道路桥梁工程中桩基础施工技术讨论

2020-10-12任慧

中华建设 2020年9期

任慧

随着我国经济的不断发展，城市建设发展的速度呈现出前所未有的局面，为了满足人们日益增长的交通、住房、生产需求，城市规模不断扩大，临水建筑工程、水中建筑工程数量也呈现上升趋势，而水中桩基础作为构筑物结构主要承重构件直接承担构筑物上部结构传递的荷载, 其质量直接关系到构筑物使用的耐久性。本文对道路桥梁工程中水中桩基础的主要作用和基础施工技术进行简要探讨，并对施工质量控制要点进行分析，为提高水中桩基础的施工质量提出几点意见。

近年来，大型城市及超大型城市的诞生，长三角、粤港澳大湾区等城市群成为承载发展要素的主要空间形式，我国经济发展的空间结构发生深刻变化。因此，国家进一步加强了基础设施的建设投资力度。而我国是一个国土面积辽阔、地形复杂多样的国家，城市扩大经济圈内存在各类江、河、湖、海，随着城市的发展、经济的发展以及人们在生活环境上的追求，对水中建筑物的技术要求也与日俱增。目前，施工工程设备、技术已经得到很大发展，但是在精细化、数据化施工控制技术方面仍存在许多不足。其中，临水或水中的桩基础包括港口工程桩基、码头桩基、桥梁桩基、近海平台桩基、防水围堰的板桩及海边建筑桩基等，属于地下隐蔽工程，容易产生施工质量隐患，特别是在特殊地质区域施工更难控制。

一、水中桩基础的施工方法

（1）按照施工场所不同有围堰筑岛法和水域工作平台法，围堰筑岛法是先修筑好围堰确定施工场地，再在水中吸泥、抽水，然后修筑水域岛或者长堤做桩基施工，此方法多用于浅水桩基础，成本投入较小，施工方法简单，无需大型施工机械，施工技术易掌握，施工安全有保证，施工过程中可以保证工作环境无水或水面静止，有利于施工质量的保证，常用的围堰筑岛类型有土石围堰、木质围堰、钢笼围堰（及竹笼、木笼、铅丝笼）、膜袋围堰等；水域工作平台法是用船或支架拼装建造施工平台，根据平台的定位不同可分为船式、支架式和浮沉世等，有时配合使用定位船、吊船等，在组合的船组中备有混凝土工厂、水泵、空气压缩机、动力设备、龙门吊等施工机具设备，水中支架的安装要满足结构强度、刚度和船只的浮力，保证足够的稳定性。

（2）按照施工工艺不同有灌注桩施工、螺旋钻机施工、泥浆护壁成孔灌注桩施工。灌注桩施工中的灌注桩是一种就位成孔，钢筋混凝土制的或者灌注混凝土制成的桩。施工工艺包括测定桩位、埋设护筒、泥浆制备、清孔、吊放钢筋笼等。这种施工工艺可以适应各种地层，无需接桩，同时在施工过程中的优点非常明显，包括无振动、无挤土、同时噪音较小，在建筑物密集处使用该方法优势较为明显。但是在该工艺成孔时会有大量土渣或者泥浆排出。并且，该工艺对人员操作要求较为严格，后期养护时间长。螺旋钻机施工对施工场地要求较高，但是优点是利用该工艺施工如果由钻头部直接灌注混凝土就不存在处理桩底沉渣问题，成桩效果比较好。流程主要包括定位放线后钻机定位、钻进成孔。利用不同钻头处理不同土层。泥浆护壁成孔灌注桩的成孔方式有正(反)循环回转钻成孔、正(反）循环潜水钻成孔、冲击钻成孔、冲抓锥成孔、钻斗钻成孔等。施工中首先进行平整场地、进行测量放线并埋设护筒等施工准备工作，然后进行钻孔作业及清孔，钢筋笼制作吊装并灌注。

