李永灿
中国葛洲坝集团路桥工程有限公司 湖北宜昌 443000
摘要：本文通过对福建永梅出省公路龙湖大桥的建设过程中的实际经验，对库区深水V形裸岩河床桥梁桩基施工过程中遇到的难点解决作进一步的总结探析，为后续遇到类似情况下起到借鉴参考作用。
关键词：库区深V形裸岩河床、桩基施工
一、工程概况
福建永梅出省公路龙湖大桥，该桥位于棉花滩水库蓄水形成的大型人工湖泊龙湖景区，棉花滩水库是以发电、防洪为主要功能的大型水库，属不完全年调节水库，库区由于梯级电站的建设与外界不联通，大型船舶不发进入库区水域。
龙湖大桥全长454m，桥面宽23m。主桥为预应力混凝土部分斜拉桥，主梁采用单箱三室预应力钢筋混凝土箱梁，引桥为预制预应力钢筋混凝土T梁。主桥为钻孔灌注桩群桩基础，高桩承台。其中过渡墩（3#墩、6#墩）每个墩为8根桩径1.8m的嵌岩桩，桩长23m；主墩（4#墩、5#墩）单墩为12根桩径2.0m的嵌岩桩，桩长55m~60m。桥梁基础位于库区V形河床上，水深约70m，河床坡度达45度，桥桩位置河床大部分为裸露强度较高的花岗岩，其单轴饱和抗压强度可达120Mpa以上，局部有0.3-0.7m覆盖层。
图1 地质剖面图
二、桥梁桩基施工中遇到的主要难点
（1）钢护筒埋设：钢护筒埋设时，由于桩位处于倾斜河床上，且河床为裸露岩石或者浅覆盖层，造成了钢护筒下放至河床面时，无法插入至河床并斜坡面下滑，导致钢护筒倾斜度偏大、底口未封闭无法造浆冲孔，严重影响了施工进度；
（2）钢管桩垂直度控制：70米水深，钢管桩垂直度很难控制；
（3）桩基施工效率：在高强度花岗岩条件下，桩基钻进速度慢，锤头损伤情况严重；
（4）桩基灌注质量：70米水深，水位高落差且频繁条件下，混凝土的入仓困难，桩基灌注质量风险达；
三、解决措施
3.1 深水倾斜裸岩河床的钢护筒埋设
1、解决措施
深水倾斜裸岩河床的钢护筒埋设时，由于龙湖大桥桩位处于倾斜河床上，且河床为裸露岩石或者浅覆盖层，钢护筒着床时长度达72m，造成了钢护筒下放至河床面时，无法插入至河床并斜坡面下滑，导致钢护筒倾斜度偏大、底口未封闭无法造浆冲孔的情况下，通过采取一系列有效措施加快钢护筒施工。
措施一：为更充分和详细的掌握深水下河床的地形、地质结构，确定可行的、经济的、合理的施工方案，仅仅依靠设计院提供的勘测资料是远远达不到施要求的。借鉴海洋测绘经验和手段，对施工区域水深、地形和地层进行勘测，并建立了三维模型。
措施二：在钢护筒着床后，若桩位处地形较陡且无覆盖层，不要立即采用震动锤插打，以免造成钢护筒沿坡面滑移。应根据河床面的倾斜程度，采取相应措施;钢护筒底口一端与河床最低点面缺口较大，则将钢护筒提起一定距离，采用大直径钻头（钻头直径比钢护筒小、比桩基直径大）预偏至高位裸冲，将河床面冲平后再将钢护筒下放着床，回填片石，采用大钻头正常冲孔跟进；若首次钢护筒着床时发现钢护筒与河床最低点缺口较小，可采用直接填片石，采用大钻头进行扩孔跟进冲孔。
措施三：采用大钻头冲孔至钢护筒底部0.5m-1m时，将钻头提出，采用震动锤震动插打钢护筒顶部，使钢护筒顺着已充好的孔位跟进至孔底；如此反复跟进，确保冲孔过程不漏浆为止；在震动跟进过程中，钢护筒底口容易出现卷边现象，为减少此类事情的发生，在钢护筒底端1.5m地方加焊一道加强环板。在震动锤震动跟进时，不要一次开至最大档位，应从小档至高档循序渐进进行，且时刻关注钢护筒垂直度。
