公路桥梁基础设计与施工技术问题分析

林浦

（烟台市市政养护中心，山东 烟台 264000）

0 引言

随着我国公路交通建设事业的不断发展，桥梁工程设计和施工技术也得到了大幅度提升。桥梁基础作为水下的隐蔽工程，对桥墩及桥梁上部构造的稳定和安全性能有着直接影响。如果桥梁基础存在缺陷，将大大损坏桥梁结构的稳定性，缩短其使用寿命[1]。桥梁基础不仅需要考虑自身结构的性能，还要考虑周围水环境的影响，这就对设计和施工带来一定的难度[2]。该文以某连续钢构桥为例，就公路桥梁基础设计与施工技术方面的问题进行剖析，采取合理的技术方案，用于指导桥梁基础的设计和施工。

1 工程概况

该桥主桥结构为T 型梁，桥长230m，桥宽35m。桥址区域地质结构不复杂，所处区域未勘探出断裂层，地质情况相对稳定，查阅资料得出，该项目的地震基本烈度为VI 度，建设地的地下水丰富，且以潜水、弱承压型为主。在河床上层土体包含丰富的粉砂、卵砾石，下层则以泥质粉砂岩为主。桥梁基础具有深基、群桩、高墩的特点。桥梁主体结构采用钢筋混凝土材料进行施工，且涉及了大体积混凝土施工工艺。桩基选用钻孔桩，其桩径较大，因此对于施工技术的要求比较高。采用深水墩的方式对主桥进行作业，深水桥墩工序繁多复杂，专业要求高，对施工质量、安全性以及环保方面要求较高。

2 桥梁基础设计方案及比选

在选取桥梁基础的类型时，根据当地的自然环境，如气象水文地质情况等外界自然因素，同时结合桥梁自身的结构设计、行车荷载情况、施工工艺及施工条件等内在因素[3]，综合考虑然后进行比选，从而优选出合理的桥梁基础设计方案。

在上述各种因素中，桥址处的水文地质情况在桥梁基础类型选择上起着决定性的作用。通常情况下，当持力层位于水下深度H≤10m 时，设置桥梁基础最为可行的方法是防水围堰抽水；当10m＜持力层位于水下深度H≤30m 时，通常采用桩基础[4]。此外，不同于沉箱基础和沉井基础，桩基对于混凝土的需求量相对较小，造价也更为低廉，所以若水文地质条件较好且持力层深度小于10m，一般可优先考虑采用桩基础。

综上所述，该桥在选择基础形式时，充分考虑了上述因素的影响，结合桥址所处的地勘报告及水文地质，对于不同设计方案进行比选后，最终选定四排摩擦型群桩基础，其成孔技术采用钻孔工艺。

3 桥墩钻孔桩基础施工

该桥6#桥墩主要由32 根桩长75m、桩径2m 的深水桩组成，均为高桩承台，其中，6#桥墩施工难度最大，施工质量要求较高，管控难度较大，6#桥墩基础的施工能否顺利完工，将会直接影响到整个工程的施工进度及质量目标的实现。以下以6#桥墩基础为例，对6#桥墩的桩基础施工技术进行详细的分析。

3.1 施工平台搭设

在各个承台位置上分别安设回旋钻机，且采取横向施工的方法，所用钢管桩的厚度定为10mm。搭建平台时选择槽钢，通过焊接的方式来形成箱梁。在其上铺一层15×15cm 的方木构成水中施工平台，施工平台的高程按照65.5m 控制。

3.2 钢护筒定位

钢护筒是由壁厚10mm 的钢板制作而成，护筒筒身18m，直径为2.4m，共计10 根。导向护筒由壁厚4mm 的加肋钢板制成，筒长6m，直径2.5m。把钢护筒从导向护筒孔口沉入，钻机放置到成孔的固定平台上，下沉就位至固定平台，固定平台成孔状并具有足够的钢性和整体性质，达到钻机成孔的要求。下沉护筒设置在固定平台之上，并将其缓慢下沉至设计位置，在其上加设型钢以此来组成整体，同时借助泥浆来将临近的护筒组合在一起，为钻孔提供泥浆循环，而剩余的泥渣则可借助运输船进行转运处理。

3.3 钻孔灌注桩施工

3.3.1 提前对设备进行检修并测试运转

当钻机定位工序结束后，即可将其与泥浆循环体系相连并开启泵机，待泵机运转2～3min 后，开始钻孔工作。最开始采用小冲程进行钻孔，施工至护筒之下3～4m 的位置时可以适当增大冲程。及时检查护筒和成孔的状况，对钻渣进行分析，适时调整钻孔和泥浆参数，由专人负责做好钻孔记录，视具体情况及时处理钻孔异常。

3.3.2 成孔检测

使用笼式钢筋检测器和标准测锤开展检测工作。

3.3.3 清理钻孔

当钻孔结束并检测合格后，可先采用抽浆法对孔底进行简单清理。在导管、钢筋笼设置完成、混凝土浇筑之前，采用高压射风喷射法开展第二次清孔。需要注意的是，只有清孔作业满足相关规范及设计要求时，才可开始后续施工。

