桥梁水中桩施工工艺控制要点

桥梁水中桩施工工艺控制要点

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1.中交路桥建设有限公司北京101107；2.中交一公局六公司天津300451

摘要：随着国民经济的稳健发展，高速公路和桥梁工程的建设步伐加快，施工期间可能遇到复杂的地质环境，增加了施工难度。本文以桥梁水中桩施工项目为例，首先介绍了工程概况，然后分别阐述了钢便桥施工、钢板桩围堰施工的工艺控制要点，最后阐述了水中桩施工常见的质量问题和控制措施，以供参考。

关键词：桥梁水中桩；钢便桥；钢板桩围堰；控制要点

桥梁桩基的受力机理复杂，技术问题包括竖向荷载作用下的受力特征、桩顶沉降、桩侧摩阻力等，水中施工期间难以采用常规施工技术和工艺，提高了施工难度。以钢板桩围堰施工方案为例，具有强度高、耐久性强、防水性能好、成本低、施工简单的优势，因此应用普遍。以下结合工程案例进行探讨。

1.工程概况

日喀则市昂仁县达居乡至拉孜县彭措林乡公路改建工程项目，线路全长约为32.93km。本项目路线起于达居乡政府岔路口，与在建的S513公路相接，路线沿多雄藏布江顺江而下向东延伸，经孜江村、查达自然村、萨卓村，止于彭措林乡，与拉柳公路相接。日喀则市谢通门县卡嘎镇至成木村公路改建工程，路线全长约为23.34km，起点位于谢通门县卡嘎镇卡嘎村村内硬化岔口处，终点位于谢通门县境卡嘎真成木村。

其中，彭措林乡雅江大桥是整个本合同段的重中之重，也是难点所在，是按期优质完工的关键。雅江大桥处于雅鲁藏布江内，河水深度在4.0m左右，每年的7月-9月中旬是汛期，在河流中无法正常施工。依据地质勘察结果和现场施工条件，最终决定13#-17#墩和22#台采用围堰施工，18#-21#墩采用钢便桥施工，并选择在水位低的时候施工。由于施工难度较大，因此是整个项目的控制性工程，应该提前安排、合理组织，确保按期抢通。

2.钢便桥施工工艺控制要点

2.1钢管桩搭设

钢便桥桩基采用φ1000mm的钢管桩基础，且钢管桩进入河床深度超过5m。施工时，首先进行测量放样，利用吊车将钢管桩移动至初测位置；同时使用全站仪进行精确测量，将平面误差控制在5cm以内，使用吊线锤将垂直误差控制在1%以内。考虑到钢管桩的单节长度较长，在焊接时要保证牢固，且在四周增设钢板加固。钢管桩顶端标高为3m，焊接长度为80cm×80cm，钢板厚度为10mm，上部利用工字钢连接，一方面提高钢管桩的稳定性，另一方面作为贝雷架的底部托架使用。

2.2贝雷架拼装

将贝雷架的长度、高度控制在3.1m、1.5m，首先利用吊车对贝雷片进行预拼装，时间在第一跨钢管桩搭设完成后。贝雷架采用双排、单层布设，贝雷梁之间的连接利用支撑架，采用剪刀斜撑连接法，间距控制在5m。贝雷架和工字钢之间，利用φ16mm的U型螺纹钢进行固定。当第一跨贝雷架完成拼装后，开始铺设桥面，如此循环作业，直至贝雷架钢便桥全部拼装完成。

2.3桥面防护

桥面系位于贝雷架上方，首先横向铺设工字钢，间距控制在50cm；然后顺着桥向铺设槽钢。桥面护栏立杆采用φ50mm的钢管，间距控制在2m；然后纵向设置φ50mm的钢管，和立杆连成一个整体；最后在护栏两侧设置安全防护网。以上施工完成后，在便桥两侧设置导向浮标、夜间通行指示灯等。

2.4桩头凿除

按照制作钢护筒—测量放线—钻机就位—泥浆池布置—桩机冲孔—清孔—钢筋笼制作及安装—导管漏斗安装—水下灌注混凝土的顺序，依次完成施工作业，最后凿除桩头。混凝土灌注完成后，应及时清理浮浆；当桩体强度达到设计值的70%以上，就可以进行凿除。首先测量桩顶标高，利用实测值和设计值之间的差距，计算出凿除桩头的长度，并使用油漆进行标记。凿除作业以风镐为主、以人工为辅，完成后细部凿毛，保证桩顶混凝土和上部混凝土良好胶结。