措施四：由于部分河床为碎块状岩层，导致钢护筒已跟进较深时仍然漏浆，此时应立即停止跟进，在钢护筒孔内抛投水泥进行人造护壁；抛投水泥时利用锤头进行孔内搅拌后停止钻进12小时，待人造护壁初凝后再采用与桩径匹配的钻头进行正常冲孔；
措施五：若人造护壁仍然没有封住底口，还存在漏浆现象，此时应在孔内浇筑水下混凝土，浇筑的水下混凝土应进入钢护筒至少1m，待混凝土初凝后，采用与桩径匹配的钻头进行正常冲孔；
2、 深水倾斜裸岩河床的钢护筒埋设施工要点
（1）在钢护筒下放过程中，钢护筒垂直度控制在设计规范之内；
（2）钢护筒在运输过程中，钢护筒内部加入十字撑，避免在运输过程中变形；钢护筒底口处需设置加强环板，增加底口处的刚度
（3）倾斜岩面处理前，熟悉地质资料，用测绳或仪器对各桩位进行准确测量，测出单桩的最大高差与倾斜方向；
（4）在钢护筒着床后，若桩位处地形较陡且无覆盖层，不要立即采用震动锤插打，以免造成钢护筒沿坡面滑移。应根据河床面的倾斜程度，采取相应措施;钢护筒底口一端与河床最低点面缺口较大（大于1m），则将钢护筒提起一定距离，采用大直径钻头（钻头直径比钢护筒小、比桩基直径大）预偏至高位裸冲，将河床面冲平后再将钢护筒下放着床，回填片石，采用大直径钻头扩孔冲孔使钢护筒第二次跟进；
（5）钢护筒在施工过程中即作为钻孔桩导向作用，又为下放钢筋笼及施工平台支撑体，因此钢护筒在第一次沉桩着床后需对钢护筒进行第二次跟进，确保钢护筒嵌入河床长度满足设计并保证钻孔不漏浆；
（6）扩孔跟进过程中，一般钻进至钢护筒刃脚距离孔底0.5-1m为宜，然后开始插打钢护筒，使钢护筒缓慢的跟进至孔底，锤击跟进时，钢护筒顶部需焊接保护牛腿。
（7）下放钢护筒导向架的长度尤为重要，原则上导向架越长越好，可有效保证垂直度。
（8）当钢护筒倾斜度较大时，可采用底部牵引或采用起重设备重新提起再下放；
（9）钢管桩之间的连接采用满焊，各加劲板也采用满焊并符合设计的焊缝厚度要求，经现场技术人员检查钢管桩连接焊缝质量合格后方可打设钢管桩；每节钢护筒端部必须双面破口。
（10）在扩孔钻进过程中随时关注钢护筒的自动跟进情况；
（11）在最初钢护筒着床后，不要立即利用振动锤锤击跟进，避免钢护筒沿河床斜面滑移；若钢护筒底部与河床面最低点高差较小（小于1m）时，采用抛投片石后进行扩孔，抛投的片石选用较大体积且岩层强度较硬的片石；抛投的片石需进入钢护筒内部1m以上；
（12）当扩孔深度进入河床最低点大于2m且钢护筒跟进后还出现钻孔漏浆时，停止扩孔跟进，抛投一定量的水泥利用锤头搅拌均匀，静置12小时，再检查是否漏浆；若还出现漏浆情况，浇筑水下混凝土且浇筑混凝土高度需进入钢护筒1m以上，待混凝土凝固后再采用与桩基匹配的锤头进行冲孔；
（13）在震动跟进过程中，钢护筒底口容易出现卷边现象，为减少此类事情的发生，在钢护筒底端1.5m地方加焊一道加强环板。在震动锤震动跟进时，不要一次开至最大档位，应从小档至高档循序渐进进行，且时刻关注钢护筒垂直度。
（14）振动锤与桩头必须拧紧，无间隙或松动，否则振动力不能充分向下传递，影响钢管桩下沉；在振动锤振动过程中，如发现桩顶有局部变形或损坏，及时恢复。
（15）每次使用振动锤锤击跟进时，最后一震打以贯入度不小于2cm/min为宜。
（16）振动锤的型号大小选择比较重要，需根据钢护筒直径、岩层情况等确认；选择小不起作用，选择大了浪费资源。
3.2钢管桩垂直度控制
本项目钢护筒着床时长度为85m，水深约70m，传统导向架无法对钢护筒的垂直度进行一个很好的控制，经过项目人员研究，发明了一种对于此情况下的钢护筒垂直度检测及调整的设备及工艺，解决了超长钢护筒在倾斜裸岩面上的着床和垂直度检测的问题。
