摘要：以地處河流交匯處的某公路橋梁墩基礎(chǔ)工程為例，研究公路橋梁在河水中進(jìn)行水下墩基礎(chǔ)鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工技術(shù)，通過制作并埋設(shè)高強(qiáng)度鋼護(hù)筒、鉆孔下放鋼筋籠和水下灌注混凝土，完成水下墩基礎(chǔ)鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工。驗(yàn)收結(jié)果表明：灌注樁施工質(zhì)量良好，水下墩基礎(chǔ)鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工技術(shù)具有可行性。

關(guān)鍵詞：水下墩基礎(chǔ)；鋼護(hù)筒混凝土灌注樁；沖擊成孔；光纖溫度測(cè)試

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，公路橋梁建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，特別是在河流、灘涂中施工，技術(shù)要求更加嚴(yán)格。橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整座橋梁的安全和使用壽命，因此研究和發(fā)展先進(jìn)的橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)，對(duì)確保工程質(zhì)量具有極其重要的意義。鋼筋混凝土灌注樁是公路橋梁基礎(chǔ)施工的常用施工技術(shù)，具有簡(jiǎn)便易行、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。但該施工技術(shù)也存在一些明顯的不足，例如容易受到地質(zhì)條件的影響、質(zhì)量控制不易等。

鋼護(hù)筒混凝土灌注樁能適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件和不同的施工環(huán)境，特別適用于地基軟弱、土層較厚、地下水位較高等地質(zhì)情況。由于鋼護(hù)筒的約束作用，混凝土在灌注過程中受到的阻力較小，能夠形成更加密實(shí)的樁體，從而提高灌注樁的承載力。與鋼筋混凝土灌注樁施工技術(shù)相比，鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)和更高的應(yīng)用價(jià)值。本文以某公路橋梁工程為例，對(duì)該工程在河水中實(shí)施墩基礎(chǔ)鋼護(hù)筒混凝土灌注樁的施工技術(shù)展開研究。

1 工程概況

某公路橋梁工程地處河流交匯處，河水較深、流速較快，地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)施工技術(shù)的要求很高。該公路橋梁工程長(zhǎng)度為860m，其中主橋長(zhǎng)243m，副主橋長(zhǎng)205m，引橋長(zhǎng)412m。由于該橋梁基礎(chǔ)工程在河水中進(jìn)行墩基礎(chǔ)施工作業(yè)，其施工難度較大。因此該橋梁基礎(chǔ)工程采用鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行施工。

2 水下墩基礎(chǔ)鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工技術(shù)

2.1 制作并埋設(shè)鋼護(hù)筒

按照施工要求，為了保證鉆孔的垂直度和穩(wěn)定性、防止孔壁坍塌和地表水流入孔內(nèi)，在鋼護(hù)筒埋設(shè)之前進(jìn)行施工準(zhǔn)備，包括場(chǎng)地平整、測(cè)量放樣、材料準(zhǔn)備等，在確定樁位、鋼護(hù)筒內(nèi)徑和埋設(shè)深度后，進(jìn)行鋼護(hù)筒的制作和埋設(shè)[1]。

2.1.1 計(jì)算鋼護(hù)筒內(nèi)徑

需要根據(jù)混凝土灌注樁的設(shè)計(jì)圖紙確定鋼護(hù)筒的內(nèi)徑。鋼護(hù)筒內(nèi)徑計(jì)算公式如下：

（1）

式中：D表示鋼護(hù)筒的內(nèi)徑；d表示設(shè)計(jì)的混凝土灌注樁樁徑；L表示鋼護(hù)筒的長(zhǎng)度；η表示鋼護(hù)筒的傾斜率；ε表示平面位置允許誤差。

2.1.2 計(jì)算鋼護(hù)筒埋深

根據(jù)鋼護(hù)筒內(nèi)外壓力平衡原理，計(jì)算鋼護(hù)筒埋設(shè)深度[2]，以確保鋼護(hù)筒在河水中不會(huì)發(fā)生變形。鋼護(hù)筒埋設(shè)深度計(jì)算公式如下：

