某高速公路大桥桩堰同步施工工法

摘要：湖南某高速公路大桥，由于合同工期紧，采用“桩堰同步”的施工方案，即钢围堰安装在钻孔的过程中进行。本文着重介绍了该大桥水中基础工程的施工方法，供类似工程参考。

关键词：水中基础；栈桥；浮桥；桩基；承台；施工工法

中图分类号：U448.18文献标识码： A 文章编号：

１ 工程概况

湖南某高速公路大桥全长２７00ｍ，主桥设计为６５＋５×１２０＋６５ｍ＝７３０ｍ钢构预应力混凝土连续梁桥，单箱三室，桥面宽度３２．５ｍ，在枯水期有５个基础在水中。桥位处终年水面宽度大于６５０ｍ，属Ⅱ（３）级航道。

水中基础桩基采用钻孔灌注桩，按摩擦桩设计，每墩设１２根桩，纵桥向布置３排，横桥向布置４排，桩间距为５．２ｍ，桩径为２．０ｍ，河床以下桩孔深度６０～８５ｍ，混凝土标号Ｃ３０。承台形状为长方体，厚４．５ｍ，横桥向长１８．８ｍ，纵桥向宽１３．６ｍ，Ｃ４０混凝土１１５１ｍ３；承台封底混凝土为Ｃ２０，设计厚度为２．０ｍ。

２ 施工方案

由于合同工期紧，经过方案比选和论证后确定采用“桩堰同步”的施工方案，即钢围堰安装在钻孔的过程中进行。

具体安排：Ｚ１～Ｚ５主墩基础采用高桩钢平台施工桩基，采用钢围堰施工承台，以单个墩为单元实施平行法施工；在施工栈桥及平台的同时，加工双壁钢围堰；当平成后立即安装桩基钢护筒，进行桩基施工；当钢围堰加工完成后，在桩基施工的同时安装钢围堰并浇注封底混凝土；待桩基施工完成后，将围堰内的水和淤泥抽干，凿除桩头后进行承台施工。

３ 栈桥和浮桥施工

由于施工期间不能影响通航，Ｚ３和Ｚ４墩之间河道为施工期过往船只的航道；航道至东岸、西岸的施工临时通道采用栈桥和浮桥结合的方法。栈桥兼作临时码头，浮桥主要用于混凝土输送泵管的布置、行人和小型机具的移动，大型机具和材料采用轮船运输（图１）。

图１栈桥浮桥平面布置图（单位：ｃｍ）

河西岸栈桥总长１７×８ｍ＝１３６ｍ，布置在Ｚ１主墩与河西岸堤岸之间；河东岸栈桥总长６×８ｍ＝４８ｍ，布置在Ｚ６号墩东岸河滩至Ｚ５墩间。栈桥的标准宽度均为６ｍ，顶标高为３２．０ｍ。为便于会车，在Ｚ１、Ｚ６主墩处设置会车加宽带，加宽段宽度为１１ｍ，加宽段长度２４ｍ。栈桥采用７２０ｍｍ×１０ｍｍ钢管桩做桩基和墩柱，每排桩横向间距为５ｍ，中部设［２０ａ横联，桩顶横梁为３Ｉ４０ｂ工字钢。栈桥上部结构标准段纵梁为８Ｉ４０ｂ、加宽段纵梁为１５Ｉ４０ｂ。桥面系按４０ｃｍ间距铺设［３２ｂ横向分配梁，同时兼做桥面板。

栈桥搭设采取由河岸向河中逐跨推进的方式。首先采用５０ｔ履带吊使用ＤＺ９０型振动锤插打钢管桩；在钢管桩最终贯入度小于（１～２）ｃｍ／ｍｉｎ时，停止振桩。然后焊接钢管桩平联，安装桩顶横梁。再铺设纵梁和铺设横向分配梁并焊接牢固形成桥面。最后在桥面上焊接栏杆和设置安全防护设施。

浮桥桥面净宽设计为３ｍ；东、西岸浮桥长分别为１８０、２４０ｍ。浮桥选用２根８００ｍｍ×８ｍｍ钢管作为浮箱材料，每节标准长度９ｍ，两端使用２ｃｍ厚钢板完全封闭，节间采用法兰盘式螺栓连接。两列钢管横向中心间距为２ ｍ，采用上下两层［１４ａ型槽钢连接，并在钢管外表面涂刷防锈漆。节段经水密试验合格后，在河滩水边将浮桥连接完成，并铺设桥面竹跳板；然后用船拉至平台上游，用钢丝绳栓在平台钢管桩上；设置栏杆后，将混凝土输送管布置于浮桥中央，电缆线布置于下游护栏外侧悬壁端。当洪水将超过防洪办的警戒水位线时，用船将浮桥拖移至两岸，并顺水流方向放置以利于抗洪；洪水退后，又用船拉回原处，迅速恢复施工。

