深水承台、基桩施工技术探讨

【摘 要】通过对任河大桥深水桩基础施工的分析，对钢套箱和钻孔平台的搭设等施工技术进行了总结。

【关键词】深水桩；深水承台；施工技术

西安（康）——毛（坝）高速公路位于秦岭以南大巴山区，路线基本沿汉江支流（任河、麻柳河）展线，地形复杂，是典型的“两山夹一沟”山区地形，河床中沉积有2～20m的砂砾石、卵石，强度较高。河水位受雨水及毛坝、火石岩发电站影响较大，为避免水位落差大的影响，桥梁基础除小部分筑岛施工外，大部分采用深水基础施工方案。

目前，大型桥梁深水桩基础施工，主要采用钢围堰和钢套箱两种施工方法，当承台底距河床较高或进入覆盖层较浅，通常采用钢套箱的施工方法，这种方法是先进行钻孔灌注桩的施工，然后用钢套箱干施工承台，钢套箱作为承台施工的围水结构和模板。当基础为高桩承台时，常常采用有底钢套箱，有底钢套箱又简称钢吊箱。主要工艺流程为：搭设水上钻孔施工平台——钢护筒下沉——钻孔灌注桩施工——安装钢吊箱——浇筑封底混凝土——抽水——干施工承台。本文只探讨钢吊箱施工方案（以紫阳汉江大桥为例）。

1. 桩基施工方案

水中平台分为堆料停吊车区和钻孔区，以钢管桩和钢护筒联合承重，设置钢管平联和型钢、贝雷分配梁。平台顶高程为329.5m，高于300年一遇最高水位329.37m，钻孔施工不受水位起降影响，可连续施工。

1.1 水中平台施工。

1.1.1 钢管桩及钢护筒施工。 钢管桩及钢护筒在加工场分节加工完成后，运输至码头，通过平板船及驳船运送至主墩处，利用20t和42t浮吊吊装、现场焊接接高，90Kw振动锤沉入。通过平联和剪刀撑连接撑整体框架结构。钢护筒分节长度为10.8m/节，底节加焊80cmδ20mm钢板刃角，顶节加焊40cmδ20mm钢板加强圈。

1.1.1.1 准备工作。浮吊拼装：浮吊分块运输至码头，利用25t汽车吊现场拼装、调试；钢管桩插打定位浮箱采用4个2.7m*9m浮箱拼装成2.7*18m两块，中间焊接型钢定位架，其上四角分别布置4台定位卷扬机，通过调节钢丝绳长度，进行浮箱准确定位。

1.1.1.2 钢管桩及钢护筒的插打。钢管桩和钢护筒的插打顺序按从堆料区平台向钻孔平台逐排后退依次进行。钢护筒导向架采用在上一排已完钢管桩和临时插打的钢管桩上搭贝雷片和型钢两层成井字架，下层安装在钢管桩牛腿上。分两层定位，高度6m。测量精确控制，平面位置偏差小于2cm，垂直度偏差小于1/200。钢护筒下沉过程用两台全站仪平面位置90度方向分别布置，插打过程对护筒垂直度及偏位进行控制。

1.1.2 平台上部结构施工。堆料区平台上部结构，采用20t浮吊起吊安装焊接成型。钻孔平台区通堆料平台上布置25t汽车吊进行材料的吊装。贝雷片及分配梁通过U型卡固定，面板采用型钢格构架分块整体焊接安装。

1.2 桩基施工。因为施工区水位落差大，覆盖层薄，护筒入土浅，护筒没能穿透砂卵层，为避免钻进过程中塌孔对施工造成风险，钻孔前对每根护筒周围先用注浆法进行固结。钻孔施工采用单绳冲击气举反循环钻机进行施工；钢筋笼在钢筋加工场分节加工成型，分段运送至平台，利用25t吊车现场接高下放；混凝土在岸边拌和站集中拌和，混凝土运输车利用平板船运至墩位处，采用泵送灌注，砼输送泵放置在独立的浮箱上。

1.2.1 钻孔准备工作。根据地质情况：覆盖层薄、护筒入土深浅，钻机选用CJ-20型单绳冲击机。根据施工计划，钻孔平台计划同时最多布置6台钻机。布置原则相邻行列不同时布置，保证承重贝雷片最大跨径不超过8m。

采用膨润土造浆护壁，泥浆添加聚丙烯酰胺，钻进过程泥浆比重控制在1.15～1.30之间，粘度控制在22～30p.s。利用相邻孔口护筒作为钻孔泥浆的造浆池，由于汉江水位落差大、变化无规律，考虑水位急涨急落水头调整不及时造成安全隐患及反复割焊钢护筒操作困难，不设置连通管。

