一处硬岩河床流水中桥墩综合施工技术

伍凌波

水中桩基桥墩施工，围堰和筑岛是两种常用的施工方法，而钢板桩围堰更是常用的施工方法。钢板桩围堰的好处在于施工便捷，用时短，钢板桩可以从市场上租用，重复利用适用水深也比筑岛深。缺点是钢材容易变形，重量不足，需要增加支撑结构，组成受力体系，来抵抗水的侧压力和浮力，同时受河床地质影响较大。

一、工程概况

某铁路桥有4座桥墩跨越河流，设计采用圆端形实体桥墩，钻孔桩基础，预制简支箱梁。所在河面宽150m，水中共有四座桥墩，采用桥墩所在地的水深7.5～9.5m。水文特点为：水位常年稳定，不通航，上、下游均有水库，河水流速极缓，堤岸为粉质粘土。

二、施工方案的选定

1.桥墩施工方案

河水中桥墩施工方案的确定，要综合各种因素，全面分析。首先，筑岛方案需要在河水中大量填土，由于当地的环保要求，不能使用筑岛方案；其次河水不具备通航能力，不能采用浮船方案，因此采用技术相对成熟的钢围堰方案。

采用钢围堰方案，遇到的困难就是如何在这种硬质岩表面覆盖砂层的河床上打桩，软砂层持力不足，无法保证钢板桩的稳定，下层又是硬岩，钢板桩难以打入，造成钢板桩的入土深度不足，受力计算不能通过。

2.钢围堰方案

在决定采用那种钢围堰方案，又全面考虑整个工程的相关情况。

（1）从整个标段施工任务考虑，本桥工点附近没有方便通行的桥梁，需要建造一座便桥，才能保证后续施工的顺利进行。既然需要便桥，就把便桥设置在本桥桥址处，这样就可以使围堰和施工便桥结构结合。

（2）由于本桥四座水中墩都是桩基础，纵观整个工程，桥梁全部为桩基础，由于地质均为强风化、弱风化岩层，循环钻机不适用，选定的钻机为旋挖钻机和少量冲击钻机，这就决定了从经济的角度确定4座水中桥墩也采用旋挖钻机。

（3）如何在环保要求较高的地段进行河水中的钻孔桩施工？经比选决定采用长钢护筒法。采用长度超过水深的钢护筒，直达河床，定位后即可在筒内施钻。

3.加固措施

确定了以上两种方案后，再考虑围堰方案，可采用以下加固措施：

（1）充分利用栈桥连接平台来固定围堰，从而分散水压力。

（2）可以利用钢护筒加强水深处围堰的抵抗力。

（3）在不影响工序操作的情况下合理加强围檁和横撑钢结构。

三、施工技术要点

1.先施工栈桥和作业平台

栈桥的基础采用的是钢管桩，直接打到硬岩层。钢管采用φ529×10mm钢管，钢管穿过覆盖层达到硬岩层面，加以纵横型钢分配梁和贝雷梁片，保证6m的桥宽，从而形成自重较大的稳固结构，满足下沉变形和抗冲刷的需求，能安全承载自重120t的旋挖钻机。

以同样的结构横向朝线路侧扩展到四座水中墩位，形成作业平台。作业平台的宽度要满足承台的尺寸加旋挖钻机和吊车、混凝土罐车的作业停放要求。

2.长钢护筒法施工桩基础

根据预先测定的河床底距作业平台的高差，确定使用的护筒长度。在墩位处将作业平台按桩位准确开孔，放入长钢护筒，用打拔机夹持护筒顶部，调整保证垂直度，放入水中，底部直达河床。钢护筒凭自重即可压入淤泥砂。待钢护筒竖向自稳后，检查中心偏位，然后时加力打入风化岩层。采用的打拔机为V-300C振动锤，具有夹持功能，并方便调整垂直度。

一般位置的钢护筒打入深度不宜过深，一般打入1～2m，达到稳定即可。过深则难以拔出，过浅则容易出现后续偏位。上沿和钢作业平台焊死。

钢护筒固定后，旋挖钻机或冲击钻机就位，进行钻孔作业。钻孔灌注后，不保留的桩位，应及时拔出钢护筒。

3.加强用钢护筒的打入

由于本方案利用综合钢结构系统稳定围堰，计划将每座承台的四角桩所用钢护筒用于固定受力，因此每座承台的四角桩应持续打入，打入深度在3～5m，至无法继续打入为止，并在灌桩后保留不拔。

