橋梁工程水中墩施工技術分析

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摘要：橋梁水墩是整個橋梁工程建設的重中之重，施工質量直接決定了橋梁工程結構的穩定性和耐用性。因此，需要采取有效的技術措施提高跨江大橋工程質量，提高橋梁主體結構的安全性和穩定性。以中交馬東鐵橋梁工程為例，對水中墩下部結構的施工技術進行了研究。

關鍵詞：橋梁工程；水中墩；下部結構

１工程概況與氣象條件

中國交建馬來西亞東海岸鐵路項目四分部８３橋橋梁全長１．４６７ｋｍ，里程范圍為ＣＨ２０２＋２４０．５～ＣＨ２０３＋７０７．３，Ｐ３０和Ｐ３１為水中墩，承臺為多邊形結構，橫向最長為２７．２ｍ，縱向最長為１４．４ｍ，厚度為４ｍ。承臺混凝土方量為１３８７．５ｍ３，混凝土標號為Ｃ４０。采用鋼套箱進行施工。東部濱海帶（主線ＣＨ０＋０００～ＣＨ３４１＋０００）降雨量約為２７５０～３５００ｍｍ，年均氣溫為２５℃～３０℃。需要注意的是降雨通常以伴隨雷暴的形式發生，瞬時降雨量較大，在東部濱海平原帶及中央山地帶的沿河或低洼地區、城區等處均易引發洪澇災害，對擬建鐵路影響范圍較大。