1.2.2 钻孔施工。

（1）注浆加固处理：由于钢护筒底位于砂卵石层，在钻进过程中采用上述办法，穿越砂卵石层时间较长，为避免流砂、塌孔等病害发生，采用钻孔注浆加固方案。注浆孔布置在单一群桩孔，孔距2米，正方形布孔。施工安全性好，不存在因拔不出套管和注浆管时，影响群桩孔施工。在钢护筒平台钻机定位后，从钻孔施工平台下入128套管到河床底固定。在套管内跟管钻进到淤泥层底并进入强风化岩石0.5米，固定套管，开始注浆。待凝6小时，扫孔、钻进3米注浆，待凝、扫孔、钻进、注浆循环至卵石层底部，最后回收套管，钻机搬往下一个孔位。注浆过程中严格控制注浆量和注浆压力两个重要参数。注浆标准：在设计注浆压力1.95～2.85MPa下，单孔注浆段单位吸浆量小于1～2L/min，浆液注入量已达计算值的80%以上，稳定延续15～30分钟即可终灌。基桩成孔顺序：遵循相邻孔不同时钻进的原则。

（2）桩孔钻进过程的排渣，由于钻孔过程中正处于汛期，江面水位标高在305～325米之间波动，孔内水头无法处于恒水位，钻孔内的水头高度通过泥浆泵进行调节，随时监控护筒内外水位标高，始终保证正在钻孔的护筒内水头高度比江面高1.5～2.0米。排渣采用气举反循环法，每冲击一个班，下一次风管及反循环装置，泥浆吸到平台上后经过泥浆分离器处理后流回孔内进行循环。

1.2.3 水下砼灌注。混凝土由拌和站集中拌和后，采用混凝土运输车运输，通过平板船运送至水中平台，每艘平板船装载2辆混凝土运输车。混凝土泵车放置在浮箱上，临时与相邻的钢管桩连接。搭设溜槽，混凝土运输车在平板船上直接放料到砼输送泵内，泵送灌注至孔内。水下砼灌注时其他控制事项同桥梁施工规范。

2. 承台施工方案

2.1 钢吊箱设计。

2.1.1 钢吊箱设计工况。工况一：封底混凝土浇筑阶段；工况二：吊箱内抽水阶段；工况三：内支撑转换阶段。

2.1.2 钢吊箱结构说明。钢吊箱采用单双壁结合形式，吊箱设计顶标高+329m，设计底标高+309.9m，总高度19.1m，壁厚1.5m，长27.5m，宽19.2m，高19.1m，其中双壁高16.8m，防浪板高2.3m。在高度方向分3节加工，分节高度为9.5+7.3+2.3=19.1m。第一节吊箱壁板的面板采用8mm钢板，第二节面板采用8mm钢板，面板纵肋均采用L75×50×6，间距40cm。钢吊箱壁板桁架均采用双L100×10，桁架腹杆节点间距1.2m。水平环板第一节采用12mm钢板，第二节采用10mm钢板，桁架焊接于水平环板上。吊箱水平桁架层间距0.8m～1.6m。吊箱共设置6个钢箱，钢箱面板采用10mm钢板，面板纵肋采用L75×50×6，间距40cm。由于钢吊箱运输及吊装局限在平面分34个块体。吊箱共设置3层内支撑，其内支撑标高分别为+316.2m、+319.0、+324.0m。钢吊箱第一节拼装完毕后，将安放下放系统的六个钢护筒接高5m，安装下放系统。提升钢吊箱脱离拼装平台，割除拼装平台，下放钢吊箱入水自浮。浇注封底砼时整个吊箱设置96个吊点，采用32的精轧螺纹钢作为吊杆，采用2工40a作为悬吊梁。封底混凝土厚3m，采用C20水下混凝土。

2.1.3 钢吊箱下放系统。钢吊箱定位导向系统采用型钢组合结构。钢吊箱第一节拼装完毕后，将安放下放系统的六个钢护筒接高5m，安装下放系统。提升钢吊箱脱离拼装平台，割除拼装平台，下放钢吊箱入水自浮。下放悬吊梁采用2工45a，放置于钢护筒顶面，每个吊点处布置两根精轧螺纹钢，一台150T穿心式千斤顶对钢吊箱进行下放，共10个吊点，20根精轧螺纹钢筋，10台千斤顶同时下放，下放过程中必须确保千斤顶的同步性。

2.1.4 钢吊箱悬吊系统。在护筒周围设置吊点，每个护筒周围设置4个吊点，共设置96个吊点，利用96台35t千斤顶配合32精轧螺纹钢筋下放到位。精轧螺纹钢下端采用螺栓固定于钢吊箱底板主梁上，上端采用螺栓固定与钢护筒顶面的悬吊梁。采用2工40a作为悬吊梁。

