西流湖大桥水中墩施工技术研究

　　摘要：鉴于水中墩施工难度较大，施工过程复杂多变，本文结合某桥梁的水中墩施工，系统介绍水中墩施工的一些关键施工技术以及施工方法，如钻孔和围堰的施工技术。同时，提出钢板桩围堰施工技术，工程实践表明，该方法的设计计算方法合理，符合现场施工实际情况，而且实现施工方便快捷、经济节约目的，在类似桥梁的水中墩施工中提供一定的借鉴作用。
　　关键词：水中墩施工；围堰；墩身施工；施工技术
　　1 工程概况
　　西流湖大桥是郑西客运专线的ZX01标段，该桥所处的河流常年水位且水流较平稳，水深约3.5米。在施工时正值雨季，受雨季影响较大。该桥共有5个水中墩，基础采用直径为1.0米的钻孔桩，墩身为双线圆端形桥墩钢筋混凝土实心墩。该桥所处的河床覆盖层较深，平均在30米左右。从地质柱状图可发现，细粗砂层层厚均在4-8米之间，同时岩层为砂质泥岩。本文将系统介绍该工程所使用的水中墩施工技术，为同类桥梁的水中墩施工提供有价值的借鉴。
　　2 施工方案
　　由于该桥水中墩的施工期恰好是雨季，施工期越短越有利。因此，水中墩施工快捷，质量过关成为本工程能否提前竣工的关键。另一方面，由于本工程中水中墩施工较多，总共有5个，水中墩所处的地质多为细、中砂层，每层层厚相当大，加上砂层具有渗透性大特点，遇水后极易发生流砂坍塌现象。本工程原围堰施工方案是采用草袋围堰，即在水下砂层上砌筑草袋围堰堵水，然后开挖基坑，挖到一定深度后再采用挡板支护。通过考虑到草袋围堰座落在水下不稳定的砂层上面将无法稳定，加上基坑抽排水后，堰内外水压力差极大可能导致围堰坍塌，同时结合工期要求，围堰施工方案最后采用了钢板桩围堰、钢筋砼沉箱围堰施工方法，如图1所示。
　　
　　图1钢板桩围堰、钢筋砼沉箱围堰施工示意图
　　3 钻孔桩施工技术
　　该桥1#、2#、3#、4#、5#墩为水中墩钻孔桩桩径为φ1.0m，计46根桩；0#、6#桥台钻孔桩桩径为φ1.0m，计21根桩。桩长介于15米至30米之间。根据本工程对环保的施工要求和墩位所处地质条件，选用回转钻机，按正循环开孔、反循环钻进工艺成孔、钢护筒配合泥浆护壁等施工方法，垂直导管法灌注桩身水下混凝土。
　　3.1成孔施工方法
　　由于本桥的钻孔桩所穿过的细、中砂层较厚，施工时正值雨季，河床出现不同程度的水涨现象。鉴于此，本工程成孔的施工方法采用循环钻进工艺成孔。
　　3.1.1钻进成孔
　　开钻时以低档慢速正循环钻进，适当控制进尺，使初期成孔竖直、圆顺，防止孔位偏心、孔口坍塌。钻下5m并穿过松软土层后改为反循环钻进，钻孔过程中坚持减压钻进。钻进过程中及时滤渣，同时经常注意地层的变化，在地层的变化处均应捞取渣样，判断地质的类型，记入记录表中，并与设计提供的地质剖面图相对照，钻渣样应编号保存，以便分析备查。
　　钻孔作业必须保持连续进行，不中断，并经常检查泥浆的各项指标。
　　3.1.2成孔质量检测
　　当钻孔深度达到设计要求时，对孔深和孔底地层予以确认并对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，确认满足设计要求后，立即填写终孔检查证，进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。
　　3.1.3清孔
　　1、采用换浆法。
　　2、清孔时注意事项：清孔标准符合设计及规范要求，即：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于5cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。
　　3.2钢护筒施工方法
　　在砂层较厚的河床中进行钢护筒施工，若操作不当就较容易出现钢护筒未进入致密砂层现象，这将会导致施工中出现漏浆现象，严重时会出现流沙，导致塌孔埋钻事故。鉴于本工程河床所处位置的砂层较厚，同时河床水位不定时涨落，加上钢护筒不能一次性埋设到位，为此，为了确保钢护筒埋设到位，本工程采用埋设双层钢护筒方法。其具体施工方法是：人工将钢外护筒埋设至岛底面下l米左右，在外护筒四周回填土且夯实，以保证锤击下沉护筒时起到固定导向架的作用。然后钻机冲孔至岩面处，再用钻机吊放内护筒至基岩，然后在内护筒顶部焊接定位钢筋且与外护筒连接，这样就确保了桩位及桩身质量。
　　3.3钻孔桩关键施工技术
　　（1）加强成孔管理。钻孔灌注桩成孔的每个环节必须相扣，做好钻孔实验。
　　（2）倾斜度控制。在钻孔过程中应对垂直度作必要的监测，特别在钻孔过程中碰到孤石、硬土等情况，更应及时复查，遇到问题要及时调整。
　　（3）孔内水位及泥浆控制。孔内水位必须高出地下水位0.5m以上以防止坍孔；钻孔过程中适时抽取泥浆检测比重，一般控制在1.2至1.25之间，且手触泥浆没有颗粒感为宜。
　　4 基坑开挖施工技术
　　4.1钢板桩围堰入土深度计算
　　钢板桩结构施工前必须要计算究竟钢板桩如土深度多长，计算出钢板桩围堰支撑能否抵抗桩后的土压力以及水压力作用。选取某一个水中墩钢板桩围堰结构来举例，其受力计算见图如图2所示。
　　
　　图2水中墩围堰结构受力计算见图
　　考虑到该河流的砂层处于吸水饱和状态，故砂容重取19.5kN/m3，砂的浮容重9.5kN/m3，内摩擦角为35度，基坑开挖深度为H=4米，由图可知，t为钢板桩的入土深度。根据库仑理论，钢板桩围堰结构所受到的主动土压力公式为：Ea=ea(H+t)/2；被动土压力公式为：EP=ep×t/2。为使钢板桩结构受力平衡，则必须水平方向受力平衡，同时所有力对A点的力矩之和为0，则有：
　　
　　经整理后，钢板桩入土深度为：，把相关参数代入入土深度公式之后可计算出，钢板桩最小入土深度为1.2米。最后，考虑到受力模型的不完全性因素，通过加入安全系数法来提高结构安全性，因此，钢板桩最后计算入土深度为3米，可满足钢板桩围堰结构的稳定性要求，加上开挖深度4米，最后各钢板桩长度为7米。
　　4.2钢板桩围堰施工
　　4.2.1钢板桩围堰的合拢
　　合拢是钢板桩围堰施工的技术难点，要求从合拢点选择，钢板桩下沉的垂直度，施打合拢钢板桩等都有严格要求。根据工程经验，采用连锁下沉方法可有效降低钢板桩合拢的一些难度。即在钢管板桩下沉前，预先加工好一个“回”字形的内、外导向系统，然后把钢管板桩逐一合拢就位，再按顺序依次锤击下沉钢板桩。具体施工方法是：