二、水中桩基础的特点和作用

（1）水中桩基础的特点主要有：桩都存在一个环境水对混凝土、刚才与钢筋的请示、腐蚀与磨损问题；由于水下桩基础要承受相当大的水平力，特殊情况下还可能承受船只的碰撞力，所以作用在承台上的合力与垂线的夹角一般很大；由于施工后河床大量冲刷和大量沉淀淤积，水位降低导致桩周土体内有效应力增加等原因可能导致负摩擦力的产生；水中桩基础受水文条件的影响比较明显；

（2）水中桩基础的作用主要是：第一，通过桩把荷载传至水下软土层以下的坚硬的土层或者岩层（如支撑桩或柱桩）；第二，通过桩的表面摩擦阻力把荷载传至土体（如悬承桩或摩擦桩）；第三、为了保证基础的稳定性和可靠性，施工人员将桩打入冲刷层以下或者岸边陡坡层以下的稳定地层中；第四、为了使基础嵌固地基中稳定，要抵抗力矩、水平力或者水平力所产生的基础底的拉力（如抗拉桩）；第五、为了保护水中构筑物被轮船、冰灯漂浮物碰撞（如护桩墙或防撞墩）；第六、为了在不稳定土层中建设基础（不稳定土层如膨胀土层或高压缩性土层一下的稳定土层上）。

三、水中桩基础的施工工艺流程

以灌注桩施工工艺为例，首先需要精准测量放线，接下来搭建围堰或者栈桥与钢平台，再确定钢护筒的尺寸，捶打钢护筒，钢护筒下沉，水下钻孔，钻孔合格后即可清孔，制作安装钢筋笼，水下混凝土灌注，基桩检测，水中承台吊箱安装，封底，抽水，水中承台钢筋施工，水中承台浇筑。

四、水中桩基础的施工控制要点

（1）确定施工方案。水中施工不确定因素较大，施工前准备工作尤为重要。要进行详细的气候、水中环境、周边环境的勘察工作以保证施工现场人员、机械的安全以及施工的质量。在设计施工方案时，要考虑可能发生的突发情况，进行预案，必要时进行演练。

（2）桩位放样。施工作业前，测量人员先要测定桩位，确定桩位测定准确无误后钻孔作业组组长进场，路线及各种构造物的施工放样必须利用GPS-RTK 方法或极坐标法放样，确保护筒中心竖直线与桩中心线重合，平均允许误差为50mm，竖直线倾斜不大于1%。

（3）搭建围堰或者栈桥与钢平台。当水深超过4m时，采用钢板桩围堰。河床覆盖层较厚的沙类土、碎石土和半干性黏土，风化岩层等基础工程，钢板围堰的高度要确保高出施工期间最高水位0.5m 以上。施工栈桥及施工平台的支架由临时墩立柱（钢管桩）、横梁、纵梁、面层木板等部分组成，栈桥上部结构纵梁宜采用工字钢，横梁宜采用槽钢，上面铺设厚度适宜的厚木板，首先进行测量定位放线，在水中标出桩心位置。钢管桩由运输船运至打桩部位。用浮吊吊到桩位插打。为防止桩头在锤击时损坏，打桩前要在桩头顶部放置特制的桩帽，其上直接受锤击应力的部位，放置硬木制减振土垫，打桩时，先用两台经纬仪，架设在桩架的正面及侧面，校正桩架导线杆及桩的垂直度，并保持锤、桩帽与桩在同一纵轴线，然后空打1 ～2m，再次校正垂直度后正式打桩。打桩不能一次完成，当沉至一定深度时必须进行复核沉桩质量，当质量良好时则继续打桩。钢管桩施工中需边打入边焊接。首先将下节管顶部变形、损坏部分修整，上节桩管端部的锈迹、泥砂、水或油污等清除，并打焊接坡口，将内衬箍放置在下节桩内侧的挡块上，紧贴桩管内壁并分段点焊，然后吊节上节管桩，其坡口搁在焊道上，使上下节管桩对口的间隙为2 ～4mm，再用经纬仪校正垂直度，在下节桩顶端外围安装好铜夹箍，最后进行电焊。