2.1.5 钢吊箱内支撑系统。施工阶段共布置三层内支撑，第二、三层水平内支撑采用1020x10mm卷制钢管，第一层采用680×8卷制钢管，焊接于钢箱内侧。竖向联系采用530x10卷制钢管，与钢吊箱底板焊接。

2.2 钢吊箱施工。

2.2.1 钢吊箱制作、试拼装 。 钢吊箱根据设计在加工场分块制作，单块最大重量11.4t。根据钢吊箱结构设计，每节钢吊箱按照34片进行加工。钢吊箱分片制作采用流水作业组织生产，每片钢吊箱均在特制的平台和模具上组装焊接成型。焊接顺序：外侧钢板 吊箱骨架 内侧模板 骨架间加强肋。

2.2.2 钢吊箱现场拼装及下沉。桩基施工完成后，拆除钻孔平台，割除钻孔平台上的上平联钢管，在钻孔平台与钢护筒间及钢护筒间搭设牛腿作为钢吊箱拼装平台，采用型钢做分配梁。钢吊箱加工完成后，分块通过平板船运输至拼装平台处，利用20t浮吊和25t汽车吊配合现场焊接拼装，然后分两层整体下沉。

钢吊箱拼装下沉顺序：（1）在桩基施工完成后，拆除钢吊箱施工区域的平台，在钢护筒上搭设底板拼装平台。（2）在平台上拼装钢吊箱底板。（3）采用浮吊和汽车吊分块吊装首节壁板并安装在底板上，焊接内支撑，安装水平定位系统。（4）将安放下放系统的六个钢护筒接高5m，安装下放系统。（5）提升钢吊箱脱离拼装平台，割除拼装平台，下放钢吊箱入水自浮。（6）分块拼装第二节壁板和单壁壁板，焊接内支撑。（7）通过在壁板隔舱内加水下放钢吊箱至设计标高。（8）固定钢吊箱，封堵底板，浇注封底混凝土。（9）待封底混凝土达到强度要求后，抽干吊箱内水，分层施工承台和墩身。在下沉前，针对个别护筒倾斜度较大，而且吊箱下沉深度较深，达20米，为保证吊箱一次顺利下沉到位，除了要求潜水工对护筒周围进行摸索清理外，采用水下视屏监视器对护筒逐根进行检查监控，确保吊箱一次下沉到位。

2.2.3 钢吊箱封底。

（1）钢吊箱下沉到位并进行底板封堵板安装后，封底前再用棉絮封堵钢护筒同封堵板的间隙。采用刚性导管法灌注水下封底砼，汽车吊配合、不分仓一次性进行封底砼浇筑，推进过程由两侧向中间，基本对称进行。

（2）封底高度3m，砼方量约为870m3，为保证施工连续，一次性浇注完成砼，采用两种方法同时进行砼输送，一种为搅拌站集中搅拌供料，配备6 辆搅拌运输车，通过2艘驳船运至现场，用混凝土输送泵泵送，进行封底砼灌注。另一种是将砼输送泵泵管架设在浮桥上，砼直接从码头泵送至吊箱平台上。

（3）砼配合比采用掺加缓凝剂，砼初凝时间为20 小时左右，保证所有封底砼在砼初凝前浇注完成。封底砼标高控制。浇注过程中随时用测绳进行测量，控制导管埋深及顶面标高。

2.3 承台施工。待封底混凝土达到设计强度后，拆除钢吊箱悬吊系统；关闭钢吊箱连通管，抽水；吊箱内水抽完后，割除封底砼之上的钢护筒，破桩头，进行桩基检测；清除封底砼表面浮泥、残渣，并进行凿毛；利用浮吊及汽车吊将所有杂物吊起运走。承台分两次浇筑，第一次浇注2.0米，第二次浇筑2.5米，大体积砼浇筑内布设冷却管。

3. 结束语

本桥基础施工是典型的山区水库深水基础施工。施工设备及大型钢构件，先化整为零，现场再组拼成整体，有效克服了地形及运输等困难。平台设计时平台定标高设计在最高水位线以上，有效防止了钻井过程中汛期水位上涨对基桩施工的影响。根据地区特点，在正式钻孔前先对护筒周围采用注浆固结，有效防止了塌孔事故的发生，而且大大加快了钻进速度，降低了施工风险。施工中采用的平台结构、吊箱结构、桩基施工工艺、河床注浆固结工艺等，在技术上有所创新和突破，对山区深水基础施工有很强的借鉴和指导价值。

参考文献

[1] 《公路桥涵施工技术规范》 中华人民共和国交通部.

[2] 《桩的设计和施工》朱世杰.

[文章编号]1006-7619（2012）08-12-809

[作者简介] 刘玉超（1972.1.8-），毕业学校：西安公路学院（现长安大学）。