公路桥梁深水桩基础若干问题的探讨

　　公路桥梁深水桩基础若干问题的探讨

　　雷少全

　　核工业长沙中南建设工程集团公司湖南长沙410000

　　[摘要]：文章就公路桥梁深水桩基础勘测设计、施工程序、围堰施工及封底、钻孔灌注桩施工等方面的问题，结合近年来的工程实践进行探讨。

　　[关键词]：桥梁;围堰;钻孔桩;承台

　　一、工程概述

　　近10年来，我国公路桥梁建设取得了巨大成就。大跨径桥梁设计和施工水平已达到或接近国际先进水平。目前，桥梁深水基础的型式虽然多种多样，但桩基础居多。本文拟就深水桩基础的基桩、围堰、封底、承台等方面的设计和施工技术问题，结合工程实际提出一些意见与同行探讨。

　　二、勘测设计方面的问题

　　2.1关于勘测资料

　　桥梁勘测资料是设计和施工的重要依据之一。为了确立科学、合理、安全、经济的深水桩基础施工方案，除通常的地形、地质、水文、气象资料以外，还需要桥位区最高、最低水位，多年统计分月最高、高低、平均水位或一年中低于某一水位保证率90%的延续时间资料，枯、中、洪水期代表性水位下的表面流速平面分布资料，桥轴线上下游各lkm范围内的水下地形、河床覆盖层土质及其厚度等资料。这些，工程招标单位和施工单位都要足够重视。

　　2.2关于基桩

　　近年国内修建的大型拓l水桩基础，大多采用大直径钻孔灌注桩，其最大直径已达5m，最大桩长已达百米以上。就地灌注桩的直径和长度增大，对施工机具设备和施工技术管理提出了越来越高的要求，且其成本也随之增大。笔者认为，除少数场合，例如有条件施工超大直径挖孔桩等外，宜将桩径限制在3m及以下，桩长也以不超过100m为好。否则，不但投入增大，出现意外事故而延误工期.可能还会影响质量。个别工程采用上大下小的变直径桩，浇注水下混凝土时可能在截面变化处造成薄弱环节。若无特别需要，似不宜普遍推广。

　　2.3关于围堰形状、结构和顶、底高程

　　围堰的平面形状应尽可能与承台一致。圆形围堰受力较好，但有时为顾及基桩布置或塔身施工，可能使其直径很大。目前，国内圆形双壁钢围堰外径已达36m。更大直径的圆围堰，可能对一般工程并不适宜。此时，可以考虑圆形围堰增加异形部分，也可以做成矩形、圆锥形或多边形。

　　大型深水桩基础的围堰几乎都是焊接钢结构：根据其工作条件和受力要求，可以是双壁或单壁的，还可以是下部双壁上部单壁的，可以有底也可以是无底的。围堰顶高程只要满足施工期不被水淹即可。一些工程围堰设计顶高程过高，不但徒增造价，在水位差较大的桥址，还可能造成枯水季钻孔施工气举反循环排渣困难。围堰的底高程应按基础受力要求和施工期稳定等要求来确定。当只需满足施工要求时，可以在确保围堰稳定，具有足够的竖向和横向承载能力，能保证合理的封底厚度等条件下，尽可能提高其底高程。

　　2.4围堰嵌岩问题

　　少数工程，设计者要求围堰嵌入岩层一定深度。笔者认为，非受力必需，且无其他方案者，不必嵌岩。一般情况下，“着岩严格清基”即可。

　　2.5关于围堰封底厚度

　　封底是保证抽水干施工的关键。封底厚度主要由两个因素决定：封底混凝土的厚度足够抵抗向上的水压力等荷载而不破坏;封底混凝土提供足够的重力以抵抗围堰内抽干水后所受到的浮力作用。而后一因素往往成为控制因素。笔者认为，考虑抗浮时，应该计及下列有利因素，有上浮趋势时土体对围堰的向下摩阻力;工程桩作用于封底的抗浮作用;围堰下况至岩面时，封底混凝土与岩面结合，造成扬压力作用面积的减小。这些有利因素有时难以定量计算，但至少应作为安全储备来考虑。

