Research on Bridge Water Foundation Construction Technology under Complex Hydrogeological Conditions
余拥华① YU Yong-hua；吴强② WU Qiang
（①安徽升建工程管理有限公司，合肥 230012；②中铁大桥局集团五公司，九江 332001）
（①Anhui Shengjian Engineering Management Co.，Ltd.，Hefei 230012，China；
②The 5th Engineering Co.，Ltd.，MEBC，Jiujiang 332001，China）
摘要：在当代经济社会的推动下，我国桥梁施工技术在理论方面和技术方面都取得了一定的成果。但是在复杂水文地质条件下，桥梁结构的水上基础部分以其独特的隐蔽构型使得我国在桥梁水上的施工过程中经常出现一些难以预料的情况，并给该桥梁工程带来一定的影响。故而我国桥梁水上基础施工技术仍有很大的改善空间。本文平潭海峡公铁两用大桥为例，讨论复杂水文地质条件下的基础施工技术。
Abstract: Under the impetus of the contemporary economy and society, China's bridge construction technology has achieved certain results in both theoretical and technical aspects. However, under complex hydrogeological conditions, the water-based part of the bridge structure, with its unique concealed configuration, often causes some unpredictable conditions in the construction process of bridge water in China, and brings certain impact to the bridge project. Therefore, there is still much room for improvement in the construction technology of bridge foundations in China. Pingtan Strait Rail-Road Bridge is used as an example to discuss the basic construction techniques under complex hydrogeological conditions.
关键词：桥梁水上基础；施工技术；复杂水文地质
Key words: bridge water foundation；construction technology；complex hydrogeology
中图分类号：U442.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）23-0164-03
1 工程概况
平潭海峡公铁两用大桥全长16.34km，基础采用Φ3.0m、Φ4.0m、Φ4.5m大直径钻孔桩，位于元洪航道桥主墩、辅助墩、边墩（里程DK63+685.200～DK64+875.250）及鼓屿门水道桥Z01#边墩（里程DK65+355.750），共计7个墩位94根桩基。元洪航道桥跨布置见图1，鼓屿门水道桥跨布置见图2。
基础中的钻孔灌注桩钻孔是重要工程，本工程采用KTY4000型全液压动力头钻机成孔，导管法灌注水下混凝土施工方法施工，导管采用直径φ外426mm、壁厚12mm的无缝钢管。导管的连接采用丝口状快速接口连接。并在接口之间垫有4～5mm厚的橡胶止水垫圈。在下导管前，采用水密承压和接头抗拉试验，检查其是否损坏，密封圈、卡口是否完好，内壁是否光滑圆顺，接头是否严密。进行水密试验的水压以不小于孔内水深1.3倍的压力，且不小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大压力的1.3倍。以实际孔底标高和孔口架之间的距离来配置需要导管长度，并预留40cm的悬空高度。拼装时要严格检查导管内壁和快速接口表面，确保干净无杂物，变形和磨损严重的导管严禁使用，导管的吊放用130t履带，要确保其居于孔的中心位置，下放速度要慢，防止卡挂钢筋笼骨架。