3.钢板桩围堰施工工艺控制要点

钢板桩围堰施工流程如下：施工准备—搭设水上平台—钻孔桩施工—拆除部分平台—搭设钢板桩—安装围檩支撑—挖泥—水下浇筑混凝土—承台施工—墩身施工—拆除围堰。施工期间，工艺控制要点如下：

3.1钢板桩插打

首先在钢板桩两侧的锁口部位涂抹热油膏，能减小捶打摩阻力，提高防渗性能。前一部分采用逐块插打法，将钢板桩打至设计深度；后一部分先插合拢，再打至设计深度，其中上游插打、下游合拢。以振动打拔桩锤为例，要求第一根桩控制好垂直度，达到设计深度后和导向框固定在一起，然后插打第二根钢板桩。受到锁口摩阻力的影响，插打过程中可能出现跟进下沉、插打困难等情况，可以利用滑车组进行强迫绞拉。完成插打后，合拢是最后一步，要先复测边长，要求长度是钢板桩宽度的整倍数。如果实测边长和设计一致，可以先插合拢、再逐根打入；如果实测边长和设计不符，误差较小可以拉挤调整边长，误差较大则要拔出钢板桩调整边长。

在围堰的稳定性上，第一，抗滑稳定Ks验算公式如下：Ks=抗滑力/滑动力=(W+Pay)μ/Pax≥1.3，式中Pay代表主动土压力的竖向分力，Pax代表主动土压力的水平分力，μ代表基地摩擦系数，其中粘性土取值0.25-0.45，粉土取值0.3-0.4，砂土取值0.4-0.5。第二，抗倾覆稳定Kt验算公式如下：Kt=抗倾覆力矩/倾覆力矩=(W×a+Pay×b)/Pax×h≥1.5，式中a、b、h，分别代表W、Pax、Pay对O点的力臂。本工程中，钢围堰腹板的参数计算结果见下表1。

3.2水下挖泥

清理围堰基础，可以采用吸泥机，要求专人值守，监测板桩变形情况，观察围堰内外的水位差变化，确保水头平衡、方便及时补水。对于吸出的泥土，不能置于板桩外围，会增大围堰外侧压力；钢板桩和灌注桩周围的泥土难以吸出，当淤泥清理到一定距离时，应该对钢板桩进行加固处理，提高安全系数，然后使用高压水枪冲刷泥土。挖泥完成后，再次整平测量，确保基底标高满足设计要求，将误差控制在允许范围内，并检验泥土清理结果。所有吸出的泥土，应该运输至指定地点处理，避免造成水体污染。

3.3水下浇筑混凝土

第一，混凝土运输至现场，应该检查坍落度，严格控制初凝时间，确保满足性能标准，并且科学设置配合比。第二，封底混凝土采用连续施工法，保证在初凝前完成所有浇筑作业，此时要求拌合站做好充分准备，合理配置泵车和备用车辆。第三，浇筑混凝土时，如果封底厚度小，应采用全高度斜截面，从围堰的上游向下游浇筑；如果导管埋深不足，应该及时补灌；相邻导管在首次浇筑前，还要测量深度，保证导管口和河床底部的距离满足设计要求；边浇筑边测量混凝土顶部的高度，依据断面图调整灌注位置和数量。第四，在测点的布置上，应该涵盖每根导管、每个灌注桩、每个部位的围堰壁，动态掌握标高变化。混凝土浇筑前测量出初始深度，在固定位做出标记，将平台高程作为封底混凝土的高程控制依据。一般每30分钟测量一次，将测量数据反映在控制断面图上，从而全面控制浇筑情况。

3.4围堰拆除

首先拆除围檩，和安装顺序相反，向围堰内部注水；当水位达到第四道围檩时，即可拆除第四道围檩，循环作业依次拆除第三、第二、第一道围檩。为了方便钢板桩脱离封底混凝土，将围堰内注水至最大高度，然后利用振动拔桩锤拔桩，和打桩顺序相反，从下游开始、逐渐向上游推进，直至全部拔出。