　　（1）合龙点选择。合龙点宜选择在地质条件好且水位较浅处，以保证法向和轴向倾斜度，方便钢板桩合拢施工。
　　（2）合龙口处钢板桩垂直度的控制。从下沉钢板桩开始就每下沉一根就测量其法向和轴向的倾斜度，若出现倾斜时就根据误差累积规律，对以后的钢板桩下沉予以纠正，一般做法是采用异形钢板桩方法，来纠正桩的轴向倾斜度。
　　（3）合龙钢板桩的施打。为了让相邻钢板桩之间能顺利相互咬合，插打前应使合龙钢板桩两侧桩的高度不同，以便合龙钢板桩的锁口先套好高桩，再套好低桩锁口。当锁口套好后，再缓慢施打合龙钢板桩至计算深度。
　　4.2.2钢板桩围堰施工注意事项
　　（1）钢板桩顶端一般会设有吊孔，因此要采用钢板对吊孔进行补强处理。在堆存和搬运钢板桩过程中，严紧钢板桩产生变形，同时要防止锁口损坏。否则将会影响钢板桩合拢后的止水问题。
　　（2）当起吊设备允许时，2至3块钢板桩可组成组合桩，每隔3至6米再用夹具夹紧，组拼时在锁口内填充防水混合料。夹具夹紧后，应采用油灰和棉絮捻塞拼接缝。
　　（3）插打时，为了保证钢板桩的垂直度，必须有准确的导向设备。同时，采取逐根或逐组插打方式，依次循环轮流施打，直到打入设计深度。如果能确保每根钢板桩在施打过程中都有准确垂直度，则可依次把每根钢板桩一次性施打到设计深度。若发现钢板桩插打过程中出现倾斜，则必须立即予以纠正。
　　5 结论
　　本文系统介绍水中墩施工的钻孔和围堰的施工方法以及一些关键施工技术。同时，提出钢板桩围堰施工技术，工程实践表明，该方法的设计计算方法合理，符合现场施工实际情况，而且达到施工方便快捷、经济节约目的，在类似桥梁的水中墩施工中提供一定的借鉴作用。
　　参考文献：
　　[1]李建阁．浅谈汝河大桥水中墩施工技术[J]．交通科技，2005，（02）：70～71
　　[2]徐东辉．胶济铁路潍河特大桥水中墩施工技术[D]．四川：西南交通大学硕士论文，2006
　　[3]程优敏，黄志刚，沈属军．深水墩钢管板桩围堰施工技术[J]．交通科技，2004，（01）：10～12
　　[3]肖佳鹏．武汉白沙洲大桥南岸水中墩基础施工[J]．桥梁建设，2008，（01）：55～57

《西流湖大桥水中墩施工技术研究》

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