钻孔灌注桩加旋喷桩组合围堰在桥梁

钻孔灌注桩加旋喷桩组合围堰在桥梁

全其央

深圳市交通公用设施建设中心广东深圳518040

摘要：本文结合工程实例对采用钻孔灌注桩及旋喷桩的结构形式进行主墩承台施工的实践进行了总结。

关键词：水中基础；低桩承台；围护结构；钻孔灌注桩；旋喷桩

1.工程概况

1.1工程简况

XX长度为606m（含桥台宽度），桥跨组合为150+300+150m，采用双塔、双索面、密索、对称扇形布置、预应力砼倒梯形断面主梁、塔梁分离的漂浮体系结构。

主桥Z2#、Z3#墩位于主河槽内，Z2#墩中心距河堤岸约40m、Z3#墩中心距河堤岸约80m。每墩基础为5排共30根桩径2.2m的钻孔灌注桩，桩间距横向5.3m、纵向5m，嵌入中风化岩层深度≮20m；承台高5.5m、宽30.5m、长24m，位于年平均水位下约7.8m，属低桩承台。

图1桥型总体布置示意图（单位：mm）

图2主墩基础（承台、桩）立面示意图（单位：mm）

1.2气象、水文及地形、地质特征

该城市属亚热带湿润季风区，具春早、夏热、秋雨连绵、冬暖多雾等特点。多年年平均降水降水量1075～1260mm，多集中在5～10月。

桥址河上、下游为宽谷区，该区域河段相对顺直，桥址区河水面宽度约206m，枯水期通航主要靠近Z2#墩，离设计墩位约50m，水深一般5～7m，水深最大13.09m。水位主要受电站蓄水回水顶托的影响，年平均水位269～271m，最高水位一般出现在7月中下旬至8月中旬间，最高洪水位（50年一遇）278.50m，持续高水位一般2～3天，特大洪水位283.97m，百年一遇洪水位289.103m。

主墩位置钻探揭露，河床底部主要为松散的漂石、卵石沉积；两侧主要为细砂、粉砂和局部的淤泥沉积。河床底部地层岩性主要为：厚度约1.1～3m松散卵石沉积层、侏罗系中统上沙溪庙组泥岩及砂岩（厚度约2.2～3.2m强风化泥岩、约3.3～9m中风化泥岩、约3.8～6.1m中风化砂岩及未钻透的中风化泥岩），承台底面嵌入强风化泥岩约2.5m。

图3主墩基础地质横断面示意图（单位：m）

2.基础施工方案

2.1方案选择

水中基础施工围堰结构形式多式多样，常用的如土围堰、草袋围堰、钢板桩围堰、套箱围堰等国内外已有成熟的经验。本桥水中基础离岸边较近且处于河岸滩涂区，受多方面因素影响，项目开工期极晚（2013年12月），而项目总工期为30个月，施工期需经历两个汛期季节。如何在第一个汛期季节（即2014年汛期）到来前完成水中主墩钻孔灌注桩基础及承台施工，是施工方案确定的重点。基础施工平台及承台围堰结构形式对比见下表。

序号

分项工程

施工方案

优缺点

钻孔桩基础施工平台

土石围堰

1.可迅速展开施工；2.填筑方量较大，填料选择要求尽量为粘土；3.需做好通讯警示等安全防护措施及标示；4.拆除需完全，避免污染河流。

栈桥及钻孔平台

1.工艺成熟；2.材料采购、加工，安装设备运转时间长，材料需求量较大，难以迅速展开施工；3.搭桥位地质特点，钢管打入困难，需做好钢管桩的稳定措施；4.需做好通讯警示等安全防护措施及标示；5.拆除需完全，材料利用率较低；6.造价较高。

承台围堰结构形式

双壁钢

围堰

1、工艺成熟；2.材料采购、加工，安装设备要求高，运转时间长，材料需求量大；3.搭桥位地质特点，双壁钢管下沉是施工难点，需要水下渗破整平河床方可达到下沉到位；4.拆除后材料利用率较低；5.造价较高。

