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摘要：现代桥梁，特别是公路桥梁，在充分应用新材料、新技术优势的同时，不断向大跨迈进，出现了一跨过江的趋势，桥梁设计结构以其建设成本低、技术可靠度高、维护简单等优点，使得在跨越水系时越来越多的遇到了深水基础。基于此，本文笔者结合实际工作经验，以实际工程为例，对库区大卵石覆盖层桥梁深水基础施工工法展开详细论述，望借此为相关工作提供参考的依据。
关键词：桥梁工程；库区大乱世覆盖层；深水基础施工工法；分析
1.工程概况
福建省南平延平至顺昌高速公路 A2 标地处武夷山脉东麓山岭重丘区，降雨分布不均匀，河流、溪谷受降雨影响，洪水频发。浆甲大桥横跨位于南平沙溪口水电站上游 3.15 公里的库区，上游为沙溪与富屯溪交汇处，桥址所在位置河面较上游宽，顺桥向水面宽约 380m，水深 28.0m，为内河库区，大型水上专业施工设备无法调配使用。两岸为陡峭坡面，桥梁两端分别与新建大窠山 2 号隧道、岩仔头隧道相连。河床表层为大卵石覆盖层，螺旋管桩、钢护筒的振沉困难，钻孔桩施工护筒底易漏浆，而且近年洪水频发，多种不良因素大大地增加了桥梁基础施工难度。为此，公司成立了课题组开展了“库区大卵石覆盖层桥梁深水基础施工技术”研究，课题于 2013 年 10 月被列入集团公司 2013 年 A 级技术重难工程施工方案预控项目，2014 年列入集团公司科技研究开发计划（项目编号为：2014-09）。课题研究工作从 2013 年 8 月至 2015 年 6 月，历时 23 个月，圆满完成了课题要求的研究内容，达到了预期的目的。
2.库区大卵石覆盖层桥梁深水基础施工工法
2.1工法特点
（1）施工工效高。本工法在大跨度水上作业平台设计与施工中采用预先成孔技术，解决了深水区卵石覆盖层中钢管桩及钢护筒插打难题，减少了钢管桩的插打工作量和施工周期；在深水大直径桩基施工中使用空气反循环抽渣装置，有效地将主墩钻孔桩清孔换浆时间从 7d 降低到 2d，效果显著。
（2）降低成本。本工法分离净化装置的换浆和对泥沙对孔内外水位高差关系的确定，有效解决了在深水条件下，即水深28米以下的大直径桩基钢护筒底漏浆和快速清孔换浆工作。在进行桩身混凝土的灌注时，使用导管提升了对其的控制工作，避免混凝土由于钢护筒底口外泄，有效降低了工程施工成本。
2.2工艺原理
在大卵石覆盖层环境中，钢护筒落至河床后，由于表层大卵石覆盖层的作用，不能对其直接进行振沉工作，这时就需要使用钢护筒穿透卵石层的方式，再进行密集卵石土层的振沉工作。在钻机准备好后，需要先安装半径为0.6米的钻头，放置孔底后，对钻机的平面位置进行调整，确保钻头的边缘和护筒紧紧贴紧。可以使小于等于1.0米的小冲程冲击护筒脚处约5次，随后移动钻机再进行冲击。一遍完成以后，对钢护筒顶标高变化情况进行检查，根据前面的方法对护筒底口进行冲击，直至钢护筒顶标高变化不明显时，可进行振沉施工作业。
2.3操作要点
2.3.1直径 3.2m 钢护筒施工技术
（1）钢护筒的加工
浆甲大桥水中落实钻孔灌注桩的过程中需要借助新购钢板，其往往是在后场实施分卷加工而成的。详细参数如下表1所示：
表1 不同桩径所需钢护筒直径及钢板厚度对照表
钢护筒使用钢板卷成需要的圆筒大小，在接头处焊接方式以双面焊缝为主，提高牢固性。将3-4个接钢护筒对接为整体，可以有效提高施工效率。在进行焊接时需要做到焊接饱满连续，两侧钢板应拼接整齐。
（2）钢护筒的安装
在朴树顶层面板与分配梁的过程中，应当在桩基的确切方位预留出钢护筒安装所需空间。在结束桩基的精确放样工作之后，还要进行钢护筒安装导向架的制作工作。
在放下钢护筒之前，施工人员应当对钢护筒的自身进行精确计算，保证其处于起重设备的最大荷载值之内。若是超出此范围，则应当在底节钢护筒中加设2毫米厚钢板进行封底工作。在下方钢护筒期间，需不断向筒内注水，在护筒内外压力差的作用下完成下沉。
在导向架安装牢固之后，需要对其平面位置和垂直度进行测量，在满足要求后，使用吊车将钢护筒进行下放，下放时需要对钢护筒进行编号，以便后续工作更好掌握河床和钢护筒底部的关系。在钢护筒低端内有达到河床时，需要焊接临时限位措施，以便后续节段的接长作业。