４ 水中基础桩基施工

桥位处河床起伏不大，水流平缓，满足２．０ｍ航深的河宽为５５０ｍ；局部最大水深７．２０ｍ，在Ｚ３至Ｚ４墩之间；左岸有１００ｍ、右岸有２００ｍ的边滩，边滩高出枯水位约３．０～６．０ｍ。根据详勘结果，墩位处地质情况由上至下依次是第四系覆盖层，厚０．５～５．８ｍ；强风化泥质粉砂岩和中风化石英砂岩互层，厚３０～４６ｍ；中风化灰质白云岩。桩基进入中风化白云岩超过２０ｍ。大桥于Ｚ１墩附近跨越长沙地质断裂带，部分桩基穿过裂隙发达、溶蚀严重的地层。施工后统计，Ｚ１墩的１２根桩基都遇到了裂隙，其中有７根桩基穿过溶洞地层；溶洞为半填充，位置在中风化白云岩层顶段。

首先在每个墩位处搭设１个钢管桩钻孔平台，然后埋设桩基钻孔钢护筒，使用适宜的钻机进行桩基成孔施工。水下混凝土浇注采用设在栈桥加宽段上的三一６０Ｃ型输送泵输送混凝土至浇注部位。

１钻孔平台搭设和钢护筒埋设

钻孔平台采用桩基钢护筒与冲孔平台彼此独立分开的形式，这样虽然增加了钻孔平台钢管桩的定位工作量，但是钢护筒定位及插打有平台为依托，定位更准确；钢护筒与平台分开，钻孔对平台的振动力不会传递到钢护筒上，对孔壁稳定有益。

主墩钻孔平台布置见图１，每个平台长３９ｍ、宽３３．８ｍ、顶标高３２ｍ。平台采用４２根７２０×１０ｍｍ钢管桩支撑上部平台结构；在标高２３ｍ，钢管桩间采用２９０×８ｍｍ钢管纵、横向水平平联；钢管桩顶采用３Ｉ４０ｂ工字钢做横梁，其上铺设Ｉ４０ｂ工字钢纵梁，再在纵梁上铺设［３２ｂ分配梁。并且，在钢管桩顶工字钢和水平平联形成的矩形框的对角线处设置［３２ｂ剪刀撑，加强平台的整体稳定性以消除钢管桩入岩深度不足的负面影响。施工中使用了１台５０ｔ水上浮吊，从每个墩位处自上游向下游逐排插打钢管桩、安装纵横梁。

钢护筒在加工场分节制作，每节１０ｍ长；当钻孔平台搭设完成，用船运至墩位处，采用型钢焊制的高６ｍ的定位导向架为定位装置，使用ＤＺ１２０型振动锤插打，焊接接高。钢护筒外径２２０ｃｍ，壁厚１２ｍｍ，采用Ｑ２３５钢板加工。护筒每２．０ｍ加焊δ＝１２ｍｍ厚钢板、０．３ｍ宽加强环箍；另在护筒底设置０．５ｍ刃脚，采用１２ｍｍ钢板加强处理，以防卷口。插打完成后，钢护筒之间使用２９０×８ｍｍ钢管联结，以增强其整体性，并作为钻孔时泥浆循环的通道。钢护筒的停锤标准采用最终贯入度控制，在钢护筒最终贯入度小于（１～２）ｃｍ／ｍｉｎ时停锤。

２桩基成孔和浇注

初期，在较早开始桩基成孔施工的Ｚ１和Ｚ３墩各采用３台中德ＲＣ３００型气举反循环回旋钻机成孔，计划４批成孔；但在强风化泥质粉砂岩和中风化石英岩的复层钻进中，塌孔、堵气管事故频发；且配套设施多，机械功率大，水平扭力大，平台晃动明显；施工月余，仍没有１孔成功。从安全、进度和成本考虑，更换回旋钻机为冲击钻机。每墩设置６台冲击钻，２批成孔。从２０１０年１２月底起，至２０１１年４月初完成了Ｚ２～Ｚ５墩桩基施工，Ｚ１墩由于地质复杂于６月初完成桩基施工。所有桩基经超声波检验均为Ⅰ类桩。

冲击钻机冲锤为十字冲锤，直径１．９６ｍ，自重８～１０ｔ，卷扬机为１５ｔ中速卷扬机，卷扬机及机架自重为１１ｔ，吊锤钢丝绳选用６×３７３２．５ｍｍ。选用优质粘土，孔内造浆。由于河床覆盖层较薄，在钻进２～３ｍ时，对钢护筒进行二次插打，使钢护筒埋深和入岩深度满足要求，再回填卵石、粘土反复冲击，并在护筒外堆填泥渣，使用潜水工对护筒脚进行检查，防止护筒脚漏浆、穿孔。孔内泥浆面高度控制在比江面水位高２～３ｍ左右。钻孔至护筒脚下１～２ｍ时用粘土、卵石回填２～３次，反复冲击，使碎块石嵌入孔壁，并与粘土粘结成整体，形成均匀致密坚固的人工造壁，减少漏浆、穿孔事故的发生。