（2）

式中：H表示鋼護(hù)筒埋深；h1表示橋梁施工水位到河床表面的深度；h2表示鋼護(hù)筒內(nèi)部水位和施工水位之間差值；δ1表示鋼護(hù)筒內(nèi)部的泥漿容重；δ2表示河水的容重；δ3表示鋼護(hù)筒外部河床土的飽和容重。

2.1.3 鋼護(hù)筒制作

經(jīng)計(jì)算確定鋼護(hù)筒的內(nèi)徑和埋設(shè)深度后，為了確保所采購的鋼材具有較高強(qiáng)度、足夠韌性和耐腐蝕性，滿足工程要求，需確定所用鋼板的材質(zhì)、規(guī)格、厚度和平整度技術(shù)指標(biāo)，然后進(jìn)行備料。鋼板運(yùn)輸?shù)郊庸S后，對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢查驗(yàn)收，合格后投入鋼護(hù)筒制作。

對(duì)鋼板進(jìn)行除銹、除油等清理工作，確保其表面清潔、光滑，以提高卷制效果。按照鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)要求、參照卷板機(jī)卷制能力，經(jīng)計(jì)算確定每個(gè)鋼護(hù)筒的卷制尺寸，并使用裁板機(jī)進(jìn)行剪裁。將剪裁好的鋼板放置在卷板機(jī)上卷制成圓筒。對(duì)卷制好的圓筒進(jìn)行拼裝和焊接，確保其形狀、密封性和強(qiáng)度。對(duì)制作完成的鋼護(hù)筒進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，包括內(nèi)徑和長(zhǎng)度尺寸、焊接質(zhì)量等，確保其滿足施工要求。將檢驗(yàn)合格的鋼護(hù)筒進(jìn)行編號(hào)、碼放，并采用適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸方式將其運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。

2.1.4 鋼護(hù)筒埋設(shè)施工

根據(jù)施工圖紙，確定鋼護(hù)筒埋設(shè)位置并進(jìn)行精確測(cè)量，確保位置準(zhǔn)確無誤。使用鉆機(jī)在定位點(diǎn)進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并確?？妆诠饣?、垂直。將加工好的鋼護(hù)筒使用吊車吊至鉆孔上方，緩慢放入鉆孔內(nèi)。在鋼護(hù)筒放入鉆孔后，使用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵涔潭ㄔ诳椎祝乐蛊湟苿?dòng)或傾斜。在鋼護(hù)筒固定后，應(yīng)及時(shí)回填土并夯實(shí)，確保鋼護(hù)筒的穩(wěn)定性。完成鋼護(hù)筒埋設(shè)后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行定位檢測(cè)，以確保其滿足施工質(zhì)量要求。檢測(cè)內(nèi)容包括與灌注樁設(shè)計(jì)中心的同心度和垂直度以及鋼護(hù)筒穩(wěn)定性等。

2.2 鉆孔和下放鋼筋籠

鉆孔和下放鋼筋籠是整個(gè)公路橋梁水下墩基礎(chǔ)施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于提高樁基的承載力和抗剪切能力具有決定性作用[3]。

2.2.1 沖擊成孔

根據(jù)設(shè)計(jì)要求將鉆機(jī)移動(dòng)到鉆孔位置，采取措施確保鉆機(jī)安裝穩(wěn)定，并將鉆頭調(diào)整到灌注樁設(shè)計(jì)中心的位置并保持垂直度。鉆機(jī)就位后，進(jìn)行沖擊成孔。沖擊成孔是利用鉆機(jī)的沖擊力將土石破碎，形成樁孔。

在這一過程中，控制樁孔的深度和直徑是關(guān)鍵，同時(shí)還需要注意防止發(fā)生塌孔和偏孔等問題。完成沖擊成孔后，進(jìn)行清孔，其目的是確保鋼筋籠能夠順利下放。清孔過程需要嚴(yán)格控制，確?？變?nèi)雜物被徹底清理干凈，然后即可吊放鋼筋籠。