4.水中桩施工常见的质量问题和控制措施

4.1常见质量问题

第一，钻孔问题。钻孔阶段，常见问题包括：①坍孔，原因主要是泥浆稠度较小，或者内部水位低、护筒埋置过深。对此，应该合理配置泥浆稠度，并且保证内外水位平衡，调整护筒的位置。②斜孔，原因主要是钻进期间遇到孤石，或者出现不同岩层，也可能是钻进设备性能老化。③扩孔，因孔壁坍塌造成，或者是钻头杆件的摇摆幅度过大。④缩孔，原因在于地层土质复杂，或者钻头磨损严重。⑤卡钻，原因是遇到坚硬岩石，或者钻头严重磨损。⑥孔内渗漏，多是在钻进过程中遇到了透水层，或者是喀斯特地貌，或者是泥浆配比不合理。

第二，清孔问题。清孔阶段，最常见的问题是坍孔，主要是清孔速度过快，或者动作不稳定，导致泥浆的密度突然改变，影响护壁作用的发挥。

第三，灌注混凝土问题。水下灌注混凝土阶段，常见问题包括：①导管漏水，首批混凝土灌注后，如果导管内进水，此时应该将混凝土吸除，明确导管漏水的位置和原因，解决漏水问题后再次灌注首批混凝土。另外，在提升导管时也可能出现进水问题，主要是提升速度过快引起的。②导管堵塞，首批混凝土的灌注出现堵管，主要是隔水球塞造成的，或者是混凝土自身的坍落度小，性能质量不满足设计要求。③坍孔，混凝土灌注期间突然坍孔，可以利用测探仪、测锤等进行探测，如果探头达不到混凝土面的高程，则说明发生坍孔。分析其原因，一是护筒漏水，二是地下水压高于孔内水压，三是泥浆密度小，四是孔口存在机械振动。④钢筋笼上浮，原因是混凝土流出导管后，会产生向上的推力，应该对钢筋笼进行固定。

4.2质量控制措施

第一，做好准备工作。首先准备工程资料，包括施工图纸、地质勘察报告、地下管线、施工机械设备、施工组织设计、材料检验报告等。其次在施工平面图上，标记桩位、顺序、水电线路、临时设施位置等，还要合理配置劳动力，制定机械和材料供应计划。最后完善安全措施，要求桩孔内的土石及时运输，不能堆放在孔口；保证车辆安全通行，避免影响井壁的安全性。

第二，提高人员素质。现场施工作业期间，应该配置质检人员，设立技术管理部门，针对各项工序流程进行监管。以此为依据，编制完善的管理制度，要求工作人员上岗前接受技能培训，从理论知识、业务操作两个方面入手，切实提高综合素质，树立高度责任心，落实质量安全负责制。

第三，控制泥浆质量。上文分析可知，泥浆质量差会引起多种问题，尤其是稠度不足会影响成孔速度和质量。目前泥浆稠度的控制，是使用膨润土改善泥浆的性能，同时还要严格按照规范标准作业，定时检查沉渣和孔壁质量，常用方法如测砣法、沉淀盒法。

第四，加强孔壁检查。桩基施工期间，首先要保证24小时不间断作业，技术人员要坚守在一线，做好现场施工记录，主要内容是机械类型、泥浆质量、水文条件、钻孔进度、成孔时间等。通过孔壁检查，了解孔内水位的变化，以及泥浆指标是否满足设计要求，避免发生质量问题。

结语

水中桩施工是桥梁施工中的重点和难点，应该提前安排、合理组织，确保按期抢通。本文以彭措林乡雅江大桥为例，钢便桥施工期间，工艺控制要点是钢管桩搭设、贝雷架拼装、桥面防护、桩头凿除；钢板桩围堰施工期间，工艺控制要点是钢板桩插打、水下挖泥、水下浇筑混凝土、围堰拆除。施工中常见的质量问题，主要发生在钻孔、清孔、灌注混凝土三个阶段，应该做好准备工作、提高人员素质、控制泥浆质量、加强孔壁检查。希望为类似工程提供经验，提高施工质量。

参考文献

[1]余成龙,孙盛,刘宏勇等.无覆盖地层水中桩钢平台施工技术探讨[J].公路与汽运,2016,(5):212-214.

[2]李欣佳.钢板桩围堰在桥梁水中桩加固工程中应用的施工技术[J].城市建筑,2015,(21):228.