简谈混凝土板河床上便桥管桩水下定位取孔技术

王明峰

（南京市公共工程建设中心，江苏 南京 210019）

南京兴梅路建设工程位于雨花台区梅山桥附近，其中跨秦淮新河主桥施工前需要拆除现状梅山桥。为保证两岸交通通畅，在新桥施工前，需要在桥梁东侧约60 m位置搭设一座临时钢便桥，基础采用直径630 mm钢管桩基础，最大桩长为31 m。钢便桥位于断层破碎带等不良地质体上，20世纪70年代，为防止河水从断层带渗透进入地下采矿区域，在该段河床上浇筑了30 cm厚钢筋混凝土板予以加固、防渗。便桥管桩施工会对河底钢筋混凝土板产生局部破坏，考虑到在水面上测定钻孔位，远比地面上困难得多，为避免钢管桩锤击施工过程中破坏河底混凝土板完整性，防止河水从破碎处渗透进入地下采矿区，造成生产事故，项目技术人员决定在钢筋混凝土板上预开孔。

1 取孔施工重点及要求

（1）减少河水渗透通道，要求开孔直径尽量小，方便插打管桩，同时能够提高管桩插打精度。

（2）开孔后，周边混凝土不被破坏，有利于后期恢复。

（3）严格控制单排管桩孔位相对偏差，确保管桩后期插打垂直度控制及承重梁安装偏差不超过允许范围，减少管桩轴芯受压偏位。

（4）方案技术上可行、经济上合理、工期短、不污染环境。

2 施工工艺

2.1 工艺比选

考虑到上述因素，项目技术人员先后制定了三种施工方案。

2.1.1 隔水开孔法

该方法利用1.8 m大直径钢管，在设计管桩位置，下至河床底部，然后利用高压水枪将管桩内淤泥冲散，并进行水下混凝土浇筑，待混凝土达到强度后，将钢管内水抽干，然后进行干作业取孔，待取孔完成后，拆除钢管。该方法主要有钢管安装及拆除工艺，潜水员配合高压水枪清淤、水下混凝土浇筑和干取孔施工工艺。施工期间，需要6根7.5 m长钢管和1艘50 t浮吊船。该方法需要解决以下问题：①因河床面淤泥较薄，钢管下沉至河床后的稳定性问题；②河道中水下混凝土浇筑时，混凝土运输问题；③因水深较大，抽水后钢管与混凝土连成整体后的抗浮问题；④开孔完成后，出现渗水的问题。基于上述情况，项目技术人员在陆地上将钢管桩封底后，再吊装就位，将先安装钢管后孔内清淤改为先清淤后安装钢管，以解决钢管稳定和混凝土运输问题。管桩抗浮问题采用铁块配重方式予以解决，待每排管桩安装到位后，在管桩系梁上用铁块进行配重，确保每根管桩配重不小于12 t。桩底采取预先在桩底混凝土下预埋注浆管进行防渗，待管桩安装到位后，采用水泥水玻璃浆液进行注浆，用以封堵桩底与河床混凝土板之间空隙。

2.1.2 水上排孔法

在水面搭设浮动平台时，采用地质钻机沿设计管桩周边进行排孔（直径为7～10 cm），采取排孔方案将设计孔位混凝土与周边河床混凝土进行分离，然后再安排潜水员在已分离出的混凝土块上安装锚固件，最后用简易吊车将混凝土块吊装出水。地质钻机取芯是较为成熟的钻孔作业工艺，主要设备为浮箱和地质钻机，所需设备和人员较少。但因本工程水深较大，需要解决排孔精度问题。项目技术人员安排潜水员在水下配合进行定位，以解决排孔偏差问题。在潜水员水下定位前，需将带钻孔位处淤泥采用高压水枪予以清除。