２施工流程

鋼箱（吊箱）拼接平臺施工→鋼箱（套箱）安裝→吊梁安裝→鋼箱（套箱）下降→封底并澆筑混凝土→泵水找平→鋼筋混凝土承臺施工→鋼箱（套箱）拆除。

３水中墩施工技術

３．１鋼套箱施工

鋼套箱由唐山尚來金屬制品有限公司進行專項設計和加工制造，側模板由６ｍｍ的鋼板＋［１０的橫肋＋工２２ａ的豎肋組成，承吊系統由Ｉ４５ａ的主梁＋Ｉ３６ａ的分配梁＋Ｉ３２ａ的端梁組成?？紤]到鋼套箱就位時可能造成傾斜、誤差及變形等問題，鋼套箱內口尺寸每邊放大５０ｍｍ。經計算，鋼套箱抽水后上浮穩定系數為２．２６＞１．１５，鋼套箱最低水位時抗下沉穩定系數為１．５４＞１．１，均滿足要求。３．１．１河床開挖找平經現場實測，Ｐ３０墩位處河床標高為－２．８ｍ，承臺底標高為－２．５０７ｍ，鋼套箱底標高為－４．００７ｍ，地質鉆孔資料揭示套箱底為松散、灰色的粗砂，標準貫入試驗值Ｎ為８。Ｐ３１墩位處河床標高為－２．９ｍ，承臺底標高為－２．６８ｍ，鋼套箱底標高為－４．１８ｍ，地質鉆孔資料揭示套箱底為高度風化砂巖，標準貫入試驗值Ｎ為５０／６０。河床面與承臺底之間的距離均不滿足封底混凝土所需的１．５ｍ空間，擬采用長臂挖機對河床進行挖除整平作業。挖除整平作業之前，先進行地基承載力試驗，根據鋼套箱設計計算要求，河床承載力特征值要求≥６７ｋＰａ，根據試驗結果確定是否需要換填及換填深度，確?；A承載力符合設計要求和封底混凝土順利澆筑。３．１．２鋼套箱拼裝平臺搭設在護筒標高２ｍ處，在順橋向設置１２根Ｉ３２ａ×３０００ｍｍ的牛腿，牛腿頂面標高誤差要＜１ｍｍ，依次安裝第一層８根工字鋼橫梁Ｉ２５ａ，長度為２９．９６３ｍ，第二層１６根工字鋼縱梁Ｉ２５ａ，長度為１７．１５２ｍ。平臺搭設完畢后，由測量人員在拼裝平臺上放出鋼套箱位置，在鋼套箱位置內外兩側采用２０槽鋼鋪出０．８ｍ寬的作業通道，槽鋼與工字鋼之間采用焊接，通道繞套箱一圈布置，在通道外側用?４８ｍｍ鋼管施作臨邊護欄，以保證施工安全。３．１．３鋼套箱的拼裝首先，測量并放樣裝配平臺鋼套箱的平面輪廓和塊分割線，操作時要隨拼裝隨調整。先安裝下層側模板（Ｈ＝１２００ｍｍ），包括臨時支撐。下鋼套箱安裝需要嚴格控制平面的位置、尺寸和垂直位移。經測試符合要求后固定和安裝臨時支架。下層側模板的平面位置和垂直度驗收合格后，開始安裝上層側模板（Ｈ＝５８６７ｍｍ），安裝方法同下層側模板?？紤]到第二層模板高度較高，在未形成閉合成環之前，應在單塊套箱背面用１０＃槽鋼設置兩道斜撐，支撐于支棧橋分配梁骨架上或者安裝平臺工字鋼上，采用焊接固定。橫向和豎向的拼接縫需按照設計安裝兩道封水膠墊，確保鋼套箱接縫處嚴密不漏水。在組裝特定截面時，發現其平面位置的尺寸和垂直度與設計位置的誤差較大時，應重新核對確認加工是否有誤，必要時由廠家負責改裝，組裝時盡量減少較大的累積誤差。確保鋼套箱兩側外壁板垂直度≤１％，以保證合龍段順利嵌入；在一天當中的低溫時段將合龍段嵌入并固定，再用螺栓擰緊，以確保鋼套箱整體尺寸的精度。３．１．４懸吊系統的安裝在拆除鉆孔樁作業平臺之前，將１號、４號、９號、１２號樁基鋼護筒接長至護筒頂標高１１ｍ，接長時先對２０ｍｍ厚的鋼護筒進行坡口處理，然后將對接部分與鋼管對齊。對位時，原鋼護管上需要制作擋塊，對位后進行坡口焊接。再以這４個護筒頂為支撐點并下設牛腿，搭設雙拼Ｉ４５ａ型鋼作為主梁，在主梁上安裝扁擔梁和空心千斤頂。接著在其下方通過精軋螺紋鋼反吊雙拼Ｉ３６ａ分配梁，在分配梁上設置雙拼Ｉ３２ａ端梁。懸吊系統主要由空心千斤頂、扁擔梁、主梁、分配梁、端梁和精軋螺紋鋼組成。鋼套箱下放總共設８處吊點，共８根?３２ｍｍ精軋螺紋鋼，安裝之前檢查、調試好空心千斤頂，保證下放順利完成。３．１．５鋼套箱的下放鋼套箱拼裝完畢后，檢查吊裝結構的安全性，鋼套箱起吊上升１０ｃｍ后靜止３０ｍｉｎ，檢查吊裝結構變形及可靠性，并再次檢查鋼套箱頂口的平面位置是否正確（在頂口位置正確的情況下，底口的平面位置可吊垂線）。當吊裝結構穩定良好時拆除鋼套箱拼裝平臺。具體下放步驟如下。１）在平臺上設置圍堰及下位指揮平臺，負責收集、分析各施工階段的技術信息，發布操作規程。２）上扁擔梁精軋螺紋鋼螺帽擰至距千斤頂頂面１７ｃｍ處，千斤頂供油起頂。３）下扁擔梁精軋螺紋鋼螺帽擰至標記好的１５ｃｍ處，每次下放行程嚴格按１５ｃｍ控制。４）千斤頂收回油缸，鋼套箱下放。５）完成一次下放行程后，擰緊下扁擔梁精軋螺紋鋼螺母。６）重復上述２）～５）步驟直到鋼套箱下放完成。過程中需注意以下事項：①注意千斤頂的同步，每下降１ｃｍ報一次數，以保證下降同步，如果圍堰下降時有５級強風，應立即停止作業，加強現有結構穩定性，以確保安全；②鋼套箱放置完畢后，根據復測結果稍微調整位置，以保證鋼套箱位置符合要求，垂直調整采用鋼臂千斤頂進行微調，水平調整采用導向架螺絲進行微調，在調整過程中加強監控，確保鋼套箱位置偏差符合要求［１］；③鋼套箱下放到位及位置復核完成后，拆除端梁、分配梁、主梁以及臨時支撐，完成體系轉換。３．１．６鋼套箱內抽水及堵漏、平整底板混凝土封底施工前，再一次測量確認底面標高，符合要求后安排潛水員摸查箱底狀況，針對有缺口的地方用沙袋封堵外側，采用高壓水槍沖洗黏附在護筒外側的泥土。利用鋼套箱拼裝平臺拆除后的材料，在未接高護筒的頂部搭設封底作業平臺，成井字型布置，鋼套箱封堵混凝土采用天泵垂直導管法澆筑完成，導管應進行水密性試驗，準備２個料斗、２套導管，施工過程中，１個料斗澆筑，另一個料斗固定好位置，每套導管１０ｍ長，澆筑順序由兩邊向中間匯聚，擴散半徑為３．５ｍ。第一次澆筑采用頂塞法，在管道安裝過程中，需要在每個接頭上安裝一個橡膠圈。導管放入鋼套箱底部，再抬高２０ｃｍ，首先使用１．５ｍ３收集料斗儲存材料，儲料斗裝滿１ｍ３后將剪球倒入第一批混凝土中?；炷翝仓樞驗橄冗吔呛笾虚g，從邊角澆筑至中間后，再從另一側邊角開始澆筑，再次澆筑至中間。封底混凝土頂部的高度應比平臺底部的高度低２０ｃｍ。水下封堵混凝土達到設計強度后泵送鋼套管。鋼套箱內抽水擬采用２臺大功率離心式潛水泵同時作業。如果在泵送過程中出現泄漏，應采取堵漏措施。封堵完成后繼續泵送直至密封件混凝土表面暴露［２］。

