桥梁水下墩身施工技术研究

姚洪帅

(河北路桥技术开发有限公司)

1 引言

桥梁水下墩身施工时保证全桥能够顺利完成施工的关键，水下施工砂层较后，砂层渗透性大，容易发生流砂现象，采用合理的施工技术能够满足设计的要求同时节约建设成本。所以要从各个方面入手，桥梁水下墩身施工当中对钻孔施工要求较为严格，钻机在成孔的过程中要保持稳定，其水头高度和泥浆的稠度要满足要求，避免出现坍孔现象。在成孔之后进行混凝土灌注，保证不断桩。虽然目前水下墩身施工技术取得了不少施工经验，但不同项目所处环境不同，所面临的水文和地质条件也千差万别，要结合不同的情况采取不同的施工技术来保证墩身施工的质量。目前，混凝土性能的改善对墩身的质量保证提供了有力的支持，混凝土的缓凝时间和初始强度得到了不同程度的增加这些都有利于桥梁水下墩身的施工。

2 钻孔桩施工技术

2.1 钢护筒施工

在钻孔过程中，护筒能够起到定位、导向的作用，对孔口起到保护作用，同时起到调节水头压力的作用。在水下墩身施工中，河床的空隙率较大，如果钢护筒未穿过致密层，在施工过程中极易导致砂浆的流失，易诱发坍孔事故的发生，另外而回造成灌注混凝土过程中混凝土的流失，导致桩身强度不足，易诱发断桩事故。

钢护筒的长度设计要结合施工现场的地质情况和筑岛面高度初步确定。首先采用人工挖孔方式挖至岛底面以下1 m，将钢护筒人工埋设1 m，同时在护筒周围回填粘土进行夯实，当护筒长度较长时可以采用一次下沉到位，除采用钻头锤击外，可以复制进行人工护筒内挖沙或者高压水枪冲击筒底等辅助措施。

2.2 泥浆

在钻孔之前要进行造浆作业，将原孔道内的清水用泥浆进行置换，常用的造浆采用主要有黄粘土和膨润土等。在钻孔的整个过程中都要保证泥浆性能的稳定，这对成孔质量好坏和护壁的效果有直接影响，当钻杆深度达到5 m左右是要对连接螺栓进行一遍检验，当钻孔中遇到含水量较大的土层时要注意控制钻孔的速度，以免钻杆的晃动，造成孔径的扩大。钻孔过程中要及时清理周围的积土。

2.3 钻孔

钻机就位之后对其进行固定，在施工过程中保证钻孔的平正，不能发生倾斜和移动。为了控制桩孔的深度可以在护筒或钻杆上标记深度，以便记录。在钻孔的过程中要及时观察地质的变化情况，可以通过钻头冲击声音、钻进速度、水头变化和抽渣取样等进行分析，通过现场地质情况变化与勘查设计资料进行对比，从而进一步对岩层性质和下卧层的承载力状况进行评价。

采用冲击钻孔时，当钻头接近护筒底部时，可以再孔内增加粘土并添加适当规格的片石或卵石等，见片石或卵石嵌入孔壁，起到封堵流砂的作用，同时也要保证水头压力的大小，适当增加泥浆的比重。在冲击成孔过程中要避免钻头放空，适当提高收放绳索的频率，及时对泥浆质量进行检查，控制好泥浆比，对出现的问题及时发现，及时改进，保证一次性成孔的质量，过避免出现坍孔和缩孔现象。

2.4 清孔

钻孔达到设计标高之后，要进行清孔作业。清孔的主要目的是尽可能减薄沉淀层厚度，提高孔底的承载能力。在钻孔完成之后要尽快换浆清孔，保证换浆的速度，使得孔内比重大的泥浆何碎石换出，进一步稳定换出的沙率，达到进入孔内和排出孔内的泥浆含沙量相接近。

在清孔完成之后，迅速进行钢筋骨架的吊装，采用固定钢筋何低位钢筋对钢筋骨架位置进行固定，在进行水下混凝土灌注之前要对桩孔进行二次清孔，主要目的是进一步降低泥浆的比重，保证水下混凝土的顺利施工。在清孔的过程中要尤其注意泥浆指标的变化情况，避免泥浆变化过大造成对泥浆护壁的破坏，这个阶段泥浆的比重要控制在1.15～1.2左右。

2.5 桩孔事故处理

坍孔是钻孔中极易发生的事故，其形成原因较多，主要是孔内泥浆流失严重造成水头高度不够引起，另外如果孔内泥浆性能不符合要求，护壁不够坚实或者护筒埋设深度不合适也会导致坍孔的发生，所以在钻孔的过程中一定要保证土层中的空隙渗填密实，使孔道内的水压保持稳定，除此之外还要做好钻头润滑，减小钻头阻力。护筒埋设深度是否合适，对钻孔也有很大的影响，埋设过浅容易产生流砂管涌，埋设过深又会给沉入和拔起带来困难。如果发生坍孔事故，要查明坍孔位置，回填粘土和沙石混合物之后重新钻孔。