在后续接长工作时，可设置临时平面限位板，限位板设置在已经下方阶段的上口，以便后续已下方对接和后续节段实施对接处理，从而完成钢板的平顺对接任务。实施对接的过程中，焊缝应当以单面焊缝为主，焊接时需要注意焊缝的连续和饱满性，降低由于焊接导致的护筒变形，方面后续工作的进行。
若钢护筒底部能够承受自重且到达河床区域，则立即使用水准仪全方位监测护筒顶口的实际倾斜度，确保其倾斜度在1%的范围以内，如果超过1%，则需要对导向架进行调整，此时使用导向架下榀进行微调，确保护筒顶口倾斜度在范围以内，若护筒顶口在范围以内，则认为钢护筒的倾斜度在范围以内。
（3）钢护筒的振沉
在钢护筒下落至河床以后，由于表层大卵石的作用，不能直接进行振沉工作，需要将钢护筒穿透卵石层。
在钻机准备完成后，需将半径为0.6米的钻头安装在钻机上，并放置在孔底，同时对钻机的平面方位进行适当调整，以确保满足施工要求，确保钻头的边缘和护筒紧紧贴紧。可以使小于等于1.0米的小冲程冲击护筒脚处约5次，随后移动钻机再进行冲击。
初次冲击结束之后，需要严格审查钢护筒标高的实时状况；若是发现中心对称点高差超过了2%，则应当立即停止施工并对冲击的顺利进行恰当调整。遵循上述工艺，反复对护筒底口实时冲击，直至钢护筒缓慢横贯卵石覆盖层。如果在初次冲击结束后发现岗补贴顶标高没有出现明显变化，则表示护筒底口已经插入到密实卵石土层中，应立即实施后续的振沉施工。
钢护筒振沉期间，尽可能选用多夹点式大功率振动锤，并在护筒口标记出2到4个点。虽然这种方式操作起来较为复杂，但能够显著提高钢护筒振沉的质量。
2.3.2冲击钻孔施工中漏浆处理技术
在正循环钻孔桩施工过程中，泥浆的作用主要有以下三点。①维持孔内外水压平衡，避免出现地下水流向孔内从而出现塌孔现象；②在孔壁形成泥浆护壁，防止出现孔壁土体坍塌而造成塌孔现象；③使用较大的泥浆比重，把已破碎的钻渣输送到孔口处，反复进行沉淀与过滤，直至达标。
（1）护筒内外液面差控制
对于桥钻进工序来说，泥浆比重不能低于1.3。这样一方面能够促进泥浆护壁的形成，另一方面也能够为运输悬浮钻渣提高便利。
一般来说，护筒液面低，其对护筒底的影响就比较小；这是较弱土层距离还相对较大，因而孔壁较难出现坍塌的状况。反之，若护筒中液面高，则会导致钢护筒在压力的作用下出现形变，这就需要控制好护筒中的液面高低情况。
在进行钻孔作业之前，需要进行实地抽水测试，如果外面水高于护筒内水面2.5米，钢护筒还没有出现变形情况，由于依旧存在其余因素的限制，施工过程中需要围绕水头差进行合理控制。
为了确保护筒内外液面差始终处于设计规范要求之内，施工单位需要结合实际状况，对现有的泥浆循环系统进行针对性的改进。具体来看，泥浆池实行非施工孔，并其余施工孔中增设一定数量的小型泥浆泵，确保沉淀的泥浆能够被及时排出到施工平台中，借助采取专业的分离技术对泥浆实施过滤处理，最后排放到泥浆池中，再使用7.5KW的泥浆泵将泥浆压入孔底，完成泥浆循环。具体情况见图1。
图1 低浆面泥浆循环系统原理图
（2）护筒底附近河床挤密
在实施造浆钻进作业期间，可以采取干水泥、高稠度浓浆以及稻草等，于护筒出不断实施加料处理，这样能够显著提高护筒底口河床的抗渗性能。
（3）减少施工扰动
在护筒上端，解除护筒和平台上部的连接，使平台的变形不对护筒造成影响。
2.3.3泥浆净化技术改进
因为本桥主墩桩基的直径为280厘米，钢护筒直径为320厘米，孔深为53米，且单孔泥浆量达400m3，再加上河床下分布着大量的云母石英片岩，所以这类岩层在实施钻孔阶段，会出现许多细小粒径粉砂，并留存在泥浆中。所以一定的沉淀与过滤措施极其必要，从而提高钻孔钻进的效率与质量。
对浆甲大桥钻孔桩进行施工的过程中，为了提高泥浆过滤的质量，新增两台新型泥浆净化设备。采取了液体处理能力为 200m3/h的ZX-200 型泥浆净化装置，其滤渣能力一般保持在25到80t/h，分离粒度为 d50 为 0.06mm。投入实际使用发现，清孔换浆作业的时间明显减少，由原本的63小时降低到42小时。