（4）护筒埋设。护筒的埋设起到定位、导向的作用，是桩基础施工的重要一环，护筒内水位和泥浆比重使孔内水压力大于孔外水压力，这样可以防止护筒塌陷，护筒内径应比桩径大200 ～400mm，护筒高度应高出水面1.0 ～2.0m，护筒埋设深度应根据设计要求或水文地质情况确定，一般深度宜为2 ～4m，同时还应考虑是否有冲刷影响的河床，如果护筒会受到冲刷影响，应沉入冲刷线以下且不少于1.0 ～1.5m，护筒顶部应焊接加强筋和吊耳，开出水口，钻进过程中为了保证钢护筒的平面位置和垂直度，可设计加工一套导向架，导向架固定在定位桩上并需要经常检查是否发生偏移和下沉，并及时纠正；根据施工地质资料，结合钢护筒的直径和长度，选择合适型号的振动锤。

（5）制备泥浆。在泥浆池内使用红土或者黄土造浆，应用于一般岩石层中时，泥浆应当达到下述指标:相对密度应在 1.2 ～1.4 之间，含砂率应小于4%，胶体率应大于 95%，失水率小于20ml/30 min。

（6）钻孔。第一,检查人员、设备、机具、材料等内容。第二,要求钻机就位后平衡稳定，不得产生位移或者沉陷，开孔的孔位精准；第三,冲锥的钢丝绳与钢护筒中心位置偏差≤2cm，升降锥头时不可碰撞到护壁和孔壁，保持平稳；第四,确保护筒内液面标高高于河水面1m 以上，可以安装水位检测由专人看管，保证足够的水头压力，维护下部空比安全；第五,控制泥浆比重在1.05 ～1.15 之间，钻孔作业必须连续进行，不得中断。对钻孔泥浆进行检测和实验，泥浆比重过大或过小都会对施工安全与质量产生影响。同时控制泥浆粘度在18 ～22s，一般为20s。调节泥浆pH 酸碱度的大小。PH＜7 时，泥浆为酸性，pH酸碱度越小，酸性越强；PH＞7 为碱性pH 酸碱度越大，碱性越强；PH ＝7 时，泥浆为中性。如果pH 酸碱度大于11，则泥浆会产生分层现象，失去固壁作用。

（7）清孔。必须通过施工监理员确认钻孔合格，进行清孔工作。一次清洗利用钻孔的反循环系统的泥浆泵持续吸渣5 ～15min 左右，使孔底钻渣清除干净。一次清孔结束后，迅速拆除钻杆，钻头，安放钢筋笼后下放的导管，开始浇注砼。如孔底沉渣和泥浆性能超出规范要求，进行二次清孔，当沉渣厚度较小时，可用泥浆泵正循环清渣；当沉渣厚度较大时，用反循环方法清渣。最终保证孔底沉渣厚度满足设计要求，确保小于5cm，再进行水下混凝土浇筑工作。

（8）钢筋笼的制作与吊放。钢筋笼制作前应对钢筋进行处理，主要包括除锈、调直等工序。要求主筋中心线和直线的偏差应不大于长度的1%，并不得有局部弯折，根据骨架长度，尽量减少接头和省料的原则配料，主筋应尽量用整根钢筋；对于钻孔桩，宜采用光面钢筋。钢筋骨架为了便于运输，当全长大于12m 时，应分段制作。分段后的主盘筋接头应互相错开并保证同一截面内的接头数目不多于主筋总根数的一半。两个接头的间距应大于50cm；钢筋笼下落过程中要始终保持居中，不可碰撞井壁，下落速度均匀，不宜猛落，同时要始终保持孔内水位不落，还要注意安全。

（9）水下混凝土灌注，灌注时，保持导管插入砼层3 ～6m，最小不得小于2m，最大不得超过10m。抽拔导管应缓慢进行，注意不得急速提升，会导致砼不密实，造成安全隐患。拆除导管前必须用测绳测砼面深度，以决定拆除导管的节数，防止导管拔空；砼灌注应连续进行，中途不得停止。若因某种原因砼不能及时跟上，必须经常提动导管，防止堵管；为了保证桩顶砼质量，砼必须灌注到设计桩顶以上至少1m。砼灌注必须在第一批砼初凝前完成。