2.2.2 鋼筋籠吊放

鋼筋籠是灌注樁的重要組成部分，其吊放過程需嚴(yán)格控制。應(yīng)確保鋼筋籠的尺寸和質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)置適宜的吊點(diǎn)，選擇相匹配的吊裝設(shè)備。在吊放過程中，應(yīng)緩慢下放鋼筋籠，避免其與孔壁發(fā)生碰撞。在河水中吊放灌注樁鋼筋籠時(shí)，由于水流的沖刷和浮力作用，鋼筋籠容易發(fā)生移位。為解決這一問題，采用扁擔(dān)梁方法對(duì)鋼筋籠[4]進(jìn)行吊裝。

吊放鋼筋籠方法如圖1所示。圖1中，鋼筋籠頂部設(shè)置了多根吊筋和加強(qiáng)筋，與扁擔(dān)梁焊接在一起。在和鋼筋籠焊接成整體后，可增強(qiáng)鋼筋籠的穩(wěn)定性，可確保鋼筋籠的中心處于混凝土灌注樁的中心位置，且不會(huì)因河水的沖刷發(fā)生上浮和下落等問題。然后即可進(jìn)如灌注混凝土工序。

2.3 水下灌注混凝土

2.3.1 灌注量計(jì)算

在混凝土灌注施工之前，需要配制符合設(shè)計(jì)要求的混凝土。由于該橋梁水下墩基礎(chǔ)施工環(huán)境復(fù)雜，為了確?；炷临|(zhì)量符合技術(shù)要求，采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰水泥、卵石、中砂作為混凝土的主要原材料[5]。同時(shí)根據(jù)工程實(shí)際情況，嚴(yán)格控制配合比、水灰比、砂率等關(guān)鍵參數(shù)，以獲得性能優(yōu)異的混凝土。為了應(yīng)對(duì)水下施工的特殊環(huán)境，還需添加緩凝劑、減水劑等外加劑，以提高混凝土的耐久性和穩(wěn)定性。完成混凝土配制后，需計(jì)算混凝土灌注量，其計(jì)算公式[6]如下：

（3）

式（3）中：Q表示每根灌注樁的混凝土灌注量；l1表示灌注樁孔底與導(dǎo)管底端之間的距離；l2表示導(dǎo)管的初次下放深度；r表示導(dǎo)管的內(nèi)徑；H0表示導(dǎo)管內(nèi)部混凝土和外部泥漿壓力平衡時(shí)所需導(dǎo)管下放深度。

2.3.2 灌注與振搗

通過導(dǎo)管和漏斗等工具進(jìn)行混凝土灌注，其中導(dǎo)管采用無縫鋼管制作，鋼管的直徑大約為混凝土樁徑的1/6，鋼管內(nèi)壁應(yīng)光滑、順直，確?；炷恋捻樌嘧ⅰＢ┒穭t為鋼板焊制形成的圓錐形結(jié)構(gòu)，將其底部與導(dǎo)管頂部固定在一起，組成混凝土的灌注裝置。

按照公式（3）計(jì)算得出的灌注量，將混凝土緩慢灌入漏斗，通過導(dǎo)管灌注到樁孔底部。在灌注過程中，應(yīng)控制混凝土的流量和壓力，確保其均勻、連續(xù)地注入到水下結(jié)構(gòu)中。由于水下施工環(huán)境的特殊性，水下灌注混凝土的難度較大，需要克服水下的各種阻力。因此為提高混凝土的密實(shí)度，采用適當(dāng)?shù)恼駬v方式進(jìn)行灌注。

在混凝土灌注到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，停止混凝土灌注，并緩慢拔出導(dǎo)管，等待混凝土冷凝成型，即可形成鋼護(hù)筒混凝土灌注樁，以此提升公路橋梁水下墩基礎(chǔ)鋼護(hù)筒混凝土灌注樁的穩(wěn)固性能。