2 水文地质情况
2.1 地质条件
根据地质报复，施工区域地下均为第四系人工填土，主要为第四系坡积层，地质不良，需要采用深基础。同时，基岩主要是火山岩和花岗岩，由于构造的影响，有些基岩转化成角砾岩，这种基岩有一定的承载力，对于桥梁的建筑有一定的好处。
2.2 水文情况
海坛海峡呈近南北向狭长状，海峡南北两头窄中间宽。根据对平潭海峡大桥工程海域附近4个潮位站及桥位补充测点的实测资料进行分析，表明该海域潮型属正规半日潮，海峡内海流呈往复流形态。根据平潭水文站提供的水文资料，工程海域平均高潮为2.39m，最低的潮位是-1.89m，一年中的平均潮位是4.28m.再根据相关规范中的公式计算得出，桥梁建设地址的设计潮位最低为-3.79m，最高为4.65m，最大的潮差为6.62m。利用潮流实测数据计算分析：2年一遇流速2.69m/s，10年一遇流速2.89m/s，20年一遇流速2.95m/s，流向为51°和231°。
3 复杂水文地质上的基础施工难点分析
我国阶梯状的地形使得自西向东的江河在流入过程中产生巨大的湍流，同时地区受气候影响，其降雨量、岩层，河床构型等方面都存在很大差异，这也就使得我国水文地质呈现出复杂的特异性。故而关于桥梁水上基础施工建设的设计方案也存在很大的区别，给桥梁施工带来了不小的挑战。
3.1 搭建桥梁基础施工平台过程中存在难点
桥梁水上基础施工是一个及其复杂的过程，该过程需要利用多种大型机械设备来辅助施工，又因为水上基础的隐蔽性、地质环境的特殊性以及桥梁施工的复杂性，故而在进行水上基础建设时容易产生裂缝，出现设施崩塌等问题，解决难度也比较大。导致施工人员在搭建桥梁平台时需要就以上因素进行综合考量，以确定平台搭建的位置、规模以及相关设备的存放，这在一定程度上增加了桥梁水上基础建设的复杂度。
3.2 水上基础施工易被内外部因素干扰
外界天气、气候等自然因素的变化以及施工过程中各类非自然因素如机器受损、财务拨款不及时、施工过程偏离工程设计图等问题都会影响桥梁水上基础施工。特别是在一年中河水显著上涨的时期，此时南方降雨量增多，水流量、流速受此影响会产生较大的波动，导致河流面积不断扩展。而且桥梁水上基础施工大多是在地下施工，所以安全隐患很容易被忽略，这些都严重地冲击了施工过程中的水上基础建设，降低了桥梁的稳定指数，给桥梁施工带来很大的挑战，影响整个施工进度。
4 复杂水文地质条件下钻孔平台施工工艺技术
4.1 钻孔平台平面规划
主墩钻孔平台横桥向长114m，纵桥向宽70m，总面积7980m2，分为钻孔区和辅助平台区。钻孔区位于门吊吊重覆盖范围内，上面布置钻机、风压机、泵房、泥浆分离器等设备。辅助平台分为A、B、C三个区，A区、C区和B区两端为施工通道，130t履带吊机可在施工通道内空载走行，A区、C区为130t履带吊机作业区，履带吊机在进入平台所划定的吊装作业区域后方可进行吊装作业。B区哑铃型承台中间的辅助平台为材料及设备堆放区，生产设施布置在辅助平台C区，该侧不考虑船舶停靠，主要布置发电机房、物资仓库、现场值班室及工具存放区等，不布置生活设施。孔平台功能区域划分示意见图3主墩钻孔平台功能区域划分示意。
4.2 钻孔平台技术参数
4.2.1 主力
①结构自重：按实际自重取值。
②龙门吊机：N02#～N06#墩、Z01#～Z06#墩配备200t龙门吊机，主墩吊机跨度为44m，辅助墩及边墩跨度均为36m，自重均为366t，最大吊重200t。N01#墩配备120t龙门吊机，吊机跨度36m，自重154t，最大吊重120t。
③履带吊机：主墩配备130t 履带吊机，130t 履带吊机自重加配重共183t，接触面积为2—7182×1100mm2。150t 履带吊机正吊不超过50t 和侧吊不超过30t，最大吊幅18m，履带吊机仅限在两侧分栈桥上走行及工作。
辅助墩及边墩配备100t 履带吊机，100t 履带吊机自重加配重共133t，接触面积为2—6850×950mm2。100t 履带吊机正吊不超过50t 和侧吊不超过20t，最大吊幅18m，履带吊机仅限在两侧分栈桥上走行及工作。
④钻机荷载：钻机荷载考虑冲击系数为1.1，钻机支撑在平台桁架或钻孔区贝雷梁上。
4.2.2 附加力