　　三、关于施工程序

　　深水桩基础的施工程序，可以分为先下围堰后成桩和先成桩再下围堰施工承台两类。

　　3.1先下围堰后成桩

　　这种方法是在墩位处下沉双壁钢围堰、双壁钢丝网水泥围堰、薄壁浮式钢筋混凝土沉井等形式的围堰，它的优点是技术成熟，安全可靠，成桩作业能在围堰内进行。由于已先下沉围堰，所以基桩被限制为就地灌注的钻孔桩和个别情况下的挖孔桩。

　　3.2先成桩再下围堰施工承台

　　当承台设计底高程距河(海)床较高或进入土层不多，或者因为先下围堰却没有足够工期达到渡洪、渡台要求时，先成桩再下围堰干施工承台就是一种合理的选择。

　　施工钻孔灌注桩的工作平台，一般均采用以钢管桩、混凝土方桩或钻孔钢护筒单独或混凝合支承的固定式水上平台。在一些特殊情况下，也可以采用可移动的水上自升式平台或船舶组拼而成的浮式平台。当用钢护筒兼作平台支承而又未沉达岩面时，必须充分考虑到钻孔过程中护筒发生沉降的可能影响。已成之桩给围堰拼装接高和定位下沉带来了方便，因而可以不另设定位锚碇系统。但是应该考虑围堰传给基桩的水平力对基桩的影响。上述施工程序合理成立的基本条件，是要有适当厚度的覆盖层，承台设计底高程较低。

　　四、取壁钢围堰施工

　　这里讨论的，是指用定位锚碇系统定位下沉的无底双壁钢围堰。通常，这种围堰在高度上被分成若干节，第一节在平面上又被分为若干块。有数个隔船将围堰分成若干个互不连通的水密船室。

　　4.1制造、拼装和接高

　　围堰的分块应该在工厂或工地车间的胎架上以平卧的形式制造，组装后翻身，尽量避免立焊或铆焊，以保证焊接质量。

　　4.2关于定位锚碇系统

　　一般情况下，定位锚碇系统由定位船、导向船以及确定调节它们位置的锚、缆系统和调缆设备组成：根据不同情况，定位锚碇系统的组成可以变化。例如，在有双向水流时，应在上、下游均设定位船;在水流平缓，条件受限之处，可以不设定位船;当围堰体型特别巨大时，可以只设定位船而不设导向船。

　　4.3关于双壁钢围堰下沉允许偏差

　　《公路桥涵施工技木规范》中，未对围堰下层允许偏差做出规定，实际工作中，往往套用浮式沉井下沉允许偏差。考虑到深水桩基础的围堰内壁往往被直接用作承台模板，笔者建议，下沉允许偏差按下述标准控制：围堰下沉深度超过5m者，下沉终了时，其顶面、底面中心与设计中心的偏差，纵、横方向不宜大于围堰高度的1/75，围堰最大倾斜度不宜大于1/100;当围堰无需在覆盖层中下沉、或下沉深度小于5m时，其顶面和底面中心偏差，纵、横方向不宜大于150mm。

　　五、关于围堰封底施工

　　随着深水桩基础规模日益增大，围堰封底的最大仓面积已达1000平米以上，单个围堰封底混凝土量最大达7000立方左右，封底施工组织和技术问题越来越复杂。

　　5.1水下混凝土性能

　　一般来说，围堰水下封底应全断面一次连续浇筑完成，应研究水下混凝土配合比设计，采用低热水泥和良好的骨料级配掺加合格的粉煤灰和适当的外加剂，使混凝土拌合物和易性优良、可泵性好、初凝时间长、坍落度损失小。从而使每一导管两次灌人混凝土的时间间隔延长，整个封底在混凝土初凝前浇筑完成。

　　5.2施工方案

　　在上述混凝土性能的条件下，导管作用半径可达到5.5m甚至更大，这为全断面均匀上升封底创造丁必要条件。但是，当封底仓面积过大，而浇筑强度受限时，如果封底厚度适中，则采用自一端向另一端斜面推进浇筑水下封底的方案，也能获得满意效果。