2.3.4空气反循环抽渣装置的应用
气举抽渣装置的使用方法、结构以及工作原理分析：对于钻进终孔后的清孔换浆作业而言，于短时间内降低泥浆的比重难度相对较大；举例来看，若是加水来减小泥浆的稠度，则细小粒径粉砂会大量停留在孔底，从而导致桩底沉渣厚度不达标。而经过实践探究发现，自制空气反循环抽渣装置，能够快速抽出孔底留存的细砂。
这种装置通过通气压缩机借助管道把高压空气压送到抽渣管端部，同时孔底泥浆在压力的作用下沿着抽渣管被抽出，其原理图见图2。随着空气反循环抽渣装置的广泛应用，不仅能够提高主墩钻孔桩清孔换浆的质量，而且大幅缩短所花费的时间。
图2 空气反循环抽渣装置原理图
2.3.5水深 28m 大直径钻孔桩水下灌注混凝土施工技术
（1）导管安装及二次清孔
导管需要在钢筋笼安装完毕后进行安装，正式安装之前需要遵循相关规定对导管的水密性进行严格检测，即开展水密实验。导管安装过程中需要注意的是：丝扣处应当冲洗干净并做好润滑处理，同时检查垫圈的完成度，确保不会出现渗水的状况。导管安装结束正式投入使用前还需要开展水密承压试验。
除此之外，导管安装期间还需要记录安装导管的长度、导管安装的顺序以及编号等基本信息。安装工作结束后，还需要对孔底沉渣的厚度进行二次检查，若不符合相关规定，则需要实施二次换浆清孔，直至达标，并完善封底处理。
（2）封底混凝土灌注
结合相关规定要求来看，首批灌注混凝土的数量必须满足填充导管底部以及导管埋藏深度的需求。具体来看，安排两种不同规格的混凝土罐车，第一车料拌制8m3。先将导管顶端 8m3的料斗灌满用第一辆 8m3罐车放满，第二辆 9m3罐车停至料斗口，在砍球即将进行灌注的同时，需同步在料斗中进行放料，整个放料期间不能露出料斗底口，直到第二辆车中的混凝土排出干净。混凝土灌注之前，首先需要从泥浆池与孔中抽出和封底混凝土数量一样的泥浆，这样可以避免泥浆上升而污染当地的水资源。
（3）水下灌注混凝土
在混凝土灌注期间，施工单位需要组织专门的技术人员落实日常的混凝土埋入深度、混凝土灌注面高度的记录工作，从而为后续拔拆导管提供可靠的理论依据，并对导管埋藏的深度进行适当的调整，将导管埋藏的深度尽可能维持在2到6m之间，避免各种质量问题以及安全事故的出现，从而确保混凝土灌注过程中混凝土能够正常上升。若是混凝土灌注超过设计桩顶标约0.5到1m时，则立即停止施工，这样才能确保桩顶混凝土灌注的质量符合相关规定。
当混凝土灌注快要结束时，因为导管内混凝土柱高度降低，底口内部压力也随之降低，但导管外的泥浆及其所含渣土的稠度却会升高，因此相对密度也较大。若在此种情况下，混凝土顶升出现困难，则可以在空中添加适量水，以稀释泥浆，同时把多余的沉淀土排出，确保混凝土的灌注工作能够顺利完工。为进一步提高顶桩混凝土的质量，桩混凝土灌注应当超过设计标准1米以上。在最后一段长导管即将拔出时，需要放慢拔出速度，避免桩顶沉淀的泥浆压入到导管中聚集成泥心。除此之外，在整个混凝土灌注过程中，都需要把由护筒构成的泥浆池中存在的泥浆及时排出，以免给后续施工造成不良影响并降低混凝土灌注的质量。
3.结束语
本工法通过在浆甲大桥深水基础的施工中，技术方案可行，安全管理措施到位，各工序方案经济合理，工程整体质量优良，浆甲大桥已于 2015 年 8 月实现架梁贯通，为延顺高速公路 2015 年 12 月开通奠定了坚实的基础，在钻孔桩施工过程中，采用泥浆过 滤装置，使每根桩的施工周期减少 4d，全桥节约工期 32d，采用空气反循环抽渣装置，使每根桩成孔换浆作业时间减少 3d，全桥节约 24 天，钻孔桩施工累计节约工期 56 天，共计节约成本 730 万元，经济效益显著。受到了南平延顺高速公路有限责任公司和专家的赞誉。
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论文作者:张晖
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/4
标签：泥浆论文; 导管论文; 混凝土论文; 卵石论文; 深水论文; 钻孔论文; 桥梁论文; 《防护工程》2019年第4期论文;