工艺原理：钢护筒的垂直度检测装置是通过定位架、测绳和浮球在浮力和重力的共同作用下（定位架大小根据钢护筒内径进行制作，保证测绳底部始终位于钢管桩中心，其减去浮力后的重量，大于或等于浮球的浮力），通过观测浮球位置或测绳与钢护筒的角度来确定钢护筒的垂直度，因测绳足够长，能够直观地反应钢管桩的整体竖直度，在不好直接观察浮球位置时，在浮球内安装角度传感器，通过无线发射装置发送角度信息至接收终端。在钢管桩靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环；在钢管桩内放入钢管桩垂直度检测装置；根据钢管桩垂直度检测装置返回的垂直度信息，用钢管桩缆绳调整钢管桩的垂直度；在钢管桩缆绳的约束下打设钢管桩，直至达到设计深度。
施工工艺主要为：
（1）在已有钻孔平台上测量定位钢护筒的平面位置，并安装导向架；
（2）利用导向架安装钢护筒，并在靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环，钢护筒缆绳与栓缆环连接，拼装接长钢护筒，直至钢护筒的底部接触地面；
（3）在钢护筒内放入钢护筒垂直度检测装置；
（4）通过浮体上或岸边的卷扬机拉紧缆绳；
（5）通过垂直度检测装置返回的垂直度信息，利用卷扬机调整钢护筒的垂直度；
（6）在缆绳的约束下打设钢护筒，直至达到设计深度。
3.3 桩基钻孔效率低
1、施工情况
龙湖大桥地处V型水库内，水深主墩位置达70m，河床为浅覆盖层花岗岩，岩石强度达120Mpa，桩位覆盖层厚度不到1m，倾斜坡度达45度，难度较大。
龙湖大桥实际施工情况为每天进尺0.2-0.6m，几乎每24小时就需加边焊锤1次，每次加边焊锤约4小时，平均单根桩基施工过程中需焊锤3-4次（满焊），每次约3天。桩基施工效率极低，设备损伤巨大，经初步统计，在龙湖大桥80根桩基施工过程中，由于受到地形、地貌、地质、水深等一些列因素的影响，共计损坏冲击钻锤头26个，锤牙若干。
2、解决措施
（1）深水局部造浆+气举反循环清孔+掏渣桶掏渣
通过龙湖大桥不断的探索实践及研究，发现在该类似的施工条件下采用在钢护筒内局部造浆（采用正循环泥浆进行钻孔作业，对钢护筒材质及规格要求较高，施工成本较大，存在施工过程中发生钢护筒破裂等现象），在冲孔过程中采用掏渣桶进行过程掏渣，冲孔到位后再采用气举反循环进行清孔的施工工艺，可加快冲孔速度，加快施工进度。
本桥深水桩基基本为浅覆盖层地质，钢护筒嵌入岩层中，不存在泥浆护壁的的需求，泥浆的存在仅是将岩渣悬浮，避免沉底。花岗岩的密度2.79-3.07g/cm3，在泥浆中的悬浮效果不佳，在实际冲孔中发现大块石被锤成小块，小块变细渣，若长时间不除渣，细渣沉淀至孔底包裹锤头，导致进尺非常缓慢。主墩桩基护筒孔口至桩底最大高度达76m，若采用传统正、反循环方式除渣，不仅需要大量的泥浆，除渣效率也非常低。本项目根据桩长性质和地质特点采用深水局部造浆+掏渣筒掏渣+气举反循环清孔的施工方法，出渣效果好，效率高，节约造价。
（2）其他辅助措施
1、加大掏渣频率。当沉渣过大时，会导致冲孔进展缓慢，因此平均1-2天需掏渣1次。
2、增加备用锤头。锤头补焊有两种，短期补焊锤牙，锤牙整体磨平后，需全部割除后重新满焊锤牙，增加备用锤头后，轮流维护锤头，钻机不停机。
3、锤头、钢丝绳日常勤检查，出现裂缝、断丝及时更换，防止出现掉锤、断锤。