3.3.4 安置钢筋笼

依据施工规范制作并放置钢筋笼及检测管。钢筋笼的放置一般采用浮吊法完成。

3.3.5 安置导管

一般使用快速接头导管进行施工，且需要预先进行水密试验，满足要求后以浮吊法进行施工。

3.3.6 灌注混凝土

所用商品混凝土的性能指标应当满足水下浇筑的基本要求，并在栈桥位置安设至少四台HBT60 输送泵。导管法严禁中途停滞作业，整套流程应紧凑、连续完成。对于首次灌注的混凝土而言，其高度应至少保证埋入液面之下1m。在首次灌注结束后，应及时安排工作人员测量导管的埋入深度，只有满足要求方可开始后续施工。而且需要安排专人监管混凝土灌注过程中的浇筑速度及孔内水位，以此推断孔内混凝土高度及管内外高差，指导后续浇筑作业的速度，形成可靠的工程文件。

3.4 锁口钢管桩围堰施工

考虑到6#桥墩为深水高桩承台，且承台顶部与河床之间的距离为7.6m，水深约13m，因此选定管桩围堰法。鉴于承台为矩形且轮廓尺寸较大，自身结构抵御外力的稳定性能较弱。在施工过程中，由于抽水和插打深度较深，导致桩内外的水压力比较突出，难以达到截面抵抗矩的要求，同时内撑布置密度大，为施工带来较大的局限。此外，钢套围堰法对于作业环境有严苛的要求，往往涉及大量的材料、机械进场，同时受工程自然地理条件约束，大型浮吊设备和拖船很难进驻施工场地，无法采用钢套围堰方案。在对备选方案进行全面比对与论证后，最终选用锁口钢管围堰的方法完成施工。施工所用的设施有限位器、止水袋等，其结构形式和平面布置如图1、图2 所示。

图1 锁口钢管桩围堰结构形式

图2 钢管桩围堰平面图

3.4.1 钢管桩加工

钢管桩对施工精度要求较高，尤其是公扣和母扣的转角管须为90o，轴线为180o，采用不等边角钢和螺旋钢管加工焊接而成，焊接方式为双面满焊，防止钢管和角钢之间渗水。在公扣和母扣两侧每间隔1m 位置即焊接一块板厚＞1cm 的加强钢板，增强公母扣的强度，锁扣连接形式如图3 所示。

图3 锁口连接形式

3.4.2 钢管桩安装

安装钢管桩时需要注意两个重要环节，一是第一根钢管的安装。首先需要完成定位导向架的设置，并沿其进行打桩作业，以此来确保第一根钢管能够准确定位。随后即可以第一根钢管为基准，在两侧分别安设定位架，并依序开展打桩工作。在打桩过程中，一般仅需借助船上浮吊和振动锤就能完成。二是钢管口处理。围堰的面积一般比较大，因此桩间距的控制难度也较为困难，为了降低这一偏差，就需要特别注意钢管的封口，并准确测定封口间的距离。在具体工程中，可以加工钢管来调整公扣，进而达到控制钢管间距的目的，确保锁口能够被可靠安装。需要特别注意的是，为了保障锁扣能够发挥预期的止水作用，安装桩时应当确保锁口在河床下1m 以上。

3.4.3 锁口灌浆

作为施工中最为关键的环节，锁扣灌浆作业往往直接决定着围堰的止水。灌浆时应注意两个方面，一是应避免布袋间的绞缠，确保布袋长度可以达到浆体一次性灌注的要求。布袋的材质应采用防水油布即雨伞布，加工的口径要大于锁口的口径，还要具有良好的柔度以保证不会使浆体和河水接触后被稀释；二是灌注作业应当使用特制漏斗完成，且上料尽量采用人工作业。砂浆的配比应当满足设计方案要求，且灌注过程实时关注浆体性质的变化，譬如黏度、流速等，将灌注速度控制在可靠的范围内，并对异常现象做出及时反应。

3.4.4 封底混凝土浇筑

封底混凝土的作用主要是为了密封承台底部的通道，防止其渗水，同时还承担着承台的载重。该项目桥梁设计选用高桩承台，在完成封底工作前需要在围堰内填埋适量的砂砾石，填埋深度一般以承台底之下7m为宜。考虑到砂砾石的平整性难以得到保障，所以可采取干封完成作业。借助适当的设备抽净围堰底的水，并将水排入围堰两侧的集水坑中。围堰底存在渗水现象，所以在封底时往往无法一次性达到预期效果，而需要在围堰底附加一定的缓冲水压力。待到围堰底的混凝土形成足够强度时，再完成后续封堵作业。

3.4.5 承台混凝土浇筑

6#桥墩高桩承台的体积为19.9m×19.9m×5m，混凝土用量为1980.05m3，需求混凝土体积较大，因此浇筑作业应重点关注以下几点：

（1）水泥的选择：水泥采用42.5 矿渣硅酸盐水泥，其水化热比较低。

（2）添加磨细粉的煤灰。研究表明[5]，对于单位体积的混凝土而言，若其水泥用量增加、减少10kg，则水化热将随之提升、降低约1～1.2℃。该项目在满足配合比基本要求的基础上，在每立方混凝土中掺入了5kg 粉煤灰。

（3）选择优质外加剂。使用E.A-2 型缓凝减水剂，可以起到减水缓凝的作用，坍落度损失量也减小，同时对于控制拌和水、水泥掺量也有着积极作用，有助于将水化热限制在合理的范围内。

4 结语

综上所述，我国在公路桥梁基础设计和施工技术方面已经积累了丰富的实践经验和成果。本文以某连续钢构桥6#桥墩四排摩擦型群桩基础为例，全面总结了设计和施工方面的成果，并指出在河床较深、水流湍急的河中，通过采用锁口钢管桩围堰进行桩基础施工，根据桩基础的质量检测可以看出，该法符合施工条件的要求，且具有较好的施工效果，具有一定的应用及推广价值。