2.1.3 水下开孔法

该方法选用液压驱动型空心钻进行钻孔，水下一次性成孔，成孔直径为80 cm。首先，采用全站仪放出钻孔中心点，由潜水员潜入水下，在中心位置安装钻机定位支架，进行钻孔定位。然后，在固定架上安装固定钻孔设备，并在固定架固定孔位置进行水下钻孔。待混凝土板被钻透后，由潜水员于水下在芯块中间钻孔固定、起吊螺栓，待固定完成后，在起重船的配合下将芯块吊出。该方法主要设备包括一艘定位挖泥船，一套液压驱动型空心钻系统和一副简易型钢定位架。

项目技术人员针对上述三种方案，在技术可行性、安全性、经济性和环境保护四个方面进行了比较，结果如表1。

表1 方案对比分析表

通过对比，项目技术人员最终选择采用液压空芯钻取孔。该设备主要由水下钻机和陆上液压站组成，钻孔过程中采用水冷却钻头，最大可钻直径达100 cm，具有钻孔方向无特别限制、轻便、高效等特点。钻孔期间，利用小型挖泥船作为临时操作平台。

2.2 工艺流程

现场施工分为以下几个步骤：

（1）初步测量定位。水下钻孔定位测量与陆地一般工程施工放样不同，水下钻孔是专用施工船机在水域进行施工的。因便桥钢管桩施工较快，而取孔较慢，因此取孔放样不能等待采用钢管桩施工过程的导向架来辅助，需要利用船舶或自制浮箱。考虑到钻孔前需要清淤，本工程采用挖泥船作业辅助平台配合，配合包括施工放样在内的整个取孔过程。首先，在河道两岸测放出桥梁两个桥台外侧边线，根据该边线方向及沿桥向的距离预估桥墩所在位置，将挖泥船驶到相应位置，然后采用GPS在挖泥船上放出该桥墩最外侧管桩中心点。在桥梁投影面外（距离桥墩最外侧钢管桩约3 m处）的桥墩中心线上抛下浮标。

（2）挖泥船清淤。待初步测放完成后，利用挖泥船自带的挖掘机将两浮标间河床表面上淤泥清理干净，清理宽度不小于6 m，便于后续施工作业。将清理出的淤泥由驳船运至陆地上指定位置晾干后，再进行外运处理。

（3）精确测量定位。清淤后，利用GPS精确放出每个桥墩最外侧的两个桩基础中心点。放样过程中，利用GPS移动站自带的对中杆直接深入河床面上进行放样，调整对中杆的垂直度，以提高放样精确度。待每个点测放完成后，由潜水员在中心点上固定膨胀螺丝，在膨胀螺丝固定后，再利用GPS复测一遍，以防止偏位。最后，利用浮标对这两个点进行标记。

（4）型钢定位架安装。利用简易吊车，在潜水员配合下安装水下支架。水下支架由10#槽钢焊接而成，支架平面宽度为1.2 m，长度为12 m。支架共分为6个区，每个区中心对应一个孔位中心点。每个区的固定位置有6个定位销孔。支架沿长边方向两端及两个区中间位置各设置1个定位耳。将定位架两端区域的中线点与河床上膨胀螺丝固定的点对齐后，采用水下冲击钻沿定位耳孔钻孔，然后逐一沿耳板孔安装膨胀螺丝，最后将定位架固定在河床底板上。

（5）钻孔设备水下安装。钻机固定支架采用10#槽钢焊接，平面宽度为1.2 m，长度为1.5 m。延长度方向槽钢外侧各设置3个定位销，定位间距与水下支架上的定位销孔间距保持一致。在准备钻孔前，将钻机底盘采用螺栓固定在钻机固定支架内的桁架上。安装完钻机钻具，再利用简易吊车，并在潜水员配合下，将钻机、钻具连同其固定支架，利用定位销与水下定位架进行连接。待钻机安装完成后，钻机钻具中心恰好对应孔位中心。

图1 钻孔设备水下安装

（6）水下钻孔。在完成钻机安装后，由潜水员在水下进行检查，确保各处连接牢固。待潜水员浮出水面后，启动液压油泵，向水下钻机提供液压动力，开始进行钻孔作业。在取孔过程中，根据设置在动力设备上压力表的压力变化情况，判断是否完成取孔作业。