钢板桩

1.工艺成熟；2.地质特点（河床表面为卵石土，其下为强风化石层及中风化石层）。钢板桩打入卵石层及强、中风化石层难，不宜使用。

锁口钢

管桩

1.工艺成熟；2.地质特点（河床表面为卵石土，其下为强风化石层及中风化石层）。钢板桩打入卵石层及强、中风化石层难，不宜使用。

钢筋砼钻孔桩+旋喷桩+双液注浆止水帷幕

1.城市深基坑施工中应用较为广泛，适用于大范围深基坑安全施工要求，有类似成功经验；2.可与主桥钻孔桩基础同步施工，节约工期；3.对比双壁钢围堰，节约造价。

本工程采用搭设栈桥及钻孔平台进行钻孔灌注桩基础施工，采用双壁钢围堰进行承台施工的常规方案可行，但存在着材料采购、加工，安装设备运转时间较长，材料需求量较大，施工缓慢，且施工成本较高；河床地质条件不适宜用钢板桩或锁口钢管桩围堰；采用筑岛法作为钻孔灌注桩基础施工平台、采用（钢筋砼钻孔桩+旋喷桩+双液注浆止水帷幕）作为承台围护结构形式，可快速展开施工，施工成本相比钢制平台、双壁钢围堰而言施工成本节省。

2.2施工方案

2.2.1基础施工平台

围堰填筑宽度超出承台边沿至少15m，土石围堰顶标高比常水位高1m。三面环水边坡外围用双层彩条布+两布一膜土工布护面，以防坡面被水冲刷并止水；土工布横向间缝制搭接，河床面护脚绑扎φ300×10mm钢管（钢管内满装砂），装满砂袋的钢筋笼压在彩条布护脚钢管上，顺钢筋笼及围堰坡面堆码三层以上砂袋至堰顶，堰顶堆码三层以上砂袋压在彩条布上。

图4土石围堰脚钢筋笼及边坡防护示意图

2.2.2承台基坑开挖围护结构

钢筋混凝土排桩间利用高压喷射注浆法使桩间土体形成高压旋喷桩，与排桩连为一体，形成封闭的止水帷幕，两者共同作用，达到基坑开挖支护和止水功效。承台基底嵌入裂隙较发育的强风化岩层，旋喷桩在素填土和淤泥质土层中效果较好，能正常形成交桩；但在卵石及裂隙发育带中，无法达到设计的扩散范围，难以形成交桩，形不成连续帷幕，达不到止水目的。为防止开挖至基底时出现大量涌水，在基底施作双液注浆止水帷幕，同钢筋砼排桩与旋喷桩一起构成一箱形止水结构，达到止水目的。

基坑开挖深度9.5m，基坑顶面开挖平面尺寸40.2×33.7m，基坑上部2m采用放坡开挖，坡率1：0.75，坡脚设1m平台，放坡部分坡面采用厚5cm的C20喷射砼作为临时防护。基坑2m以下部分采用垂直开挖，开挖平面尺寸33.6×26.3m，垂直开挖部分采用排桩作为基坑防护，排桩直径1.0m，桩间距1.2m，桩长12.42m，嵌固深度6.0m。排桩上部设置冠梁，冠梁宽度1.2m，高度1m。

图5基坑支护结构示意图（单位：m）

为不影响承台施工，只在承台上部冠梁层布置一层内支撑（φ630×16mm螺旋焊钢管），于冠梁四个角各布置三道斜撑，顺桥向在承台中心线左右侧各1.5m处布置两道横撑，横撑中部位置布置一根钢筋砼立柱，通过36a槽钢横向连系梁托举钢管横撑。钢支撑与冠梁、排桩共同作用形成整体承担坑壁四周土体侧压力。