３．２承臺施工

３．２．１鋼筋加工和安裝承臺鋼筋統一在南岸鋼筋加工場加工，利用隨車吊運輸至施工點安裝。鋼架應在外側掛一塊與保護層標號相同的混凝土墊板。墊板按每ｍ２４個或更多的梅花形墊塊進行排列，使鋼保護層的厚度符合設計需求。３．２．２冷卻水管埋設承臺冷卻水管層間間距、距離承臺上下頂面、冷卻管水平間距均為１ｍ，每層水管位置和高度可根據承臺內鋼筋布置適當調整，冷卻水管采用熱傳導性能較好、公稱直徑４８ｍｍ的標準鑄鐵水管，在埋設和灌注過程中，應防止冷卻管道泄漏和撞擊導致的損壞。水管接頭應彎頭，保證連接嚴密并用冷膠布包裹以防止漏水。冷凝器的進水口和出水口必須安裝閥門。將?１０ｍｍ鋼筋加工成Ｕ型卡，連接平臺鋼筋時預埋冷卻管，鋼管通過焊接固定在平臺鋼棒上。安裝冷卻循環水管后需要進行水流試驗，確認管道和接頭暢通無阻，無滲漏。在確保接縫處沒有泄漏后可以注入混凝土。大體積混凝土測溫采用埋設測溫傳感器的方法，溫度傳感器頭的垂直位置分別設置為上、中、下３層，深度為距表面３００、７００、２０００ｍｍ處。在２０００ｍｍ處設置５處溫度感應頭，３００ｍｍ和７００ｍｍ處分別設置１處溫度感應頭，傳感器布置應充分考慮結構的幾何尺寸。在混凝土注入過程中觀察混凝土溫度，并記錄混凝土入模溫度。混凝土澆筑１０ｈ后，３ｄ內每２ｈ觀測溫度一次，４～６ｄ內每４ｈ觀測一次，７～１４ｄ內每６ｈ觀測一次，對所有測量點進行編號。如在測溫過程中發現溫差超過２５℃，應及時調整流量、加強保溫或延遲拆除絕緣層。冷卻水管使用完畢后用灌漿堵住孔洞，切掉承臺上表面突出的部分。３．２．３墩身鋼筋預埋墩身鋼筋按設計圖紙施工，待平臺鋼筋及模板安裝完成后開始墩身預埋鋼筋施工。預先留置承臺外面的墩身鋼筋長為１．５ｍ和２．７３５ｍ。因墩身鋼筋留置時間長，墩身鋼筋在混凝土澆筑完成后需涂刷水泥漿進行防護，避免鋼筋長時間露天放置而生銹。墩身鋼筋的加工和安裝按墩身施工工藝有關技術要求進行，埋入承臺內的墩身鋼筋與承臺頂層和底層鋼筋接觸處均應進行綁扎，防止橋墩鋼筋在混凝土注入過程中變形或移位。３．２．４臨時支墩預埋鋼板、塔吊基礎預埋件加工和安裝臨時支墩預埋鋼板、塔吊基礎預埋件嚴格按設計圖和鋼結構加工和焊接規范加工制作。臨時支墩預埋鋼板由總經理部統一采購，塔吊基礎預埋件由塔吊廠家負責提供，現場負責安裝。預埋件材料到場后應細致檢查，確保規格、型號、質量符合設計要求。塔吊設置４個支腿，每個支腿設置８根地腳螺栓，預埋件的幾何位置和尺寸誤差必須在可接受的范圍內。臨時支墩預埋鋼板尺寸為１１００ｍｍ×１１００ｍｍ×３２ｍｍ，在注入混凝土之前，預埋件必須按照圖紙要求進行填充。采用機械和人工配合的方式安裝。測量時應精密定位，如有必要應安裝并固定鋼支架，防止其在混凝土注入過程中接觸或移動，以確保精度和硬度。