图2 水下钻孔

（7）芯样吊移。待混凝土板全部钻穿后，潜水员于水下在芯块中间钻孔固定起吊螺栓，再由简易吊车将芯块吊出。起吊应缓慢进行，防止芯样卡住，必要时由潜水员利用撬棍在水下配合完成。

（8）下一个孔作业。解开定位销，将钻机底盘与前一个孔位处的水下支架分离，再将其与下一个孔位处的支架采用定位销连接，经潜水员确认无误后，开始钻取下个孔。

（9）下一排孔作业。在该排取孔作业全部完成后，潜水员拆除水下支架，利用简易吊车将水下支架吊放至挖泥船上，重复上述步骤，再开始下一排取孔作业。

3 施工要点

（1）清淤。该工程河床上覆盖厚0.5～1 m的淤泥，不仅影响施工作业，淤泥回流还可能危及潜水员人身安全，因此必须先清理河床上淤泥，要确保在淤泥回流后，不影响后续施工及潜水员安全的前提下，将淤泥清理宽度控制在6～10 m之间。

（2）GPS定位技术。根据施工需要，在取孔过程中，先后需要两次定位，一次复测。采用GPS定位技术不仅可以保证精度，而且可以更加方便高效。利用GPS可调对中杆，特别适合水上水下施工放样作业。

（3）水下整排孔位一次性定位技术。对于一排孔位，采用水下定位支架做到一次定位，大大减少了排桩独立定位过程中产生的相对误差，在提高成桩单桩精确度的同时，有效减少了单排桩内桩基之间的相对位置误差，有利于后期管桩插打和主承重横梁的安装，对控制钢管桩轴心受压偏差有显著的效果。

（4）液压空芯钻水下取孔。该工艺采用液压空芯钻水下取孔，一次性成孔，钻孔过程中，潜水员浮出水面，钻机由水面上液压站提供动力，自动完成水下取孔作业，功效高，同时大幅减少潜水员水下作业时间，降低了水下作业的安全风险。

4 特殊情况处理

（1）河床混凝土完整性差。本工程采用液压钻机一次成孔，钻进过程中钻机所承受的各向反力需达到大致均衡，钻机方可顺利钻进。若遇河床混凝土完整性不好，破碎比较严重的情况，该工艺可能不适用，需要根据实际情况重新制定方案，如小钻头（孔径为8～10 cm）排孔取孔法。

（2）河底淤泥流动性大。施工过程中，对于淤泥流动大，很难通过挖掘机进行清淤的位置，可采用大功率泥浆泵放置河床底进行吸泥，将吸出的泥浆存放于岸边泥浆池，最后由泥浆车进行外运处理。

5 禁止作业情况

水下钻孔过程中水是施工的主要影响因素，在通航频繁、流急、水乱的河段施工安全较难保障。

（1）河道水位大幅上涨。施工过程中，遇到河道水位大幅上涨，导致挖泥船清淤困难，清淤后不能满足潜水员作业需要。此时，必须等待水位下降到合适水位后，彻底对河床清淤后再进行作业，不得强令潜水人员冒险作业。

（2）河道水流过大。施工过程中，河道水流过大，危及潜水人员作业安全。此时，只能等待水流降低后再进行作业。

（3）靠近航道作业，有船只通过时。当取孔作业靠近航道，有条件的情况下，申请封闭航道施工。无条件时，利用无船只通过时间段进行作业。当船只通过时，不得作业。

6 结束语

该工艺与其他工艺相比，具备工艺简单、不破坏孔位周边河床底板、成孔速度快、成本低、对水体污染小、不影响河道通航等优点，主要难点在于如何准确在河床上测放出相应孔位，以保证后续钢管桩施工精度。项目技术人员采用型钢定位支架进行辅助定位，有效解决了水下定位难这一问题，为钢便桥桩基插打创造了有利条件。在兴梅路建设工程跨秦淮新河临时钢便桥建成前后，梅山铁矿矿井涌水情况均无明显变化。