桥梁基础施工工艺研究

摘要：本文首先阐述了当前水上基础施工的主要工艺分类，然后对不同水文地质条件下的基础施工工艺从浅水和深水两方面进行了分析探讨，具有较强的意义和价值，供参考。

关键词：桥梁基础；施工工艺；选择

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

影响桥梁施工的因素颇多，气象、环境、水文、地质、工程造价、人员、设备及工期等都有一定影响，不同的条件下会选择不同的施工工艺，只有将以上这些因素进行综合比较权衡，才能做出正确的决定，根据现有条件确定最适宜的施工方法。在一定的人员和技术的基础上，基于特定的气象、环境、水文及地质等自然条件，水文及地质条件成为决定施工工艺的最关键因素。

1 当前水上基础施工的主要工艺分类

水上沉井施工的工艺比较单一，这里主要谈桥梁水上钻孔灌注桩基础施工时的可选择工艺。

1.1 筑岛围堰（土围堰）

当基础墩位于山区河流岸边浅滩区时，一般可考虑采用筑岛（即土围堰）的方式进行施工，即在墩位周围采用弃土或弃石等填筑岛屿，岛屿顶面露出水面使之形成施工操作界面，通过在人工岛上下放钢护筒钻孔、浇注混凝土成桩，然后大开挖筑岛至承台底，安装承台模板，最后排水进行承台干施工。

1.2 钢围堰

通常指的钢围堰均为无底形式的钢围堰，有底的钢围堰在工程上一般称为钢吊箱（也称钢套箱）。钢围堰在桥梁基础施工中的主要作用是挡水，即给承台施工制造无水的干环境，并兼做承台的外模板。

钢围堰通常有两种主要的形式：一是双壁钢围堰，二是单壁钢围堰。 双壁钢围堰在水上可自浮、分块分节接高，通过往夹壁内注水可下沉，抽水可上浮，适用于深水基础施工。钻孔桩双壁钢围堰按工艺顺序分为两种类型：即先下围堰后钻孔成桩方案和先钻孔成桩后下围堰方案。

大多数情况下，双壁钢围堰均采用先下围堰后钻孔成桩方案进行施工。 在强涌潮水域的低桩承台，一般采用先钻孔成桩后下围堰方案，因为强涌下钢围堰迎水阻力很大，定位船和导向船无法稳固先下的围堰，解决的办法是先成桩，依靠强度极大的桩基来稳固围堰。

对于单壁钢围堰，通常也有两种常见的形式：一是钢板桩围堰，二是由模板拼接成的普通单壁钢围堰。因为是单壁结构，承压能力较双壁钢围堰低，适用于水深不太深、水压不太大的情况下使用。对于钢板桩围堰，一般采取先下围堰后成桩的施工方式，适用于深厚砂层的地质条件下使用，对于模板拼接成的普通单壁钢围堰，一般采取先成桩后下围堰的施工方式，主要应用于山区河流施工。

单壁钢围堰使用时一般跟钢管桩钻孔平台配合使用。

1.3 双壁钢吊（套）箱

对于深水高桩承台，施工中通常用钢吊箱（也称钢套箱），钢吊箱实质上是一种带有底板的双壁钢围堰。单壁钢围堰因自身刚度较小，通常不会做成吊箱的形式。

钢吊箱施工前，一般先搭设钻孔平台进行钻孔灌注桩施工，钢吊箱底板一般吊在钢护筒侧壁或者钻孔平台上承受封底混凝土重力，故常称吊箱，钢吊箱底板开得有孔，开孔套过钢护筒，故也有人称其为钢套箱。

2 不同水文地质条件下的基础施工工艺选择

2.1 浅水基础施工方案选择

浅水基础一般都使用桩基础，浅水基础一般在以下两种情况下出现：一是小河（沟）的桥梁基础，二是大河岸边浅滩区的桥梁基础。

位于山区小河（沟）的桥梁浅水基础，小河一般水浅，流速一般不大，当基础位于河中央时，施工中一般采用“钢栈桥+钻孔平台+单壁钢围堰”的形式进行施工，具体做法如下：

先搭设通往墩位处的钢栈桥及钻孔平台，钢栈桥和钻孔平台一般需连接成整体增大自身刚性，然后通过钻孔平台下钢护筒钻孔，成桩后拔出承台区钻孔平台钢管桩，再下单壁钢围堰并封底施工，围堰抽水后进行承台干施工。

位于山区岸边浅滩区的浅水基础，因水深较浅，施工中通常采用筑岛围堰的方式进行施工，筑岛围堰省掉了大量钢结构，施工中也无需大量机械设备，经济省，速度快，是岸边浅滩区最经济合理的围堰形式。

对于冲积平原地区的岸边浅水基础施工，一般采取钢板桩围堰而不采用筑岛围堰。因平原地区缺乏土石材料，若采用筑岛围堰，只能采用砂层进行筑岛，承台施工大开挖时，砂层透水严重，极易坍塌造成安全事故，打入钢板桩进行支护，既避免了坍塌事故，又能防水，是深厚砂层地质条件下浅水基础最理想的支护方式。

2.2 深水基础施工方案选择

深水基础施工工艺一般较复杂，不同的水文、地质、工期条件下采用的工艺均有较大差别，本节所说的方案选择仅为一般情况下的方案选择。

（1）超深水施工

一般来讲，超深水高桩承台施工原则上应选择有底的双壁钢吊箱方案，低桩承台施工可选择无底的双壁钢围堰方案。

另外，大高差岩面地质情况下，尽量避免使用钢围堰，因为是隐蔽工程，设计的围堰异形刃脚跟河床实际地形完全吻合非常困难，若吻合不好，将导致围堰刃脚封堵困难。

承台底距离河床太近的高桩承台，可选择钢围堰而不选择钢吊箱，主要原因是两个：一是钢吊箱底板拆除困难，二是钢吊箱增加钢材太多成本增大。 在大流速、浅覆盖层，搭设钻孔施工平台有巨大困难的情况下，如工期充裕，可以考虑钢围堰施工方案，此种情况下钢围堰方案风险小。