３．３混凝土工程

承臺混凝土澆筑擬采用１臺天泵和２臺地泵（１臺備用）及１個自卸料點同時卸料，混凝土澆筑應結合現場實際情況，進一步降低混凝土水化熱，擬采用水平分層、豎向分塊自流滿鋪澆筑方案，分層厚度為３０ｃｍ。嚴格控制混凝土原材料的質量和技術標準，嚴格控制砂石料含泥量，優化混凝土配合比，選用中低熱水泥品種，減少水泥用量，降低水化熱溫升。３．４鋼套箱拆除先拆除鋼套箱外周梁，鋼套箱模板的拆除順序原則上先拆除一塊邊角模板，然后順著一側逐塊拆除。應選擇水位低的時候進行拆除，水下部分由潛水員下水對螺栓進行拆除，水上部分由作業人員通過掛爬梯的形式進行螺栓拆除，拆除順序先水下再水上。確定無障礙后指揮５５ｔ履帶吊吊裝已拆除的鋼套箱模板，運至鋼套箱存放點。３．５墩柱施工１）測量放樣。復測承臺標高，然后按設計圖紙放樣出墩柱邊線，并經測量監理工程師復測合格后用墨線劃出邊線并引出墩柱軸線。２）搭設施工平臺。墩身在進行鋼筋安裝之前，先沿墩身四周搭設施工腳手架作為操作平臺，對鋼管排架四周均設置安全防護網一道，防護網與排架綁扎牢固。腳手架在馬來西亞持證架子工的指導下搭設，搭設完畢后應由持證架子工驗收并掛綠牌方可投入使用。３）墩身鋼筋綁扎。鋼筋加工前，首先將鋼筋表面油漬、漆皮、鱗銹等清除干凈，對彎曲變形的鋼筋進行調直。依據圖紙設計進行下料，彎制加工，并按圖紙鋼筋編號對鋼筋分類編號存放。墩身預埋鋼筋在鑿除接觸面浮漿后用壓力水沖洗干凈，清理掉鋼筋表面的浮漿，然后對鋼筋進行調直。鋼筋在鋼筋加工棚加工成型，用隨車吊運到現場安裝，Ｐ３０和Ｐ３１墩柱高度均為６．５ｍ，主筋為?２５ｍｍ螺紋鋼，接頭位置可設置在同一斷面，但搭接長度需滿足１．４倍搭接長度，可一次安裝到頂。鋼筋接頭采用搭接，搭接要求同承臺鋼筋搭接要求。４）墩柱預埋件安裝。墩頂圍欄附著預埋件：共設置上下２層預埋套筒，層間距為２５ｃｍ，上層預埋套筒距離墩頂１．２７ｍ。安裝時注意預埋套筒之間的相對位置。預留支座錨栓孔，墩柱施工時參照支座圖紙，提前預留出支座錨栓孔。泵管附著預埋件，混凝土輸送泵管依附在鋼管上，每２節與墩身附著以保證泵管的整體性，減小混凝土灌注時的晃動。５）模板安裝。為保證墩柱的外觀和質量，墩柱模板采用組合鋼模板，模板由國內專業模板廠家加工，運輸至馬來西亞。模板安裝之前進行試拼和編號。模板安裝時底部用砂漿塞縫和找平，防止出現漏漿爛根，模板與模板之間用建筑雙面膠帶堵塞板縫，保證澆筑混凝土時無漏漿。６）混凝土澆筑。澆筑混凝土前，應檢查支架、模板、鋼筋和預埋件并做好記錄，符合設計要求后方可澆筑。清理干凈模板內的雜物、積水和鋼筋上的污垢。模板如有縫隙應填塞嚴密，模板內面應涂刷脫模劑。澆筑混凝土前檢查混凝土的均勻性和坍落度。

４結束語

８３橋位于馬來西亞登嘉樓州龍運縣，跨越龍運河，經過對施工方案的緊急反復討論，制定了水中墩施工方案，不僅詳細闡述了施工過程中的技術要點，而且在施工期間采取了各項防護、止水措施，既保證了橋梁施工的安全和質量，又起到了積累經驗的重要作用，能夠為同類型施工提供參考。

參考文獻：

［１］王南昌．橋梁水中墩施工技術［Ｊ］．交通世界，２０２０，２７（３１）：１４０－１４１．

［２］宋洪喜．鄭州黃河公鐵兩用橋主橋施工方案研究［Ｄ］．鄭州：鄭州大學，２０１０．

作者：葉輝元 單位：中交四航局第一工程有限公司