①栏杆荷载：按照人行道设计，栏杆的水平推力每米是0.75kN，竖向力每米是1kN。
②行人荷载：2.5kN/m。
③风载：钻孔平台施工状态、工作状态、正常非工作状态和极限非工作状态的允许风力分别为：7 级、20 年一遇风荷载、100 年一遇风荷载，相应风速分别为：17.1m/s、39.8m/s、45.4m/s。
④水流力：10 年一遇流速2.89m/s，20 年一遇流速2.95m/s，100 年一遇流速3.09m/s，流向为51°和231°。水流力按《港口工程荷载规范》进行计算。
⑤波浪力：本桥波浪要素由国家海洋局第三海洋研究所提供，钻孔平台工作状态时波浪要素按10 年一遇取值；钻孔平台非工作状态时波浪要素按20 年一遇取值，钻孔平台极限非工作状态时波浪要素按100 年一遇取值。
⑥堆载：分栈桥堆载须小于1.2t/m2，钻孔区域除冲击钻机外，严禁各类吊机和混凝土搅拌车驶入，施工荷载须小于0.15t/m2。
4.2.3 钻孔平台施工方法
打入桩钻孔平台以元洪航道桥N04#墩介绍其结构形式。元洪航道桥N04#墩平均海床面标高-16.5m，水深约20.7m左右，覆盖层（中砂、粉细砂、淤泥质粉质粘土，局部位置有细圆砾土）平均厚度26.6m，全风化岩层平均厚度4.4m、砂砾状强风化岩平均厚度11.2m。钻孔平台下部结构采用“钢管打入桩”的施工方案，共布置52根?准1500×18mm钢管桩，其中包括4排横桥向1:8斜桩，以减小平台横向位移。钢管桩联结系采用?准600×10mm钢管，上层联结系高程为+7.26m，下层联结系高程为-0.24m。钢管桩顶部设有桩顶分配梁及门吊轨道梁。平台上部结构布置分为两类，辅助区平台采用贝雷梁+混凝土桥面板方案；钻孔区采用整体式平台桁架+钢桥面板方案，整体式平台桁架平面尺寸为42.4×39.7m，桁高3m，采用HN450×200、[25b 、[36b及[40b型钢焊接而成，整个N04#墩钻孔平台共设2个平台桁架。
5 复杂水文地质条件下钻孔基础施工的预防措施
5.1 斜孔、扩孔、塌孔预防及处理措施
安装钻机时，底座必须坚固，不能发生位移，并且在使用过程中，还需要定时的进行检查。本工程采用减压钻进，钻压不得超过钻具重量的一半，速度不宜过快，尤其是要保证钻孔的垂直度。当遇到断层的时候，更需要放慢速度，并及时采用泥浆护臂，避免塌孔，不断保持孔壁的稳定。如果发现塌孔，需要停止工作，塌孔不严重的情况下可以采用改善的泥浆进行护壁。塌孔严重就需要回填，并且超过塌孔的标高，等到泥浆固化后，再提高泥浆比，用较快的速度超过改成，并且保持钻孔的垂直度。
5.2 泥浆渗漏预防及处理措施
加大泥浆比重和粘度，钻头停止工作，补充泥浆保证浆面高度，观察一段时间，如果浆面不再继续下降，可以继续运作钻头。如果漏浆控制措施不明显，则需要在浆液里加锯末，经过循环堵塞孔隙，或减小孔内外水头差，使渗、漏浆得以控制。如果在钢护筒底口漏浆，可以先尝试采用上述措施，然后将钢护筒接长跟进。经过以上一系列措施后仍然不能解决问题，则需要停止工作，用粘土回填，完全堵住漏浆孔，过一段时间后再进行钻孔。
5.3 卡钻、埋钻、掉钻预防及处理措施
采用先进的、适合本项目地质条件的钻孔施工设备。加强钻杆、接头连接质量检查，避免有裂纹或质量不过关的钻具用于本工程施工中，同时钻进施工时要中低压中低速钻进，不得大钻压、高速钻进，减小扭矩。发生卡钻和埋钻时，最好采用冲、吸等方法，将钻头周围土层松动后提钻，并采取必要的措施保持孔壁稳定。
5.4 声测管底堵塞预防措施
控制好焊接工艺的参数，不得烧伤声测管，焊接接长后要仔细检查。声测管安装在钢筋笼上，要固定牢靠，下笼时管内要灌清水，避免探测管底部会有沉淀物，影响结果的准确性。声测管接头焊接要牢固，不得漏浆，顶、底口要封闭严实，严防异物吊入或漏水。
6 结论
综上所述，在泥浆质优、浓度规范以及钻孔技术高的前提下，钻孔桩技术能够满足复杂水文条件下桥梁水上基础施工技术的要求，从而使桥梁工程的质量符合国家标准。同时，还需每个施工人员都能明确自身任务指标以及各类设计指标，做到合理运用理论知识来分析实际情况，并严格遵守相关规范，从而提高国内桥梁水上基础施工建设的总体水平。
参考文献：
[1]刘自明.桥梁深水基础[M].北京:人民交通出版社，2013.
[2]周一桥.桥梁深水基础的新动向[J].公路交通技术，2015（4）．
[3]交通部第一公路工程总公司.公路施工手册：桥涵[M]．北京：人民交通出版社，2017，11． |