在深厚覆盖层的高桩承台中，钻孔平台相对容易搭设，一般考虑钢吊箱方案。

在深水、大流速、深厚覆盖层条件下，因钢管桩自身柔度大、悬臂长，可能会折断，可以考虑采用刚度极大的钢护筒代替钢管桩直接作为承重结构搭设钻孔施工平台。

超深水条件下，双壁钢围堰方案跟双壁钢吊箱相比较，各自有以下优缺点 ：

①、双壁钢围堰（先下围堰后成桩方案）

先下围堰后成桩方案是钢围堰最常用的形式，其优点是：省钢材，技术成熟风险小。双壁钢围堰一般适用于低桩承台，因围堰刃脚需要入泥，在高度上比双壁钢吊箱高，但因为无底板，且在先下围堰后成桩方案中，钢围堰因为省掉了钢管桩钻孔平台，钢材总量上比“钻孔平台+钢吊箱”方案反而要节省一些。此外，钢围堰施工的风险较钢吊箱小。

缺点：无法平行作业，总成本高。双壁钢围堰下放前，一般需要抛设复杂而强大的锚缆系统用于围堰定位，抛设锚缆需要花费较多时间。因河床不平，封底混凝土厚度往往增加较多，此外，围堰在设计和制作阶段不能进行钻孔施工，使总工期有所延后，造至其它成本增加。

②、双壁钢围堰（先成桩后下围堰方案）

先成桩后下围堰方案较钢吊箱方案并无太多优势，一般在以下两种情况下使用：一是低桩承台下无法选择有底板的钢吊箱；二是虽然是高桩承台，但在水文条件极其复杂的情况下，围堰先下无法稳固，必须依靠成桩后的钢护筒来稳固围堰，如强涌潮水域便是如此。

③、双壁钢吊箱

优点：加快进度、节省工期，节省封底混凝土方量。钢吊箱的设计及制作和钻孔施工能够同步进行，不需要抛设强大的锚系，施工中所需船舶较少。因先成桩，虑到桩身钢护筒与封底混凝土之间的摩阻力（一般按 150KPa 考虑），

封底混凝土厚度可明显减少。钢吊箱底板可以在钻孔结束前散拼，钻孔结束后钢吊箱已经入水自浮接高了，因此钻孔结束不久即可进行封底混凝土施工，如此的工艺，不但能极大的加快施工进度，而且总体施工成本较钢围堰方案反而经济。此外，钢吊箱方案降低了复杂异形刃脚条件下钢围堰着岩的难度。

缺点：钢吊箱有底板，需和钻孔平台配合使用，因此需要增加多余的钢材，因为钻孔施工与钢吊箱施工两条线并行作业，在空间上存在立体交叉，因而钢吊箱方案施工组织难度较大，立体交叉作业存在一定的安全隐患。

（2）一般深水施工

一般水深条件下（水深小于 10m），无论高桩承台还是低桩承台，均可选择单壁钢围堰进行施工，因为水深较浅，水压力较小，选择双壁结构物显然浪费钢材，使用单壁钢围堰已经能够满足施工要求。

对于冲积平原地区的一般深水施工，可选择单壁的钢板桩围堰进行施工，因为冲积平原地质一般为深厚砂层，打入钢板桩比较容易，钢板桩围堰一般采取先下围堰后成桩的施工模式。

对于山区河流的一般深水施工，无法打入钢板桩，一般采用由模板拼接成的普通单壁钢围堰，普通单壁钢围堰一般采取先成桩后下围堰的方式进行施工 。

3 结论

本文主要研究在不同水文地质条件下的桥梁基础施工工艺选择问题，一般原则如下：

（1）近岸浅水基础应采取筑岛围堰施工，一般深水条件下宜选择单壁钢围堰方案，软弱地基时可选择钢板桩围堰方案。

（2）深水基础施工时，一般情况下，低桩承台应选择钢围堰工艺，高桩承台施工时，在搭设钻孔平台可行的情况下，宜选择钢吊箱工艺，否则选择钢围堰工艺。

（3）承台底接近河床的高桩承台，因钢吊箱采用钢材较多，经济成本大，且底板不能拆除，宜采取钢围堰施工。

（4）对于强涌潮水域的低桩承台，因涌潮压力太大，钢围堰不容易定位，宜采用先成桩后下围堰的施工工艺，成桩后可用钢护筒进行围堰定位。

（5）一般情况下，钢吊箱工艺较钢围堰工艺节省经济，且进度快，因此，在钢吊箱工艺可行的前提下，应尽量选择钢吊箱施工。

（6）在深厚覆盖层的情况下的大型基础施工，可以考虑直接采用钢护筒作为承力结构，承受钻机等施工荷载，这样可节省大量钢管桩。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通部.JTJ041-2000 公路桥涵施工技术规范.北京:人民交通出版社,2000

[2]中华人民共和国建设部.GB50020-2002 混凝土结构设计规范.北京:中国建筑工业出版社,2002

[3]范启宏.超长钻孔桩施工质量控制[J].黑龙江科技信息,2010(13)

[4]朱斌.浅谈深水承台单壁钢吊箱围堰的设计.新科技,2009(9)

[5]胡永.深水裸岩高桩承台钢吊箱设计与施工.建筑技术,2007(11)