3 水下混凝土施工

3.1 混凝土灌注

水下混凝土灌注施工要保证施工的连续性，不能出现中断现象，相比较其他施工要对混凝土质量做好抽检，注意做好施工组织，保证各道工序之间的相互衔接到位，从而缩短混凝土灌注时间。水下混凝土施工具有自身特点，对混凝土无法采用振捣作用，混凝土的摊平和密实主要靠混凝土的自重和泵送混凝土的压力，这就要求水下混凝土要具有良好的施工和易性。在混凝土达到初凝强度之前，如果混凝土流动性不好，容易出现蜂窝和空洞，在一定程度上影响到墩身的质量和耐久性。

水下混凝土浇筑一般为大体积混凝土，大体积混凝土施工要特别注意水化热作用，灌注水泥混凝土之后短时间内在水泥水化热作用下，混凝土内部会集聚大量热量，内外温差过大容易产生裂缝。所以要通过多种途径来解决水下混凝土施工中大体积混凝土水化热作用。在材料方面在满足强度设计要求的情况下尽量选择水化热作用小的水泥，以减缓水化热的发生过程，另外通过在水泥中添加矿渣从实践效果看也能取得不错的效果。另外在不影响混凝土强度的前提条件下可以适当降低水泥用量，为补强混凝土强度可以适当添加一定剂量的添加剂，添加剂能够增大水泥跟集料之间的接触面积，从而提高混凝土内部向外散失热量的速度。

3.2 混凝土灌注事故处理及桩基质量检测

在混凝土灌注之处，要尤其注意封底的质量和成败，为保证封底质量，首批混凝土储备量要充足，导管不能出现悬空，混凝土灌注量要能够将导管口包裹起来，从而避免泥浆从管口进入，为了更好的保证水下混凝土封底质量，需要设置隔水球，灌注之前对导管的长度和气密性进行反复检验，首批混凝土的浇筑导管埋入混凝土的深度要控制在1～4 m左右。

在混凝土浇筑过程中如果导管中的混凝土不满、含有空气或者导管的直径选择过小的话，如果混凝土的灌注速度过快的话容易在导管内部形成气囊，从而堵塞导管，所以在灌注水下混凝土的过程中要注意控制好混凝土的灌注速度，如发现气囊堵塞导管现象要及时采取措施进行处理，可以采用捣杆冲捣将导管中的气囊排出，在后续混凝土灌注过程中就要结合气囊发生状况对混凝土的灌输速度进行适当调整。

另外在桥梁水下混凝土施工中断桩、夹心等也是常见的质量事故，导致断桩的原因较多，而水下施工对掌握着问题都不易发现，需要借助相关的检测设备才能的成桩的质量作出准确的评价，目前对成桩质量的检测方法主要包括:瞬态激振时域频域分析法(别称“小应变检测法”)和声波透射法和大应变测试法.在小应变法检测成桩质量中通过人工敲击混凝土桩而产生冲击波，通过仪器接收波在桩内部的传播图形，通过不同位置处的波形变化情况来对桩有无质量缺陷作出评价，同时可以对混凝土的等级作出较为准确的评价。小应变测试混凝土方法操作简单，检测速度快，对施工现场的要求小，比较适用于直径较小的钻孔桩。对于直径较大的桩可以采用声波透射法，声波透射法是在钻孔桩预留几个声波测试管，通过仪器向外发射超声波，对超声波在不同测管内的传输速度进行采集，根据传输速度的不同来对混凝土质量作出评价，进而对有无断桩和夹心情况作出评价，大应变测试法则是通过将1～2 t的重锤提升到一定高度自由落下，锤击桩头，对桩头产生一个冲击力，通过对桩基反射的冲击波的分析确定桩的承载力。

4 结语

在桥梁水下墩身施工之前一定要做好详细的施工调查工作，明确钻孔位置处地质变化情况，制定合理的施工方案，因为水下墩身施工涉及的工序繁多，参与的机械设备较多，其工程造价相对较高，所以施工过程中要规范施工流程，采用合理的施工技术，保证一次成孔，在整个施工周期内要科学合理组织，积极借鉴先进的工法和施工经验，通过不断成功的水下墩身施工经验为桥梁建设提供积极的参考和借鉴。

［1］罗瑞华.芜湖长江大桥主塔墩大直径双壁钢围堰深水基础施工［J］.公路，2003，(4).

［2］李军堂.芜湖长江大桥双壁钢围堰施工［J］.铁道建筑，2000，(5).

［3］李军堂，戴宗诚.芜湖长江大桥双壁钢围堰大直径钻孔桩施工［J］.公路，2000，(10).