　　5.3水下不离析混凝土的应用

　　对抽水后工作水头不大的有底钢吊箱围堰，有些情况下封底厚度lm左右即能满足使用要求。但普通水下混凝土首批灌筑时，总有一些被水冲洗而离析，灌筑完成的混凝土顶面也总有一层软弱层存在。因此，实际浇筑厚度要大于计算值才能保证封底质量。

　　5.4关于重新开灌问题

　　多导管大面积水下混凝土封底施工中，可能因某种原因而致个别导管堵塞，或者导管提空导致进水。发生此等情况时，应允许这些导管按首批混凝土灌筑法再次重新开灌。不过，某一导管在浇筑全过程中不应超过2次，每工作班也不应多于2次，每2m混凝土层内亦不应超过2次。

　　六、钻孔灌注桩施工问题

　　6.1钻机选型

　　在一般的覆盖层和岩层中施钻直径1500mm以上的桩孔，应采用气举反循环或泵吸反循环排渣的回转工程钻机。但当钻深超过70m时，笔者认为采用泵吸反循环排渣钻机已不合适，因其排渣能力显著下降，钻进工效显著降低，孔底沉渣清除费时，且可能不彻底。在粒径较大的卵(砾)石地层或岩溶地区，桩径在2500mm以下时，采用冲击钻机或冲击反循环钻机是较好的方案。

　　6.2护筒

　　一般地说，按《规范》埋设护筒是必需的。在先将围堰沉达岩面，清基封底后再行钻孔成桩时，因往往可以清水条件下钻进，故护筒仅达设计桩顶以上0.5m左右即可，而无需到达水面以上。

　　6.3纵向钢筋接头

　　钢筋笼纵向钢筋以往多在现场电焊接长，工效低，对电焊工要求高，质量不易保证。以后，应推广冷挤压套筒连接、等强直螺纹连接等成熟的机械接头型式。

　　6.4关于允许偏差

　　深水桩基础的钻孔灌注桩多为大直径群桩，其设计桩顶在水下数米乃至十几米，施工时必须使用长护筒或护筒顶在深水之下。如此一来，在设计桩顶平面测量，很难将成桩的中心偏差控制在《规范》中所规定的范围之内。建议设计桩顶位于施工水位以下的钻孔灌注桩中心偏差按下述标准控制：中心位置偏差mm应小于等于(10+h/lOO)mm，且不大于桩径的1/10。h为护筒顶至设计桩顶的高度mm。相应的，护筒施工允许偏差建议按下述要求控制：护筒顶部平面位置偏差小于等于50mm,设计桩顶处护筒平面位置偏差不宜大于桩径的1/20,护筒倾斜度不宜大于1/200。

　　七、关于承台施工

　　7.1混凝土配合比

　　大型深水桩基础的承台尺度往往是很大的，混凝土体积最大者达5000立方以上。是典型的大体积混凝土。在进行混凝土配合比设计时，必须进行控制温度裂缝的相关试验研究和设计计算，采取必要的控温防裂措施。混凝土中应允许掺加粉煤灰等活性混合料，其掺量经过试验论证和批准，可突破《规范》中的有关规定，此外，承台在28d龄期时，不会承受全部设计荷载，故建设以60d或90d龄期的强度作为设计强度。当掺入粉煤灰时，后期强度增长较多，按较长龄期强度设计显得更为合理。

　　7.2允许偏差

　　处于最低水位以下的承台，特别是设计将围堰作为模板时，承台的施工偏差难以控制在《规范》中所规定的限值之内。笔者认为.对大型深水桩基础的大体积承台，施工偏差允许值宜适当放宽，可由设计者综合考虑围堰施工偏差，承台偏差对受力的影响，承台边缘与最外基桩的最小允许尺寸等因素.在设计文件中作具体规定。

　　八、结语

　　总之，公路桥梁深水桩基础方面的设计与施工质量的好坏是公路桥梁工程质量的关键。要有针对性的编制施工方案，只有不断的加强完善，善于总结，才能更好地使工程质量提高一个新的台阶。

　　参考文献：

　　[1]李华，公路桥梁深水桩基础研究.北京：人民交通出版社，2004.11

　　[2]谭思良，公路桥梁施工技术探讨.天津：天津大学出版社，2002.9

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