2.3.3 灌注樁數(shù)量和規(guī)格

該公路橋梁工程主橋、副主橋和引橋共設(shè)有鋼護(hù)筒混凝土灌注樁54根，施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，并在施工結(jié)束后對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，以判斷該施工技術(shù)的可行性。該公路橋梁鋼護(hù)筒混凝土灌注樁數(shù)量和規(guī)格如表1所示。

3 工程驗(yàn)收

為驗(yàn)證本文使用的水下墩基礎(chǔ)鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工技術(shù)在該公路橋梁中的應(yīng)用效果，對(duì)施工結(jié)果進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

3.1 驗(yàn)收方法

采用傳感光纖作為驗(yàn)收設(shè)備。在鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工過程中，先將傳感光纖埋設(shè)在灌注樁內(nèi)，在施工結(jié)束樁身成型之后，對(duì)傳感光纖進(jìn)行定點(diǎn)加熱，沿樁身每隔5m左右取一個(gè)測(cè)點(diǎn)，以檢測(cè)樁身溫升數(shù)據(jù)。通過Sentinel DTS分布式光纖溫度測(cè)試設(shè)備繪制灌注樁的溫升曲線，以此反映灌注樁的完整性。在檢測(cè)灌注樁成樁質(zhì)量時(shí)，本文分別從主橋、副主橋以及引橋這三個(gè)部位的灌注樁中，抽取樁頂標(biāo)高為-10m，樁身長(zhǎng)度為35m的三根混凝土灌注樁，對(duì)灌注樁內(nèi)光纖溫升進(jìn)行記錄。

3.2 驗(yàn)收結(jié)果與分析

按照上述布置內(nèi)容，灌注樁現(xiàn)場(chǎng)檢查驗(yàn)收數(shù)據(jù)，所得灌注樁內(nèi)光纖溫升數(shù)據(jù)，并按照數(shù)據(jù)繪制出灌注樁內(nèi)光纖溫升示意圖。灌注樁內(nèi)光纖溫升示意圖如圖2所示。

從圖2可以看出，該光纖空氣段的溫升速度大于鋼護(hù)筒混凝土灌注樁內(nèi)的光纖溫升速度。這主要是因?yàn)榭諝獗然炷恋膶?dǎo)熱系數(shù)更小，熱量不容易向周圍介質(zhì)傳導(dǎo)，所以空氣段溫升更快。與此同時(shí)，上述3根試驗(yàn)樁在相同加熱功率下，其溫升值幾乎一致，均在2K之下，而且無論樁身長(zhǎng)度為多少，各檢測(cè)點(diǎn)之間的溫升差值不大，均未超過0.5K。由此可以說明，鋼護(hù)筒混凝土灌注樁的密實(shí)度極高，無較大質(zhì)量缺陷，在光纖加熱過程中，因混凝土溫度較低，可吸收熱量，所以各檢測(cè)點(diǎn)上樁身部位的溫差值波動(dòng)趨勢(shì)較為平緩。根據(jù)檢查驗(yàn)收數(shù)據(jù)，可以判斷鋼護(hù)筒混凝土灌注樁的樁身質(zhì)量良好，同時(shí)驗(yàn)證了本文研究的水下墩基礎(chǔ)鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工技術(shù)的可行性。

4 結(jié)束語

本文以某公路橋梁工程為例，對(duì)公路橋梁水下墩基礎(chǔ)鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究，闡述了鋼護(hù)筒混凝土灌注樁施工流程，并對(duì)本文所述施工技術(shù)的有效性和可靠性進(jìn)行了檢查驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明：本文所述施工技術(shù)取得了一些成果、具有應(yīng)用價(jià)值，為今后類似工程提供了有益的參考。隨著科技的不斷進(jìn)步，未來需進(jìn)一步探索更加智能化、自動(dòng)化的橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)，以進(jìn)一步提高施工效率和施工質(zhì)量。

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