排桩主要作为支护受力结构，基坑隔水采用在排桩之间施作两排旋喷桩止水帷幕，一排采用旋喷，一排采用摆喷，旋喷桩直径0.6m，与排桩搭接长度150mm，旋喷桩钻入深度为强风化泥岩≮0.5m范围。承台底强风化泥岩、中风化泥岩裂隙较发育，为了保证基坑的顺利开挖，防止开挖至基底时出现大量涌水，在旋喷桩作用范围以下部分及基底施作水泥-水玻璃双液止水帷幕，基坑范围内双液注浆孔间距1.3m，梅花型布置，帷幕深度为基坑底以下1.5m，基坑冠梁外侧布置三排注浆孔，间距1.3m，梅花型布置。

图6旋喷、摆喷帷幕布置示意图

2.2.3围护结构计算分析

按安全等级为一级对基坑稳定性和变形进行验算。围护结构在施工期间作为基坑支护结构，考虑承担施工期间全部外部水土压力。围护结构按强度控制设计，不验算裂缝宽度。基坑边的地面超载等效均布荷载按20kPa控制，且基坑外5m范围内不得堆载，范围外堆载不超过20kpa。

基坑围护结构计算按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012），采用《理正深基坑辅助设计软件F-SPW7.0》模拟基坑开挖过程，按增量法原理进行计算与验算，完成围护结构的入土深度、稳定性、位移、受力及配筋计算。

图7注浆孔布置示意图

2.2.4围护结构施工

（1）钢筋砼排桩

排桩采用1台旋挖钻机与桩基同步、交错施工，导管法水下砼灌注。施工按分区间隔顺序进行，相邻排桩间隔施工时间≮24小时。

排桩施工完毕并达到设计强度后，采用低应变动测法抽样检测桩身完整性，检测数量不少于总桩数的10%。

（2）旋喷桩止水帷幕施工

采用二重管高压旋喷工艺。旋喷桩径按600mm考虑，搭接为理论上100mm，最小成墙厚度约为360mm。在桩排内侧加一排摆喷帷幕，作为对旋喷帷幕的补充，摆喷角度按35～40°，在离桩排间距250mm，摆喷墙长（也可以认为是桩径）为1000mm时，旋喷桩与支护桩的搭接按最不利情况，可以搭接形成帷幕。

（3）双液注浆帷幕施工

采用XJA-100工程地质钻机按标出的孔位进行钻孔。根据注浆范围要求埋设注浆管。注浆方式采取后退式分段注浆工艺，即在注浆带内由孔底进行注浆，每次注浆段长0.4m，注完第一注浆段后，后退注浆芯管，进行第二注浆段的注浆。注浆顺序采取开放-约束型方式。在群孔注浆中，在局部范围内首先对某孔的外侧周围孔进行注浆，注浆量可较大一些，以注浆量作为主要控制标准，然后对该孔进行注浆，主要以注浆终压为控制标准。

（4）冠梁施工

排桩顶凿至新鲜砼面，安设钢筋、立模，浇筑C30砼。

图8承台基坑开挖后照片（钢支撑安装中）

3.结语

该大桥主桥水中主墩基础因地制宜，采用土石围堰作为钻孔灌注桩施工平台，变水中为陆地、快速地展开施工。低桩承台借鉴城市地铁及房屋建筑施工中常用的钻孔灌注桩作为深基坑开挖围护结构，排桩间采用旋喷桩与排桩搭接形成止水帷幕，并采用水泥-水玻璃双液注浆堵塞基岩裂隙水及卵石层渗水。从施工效果看，排桩结构设计满足施工需要，排桩间旋喷桩止水效果良好，采用双液注浆达到堵塞基岩裂隙水的目的。

参考文献：

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[3]刘旭升.重庆朝阳嘉陵江大桥桥墩围堰防渗技术[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2011（S1）

[4]张枫.桥梁承台筑岛围堰施工技术[J].西部交通科技，2012（05）

作者简介：

全其央（1982—），男，江西上饶，研究方向：路桥。