若出现钢护筒长度不足，则需要在作业平台上接长钢护筒。

4.打入钢板桩，加强横撑和围檁

（1）钢板桩打入

钢板桩采用国产Ⅳ型拉森钢板桩，便于采购或租赁，止水性好。一般打桩前先定位导轨，本方案有作业平台可用。在钻孔桩施工完成后，拆除承台范围的作业平台钢板，露出承台作业面，即依据作业面四周焊接固定设计的第一道围檁，然后在围檁与其余作业平台之间打入钢板桩。采用打桩机械手打入钢板桩。插打方法为从上游开始，至下游合龙。打最后一面时，先插合拢后再加力打入。单根桩先利用自重下沉，遇到阻力后再用震动锤加压至桩能稳定，然后打入相邻桩。必须严格控制好第一根钢板桩的垂直度，测量班现场监控，从两个相互垂直方向同时控制。钢板桩打入前，在锁口内填嵌黄油混合料，用于止水。插桩过程中，应做到“插桩正直、分散偏差、有偏即纠、调整合拢”的要点。

（2）抽水和安装围檁

抽水和安装支撑同步进行。钢板桩合龙后，即开始安排潜水泵进行围堰内降水。按照第一道围檁标高进行抽水降低钢板桩围堰内的水位。之后水位下降到露出各道围檁标高下0.5m时，即停止抽水，目的是尽量减少围堰内外的水位高差。搭设临时平台进行焊接，安装围檁和支撑。一般围檁采用双拼工40工字钢，支撑采用D529＊10钢管。工字钢对应支撑的位置，内外翼缘均需要加焊襟板。横撑钢管的端头和接头，均需制作法兰盘。工字钢双拼、斜撑接头、翼缘板加强肋的焊接遵循《钢结构焊接规范》严格要求焊接质量。

支撑可受力后再继续降水，每道围檁均保证水位低于本层围檁0.5m时停止降水，进行围檁安装。以确保水位在下降的过程中，由围檁接替抵消围堰外的水压力。

最终的降水高度要根据计算结果，看是否允许河底抽干。由于河床地质为硬岩，不存在底部隆起风险。降水到最低位后，立即安装底部围檁。

5.加固围堰

降水到最低位后，制作水平两个垂直方向的双拼工字钢，在最低位将围檁与角部钢护筒焊连。连接点上部的护筒予以割除，示意图如图1所示。

图1 加固围堰示意图

6.开挖和封底

根据钢板桩的力平衡计算，确定围堰内可能达到的最低水位。其中岸边的两个墩位实现了干作业开挖。河中两处墩位采用了水下作业，用长臂挖掘机掏渣。开挖过程中都需要用水泵控制水位和及时处理漏水。挖至封底底标高，基坑进行混凝土封底。本方案承台厚度为3m，计算得到的封底混凝土厚度为1m。因此开挖深度要超过承台底。

7.围堰的分步拆除

（1）封底混凝土达到一定强度后后即可割除角部的护筒和连接支撑后，再处理桩头进行承台施工。

（2）承台混凝土完成，拆模后，即拆除承台顶面标高以下的围檁和支撑，向围堰内充水至承台顶标高。

（3）进行移动横撑的工作，将占据墩位的横撑拆除，在桥墩两侧设置横撑以避开桥墩。

（4）桥墩拆模后，即可向围堰内充水至剩余围檁与横撑底标高，然后拆除剩余围檁与横撑。拆除使用气割即可。最后使用打拔机依次拔除钢板桩。

（5）围堰的拆除过程就是伴随施工的进展，依次提高水位，平衡内外水压力的过程，遵循先注水、后撤支撑的原则进行。

四、结语

本四座水中桥墩顺利竣工，说明这种利用钢板桩埋深之上的钢结构相互自稳的做法是有效的。本方案综合利用了钢护筒埋设和水中作业平台的刚度和水压力，在流速缓慢的水深中可以实现钢板桩围堰的稳定。实际观测数据也显示本四座围堰的钢板桩无较大的位移和变形。