研究.北京：人民交通出版社，2004.11

　　[2]譚思良，公路橋梁施工技術(shù)探討.天津：天津大學出版社，2002.9

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