4、夜间作业。桩基冲孔作业24小时作业。
5、尽量选用配套的重型锤头、配置专用的花岗岩锤牙，锤牙分布的样式要根据实际情况做调整。
3.2 桩基混凝土灌注
1、施工难点
龙湖大桥受到水位变化频繁、水位、地形地质、外界条件的影响，桩基施工平台采用的是水上搭设钢平台。平台设置需高于最高水位，再加上自身主墩位置的水深，桩基浇筑时其串桶长度达85米以上，在低水位时，钢护筒内水位与平台下料口至水面有20m高差。
由于库区与外界不通航，施工现场没有大型水上运输设备，不能像其他有条件的项目采用运输船直接运输混凝土，也不能建造水上拌合站；同时受到了地形地貌限制，现场只能修建部分钢栈桥作为码头，浮桥作为通道，且水位变化落差大，钢栈桥至水面浮桥垂直落差最大有22m，故混凝土的运输通道成了关键难题。既要保证混凝土的质量，又要保证混凝土施工的连续性。
以上问题均会对桥梁桩基的混凝土灌注产生较大的质量风险，由于在此类施工条件下，若桩基返工，不但经济损失，且耽误工期，因此在深水桩基灌注时，须严格控制每一步。
2、解决措施
（1）导管必须做水密试验，合格后才能使用，防止浇筑过程中进水离析混凝土。管节的密封橡胶圈和卡槽必须经常检查，老化、破损的及时更换。建议每根桩基做一次水密试验。
（2）混凝土的性能质量是桩基质量控制的关键。混凝土质量需从多方面的入手，主要是在混凝土原材料方面，必须严格控制。每一次浇筑混凝土需提前在实验室进行试拌，到现场必须进行现场试验，确保质量满足要求情况下，方可进行浇筑。
（3）为解决混凝土由混凝土罐车出料口到混凝土泵车受料口垂直输送问题，避免混凝土在此期间产生离析，影响混凝土工作性能，经研究采用了自制混凝土缓冲器，缓降器设计成1m一节，这样就可以通过增减缓降器的长度来适应浮桥与栈桥码头因水位的陡涨陡落造成的高差，使得混凝土在垂直下落后仍有良好的工作性，再通过浮桥上的地泵输送至施工部位，而保证混凝土施工的连续性。
缓降器的结构原理：通过在进料管内壁设置有进料变径管的结构，使管道直径变小，降低了混凝土下落速度；在底板上焊接有纵向及横向加强筋阻挡了混凝土料，使混凝土料短时间停留在底板上，继续下料将击打在底板的混凝土上，使后续下降的混凝土得到缓冲后冲击到出料管右侧管壁，右侧管壁亦加焊有钢筋以减轻右侧管管壁的磨损。混凝土经过进料管左侧管口、左侧底板及出料管右侧管壁的缓冲，改变运动方向，混凝土骨料在缓冲器内碰撞挤压最后又混合，速度降低，减小了骨料的分离，改善了混凝土的和易性。出料管上端开设有盖板门，便于发生混凝土料堆积时的处理。
四、结语
通过对龙湖大桥的建设实践，库区深水V形裸岩河床条件下，桥梁水下基础施工存在很多不可预见性，施工时必须提前预判，采取有效的技术措施，避免或降低其对水下基础施工的影响。本文主要介绍在龙湖大桥施工遇到的难点问题以及多次实践后最终所采用的有效措施，可为后续遇到类似情况下起到借鉴参考作用。
参考文献：
①朱赤； 深水裸岩下的基础施工技术[J];铁道工程学报;1999年01期；
②王爱国；深水裸岩钻孔桩基础施工技术研究与实践[J];铁道标准设计;2002年08期；
③王周俊；南平樟湖库区大桥深水硬质裸岩河床桩基施工中出现的问题及对策[J];福建交通科技；2014年03期；
④申永利；裸岩河床水中墩基础施工技术[J]；世界桥梁;2016年02期；
作者简介：李永灿（1984-），男，汉族，云南昭通人，本科，三峡大学，工程师，主要研究方向：公路桥梁建设