桥梁工程水中墩施工技术分析

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摘要：桥梁水墩是整个桥梁工程建设的重中之重，施工质量直接决定了桥梁工程结构的稳定性和耐用性。因此，需要采取有效的技术措施提高跨江大桥工程质量，提高桥梁主体结构的安全性和稳定性。以中交马东铁桥梁工程为例，对水中墩下部结构的施工技术进行了研究。

关键词：桥梁工程；水中墩；下部结构

１工程概况与气象条件

中国交建马来西亚东海岸铁路项目四分部８３桥桥梁全长１．４６７ｋｍ，里程范围为ＣＨ２０２＋２４０．５～ＣＨ２０３＋７０７．３，Ｐ３０和Ｐ３１为水中墩，承台为多边形结构，横向最长为２７．２ｍ，纵向最长为１４．４ｍ，厚度为４ｍ。承台混凝土方量为１３８７．５ｍ３，混凝土标号为Ｃ４０。采用钢套箱进行施工。东部滨海带（主线ＣＨ０＋０００～ＣＨ３４１＋０００）降雨量约为２７５０～３５００ｍｍ，年均气温为２５℃～３０℃。需要注意的是降雨通常以伴随雷暴的形式发生，瞬时降雨量较大，在东部滨海平原带及中央山地带的沿河或低洼地区、城区等处均易引发洪涝灾害，对拟建铁路影响范围较大。

２施工流程

钢箱（吊箱）拼接平台施工→钢箱（套箱）安装→吊梁安装→钢箱（套箱）下降→封底并浇筑混凝土→泵水找平→钢筋混凝土承台施工→钢箱（套箱）拆除。

３水中墩施工技术

３．１钢套箱施工

钢套箱由唐山尚来金属制品有限公司进行专项设计和加工制造，侧模板由６ｍｍ的钢板＋［１０的横肋＋工２２ａ的竖肋组成，承吊系统由Ｉ４５ａ的主梁＋Ｉ３６ａ的分配梁＋Ｉ３２ａ的端梁组成。考虑到钢套箱就位时可能造成倾斜、误差及变形等问题，钢套箱内口尺寸每边放大５０ｍｍ。经计算，钢套箱抽水后上浮稳定系数为２．２６＞１．１５，钢套箱最低水位时抗下沉稳定系数为１．５４＞１．１，均满足要求。３．１．１河床开挖找平经现场实测，Ｐ３０墩位处河床标高为－２．８ｍ，承台底标高为－２．５０７ｍ，钢套箱底标高为－４．００７ｍ，地质钻孔资料揭示套箱底为松散、灰色的粗砂，标准贯入试验值Ｎ为８。Ｐ３１墩位处河床标高为－２．９ｍ，承台底标高为－２．６８ｍ，钢套箱底标高为－４．１８ｍ，地质钻孔资料揭示套箱底为高度风化砂岩，标准贯入试验值Ｎ为５０／６０。河床面与承台底之间的距离均不满足封底混凝土所需的１．５ｍ空间，拟采用长臂挖机对河床进行挖除整平作业。挖除整平作业之前，先进行地基承载力试验，根据钢套箱设计计算要求，河床承载力特征值要求≥６７ｋＰａ，根据试验结果确定是否需要换填及换填深度，确保基础承载力符合设计要求和封底混凝土顺利浇筑。３．１．２钢套箱拼装平台搭设在护筒标高２ｍ处，在顺桥向设置１２根Ｉ３２ａ×３０００ｍｍ的牛腿，牛腿顶面标高误差要＜１ｍｍ，依次安装第一层８根工字钢横梁Ｉ２５ａ，长度为２９．９６３ｍ，第二层１６根工字钢纵梁Ｉ２５ａ，长度为１７．１５２ｍ。平台搭设完毕后，由测量人员在拼装平台上放出钢套箱位置，在钢套箱位置内外两侧采用２０槽钢铺出０．８ｍ宽的作业通道，槽钢与工字钢之间采用焊接，通道绕套箱一圈布置，在通道外侧用ϕ４８ｍｍ钢管施作临边护栏，以保证施工安全。３．１．３钢套箱的拼装首先，测量并放样装配平台钢套箱的平面轮廓和块分割线，操作时要随拼装随调整。先安装下层侧模板（Ｈ＝１２００ｍｍ），包括临时支撑。下钢套箱安装需要严格控制平面的位置、尺寸和垂直位移。经测试符合要求后固定和安装临时支架。下层侧模板的平面位置和垂直度验收合格后，开始安装上层侧模板（Ｈ＝５８６７ｍｍ），安装方法同下层侧模板。考虑到第二层模板高度较高，在未形成闭合成环之前，应在单块套箱背面用１０＃槽钢设置两道斜撑，支撑于支栈桥分配梁骨架上或者安装平台工字钢上，采用焊接固定。横向和竖向的拼接缝需按照设计安装两道封水胶垫，确保钢套箱接缝处严密不漏水。在组装特定截面时，发现其平面位置的尺寸和垂直度与设计位置的误差较大时，应重新核对确认加工是否有误，必要时由厂家负责改装，组装时尽量减少较大的累积误差。确保钢套箱两侧外壁板垂直度≤１％，以保证合龙段顺利嵌入；在一天当中的低温时段将合龙段嵌入并固定，再用螺栓拧紧，以确保钢套箱整体尺寸的精度。３．１．４悬吊系统的安装在拆除钻孔桩作业平台之前，将１号、４号、９号、１２号桩基钢护筒接长至护筒顶标高１１ｍ，接长时先对２０ｍｍ厚的钢护筒进行坡口处理，然后将对接部分与钢管对齐。对位时，原钢护管上需要制作挡块，对位后进行坡口焊接。再以这４个护筒顶为支撑点并下设牛腿，搭设双拼Ｉ４５ａ型钢作为主梁，在主梁上安装扁担梁和空心千斤顶。接着在其下方通过精轧螺纹钢反吊双拼Ｉ３６ａ分配梁，在分配梁上设置双拼Ｉ３２ａ端梁。悬吊系统主要由空心千斤顶、扁担梁、主梁、分配梁、端梁和精轧螺纹钢组成。钢套箱下放总共设８处吊点，共８根ϕ３２ｍｍ精轧螺纹钢，安装之前检查、调试好空心千斤顶，保证下放顺利完成。３．１．５钢套箱的下放钢套箱拼装完毕后，检查吊装结构的安全性，钢套箱起吊上升１０ｃｍ后静止３０ｍｉｎ，检查吊装结构变形及可靠性，并再次检查钢套箱顶口的平面位置是否正确（在顶口位置正确的情况下，底口的平面位置可吊垂线）。当吊装结构稳定良好时拆除钢套箱拼装平台。具体下放步骤如下。１）在平台上设置围堰及下位指挥平台，负责收集、分析各施工阶段的技术信息，发布操作规程。２）上扁担梁精轧螺纹钢螺帽拧至距千斤顶顶面１７ｃｍ处，千斤顶供油起顶。３）下扁担梁精轧螺纹钢螺帽拧至标记好的１５ｃｍ处，每次下放行程严格按１５ｃｍ控制。４）千斤顶收回油缸，钢套箱下放。５）完成一次下放行程后，拧紧下扁担梁精轧螺纹钢螺母。６）重复上述２）～５）步骤直到钢套箱下放完成。过程中需注意以下事项：①注意千斤顶的同步，每下降１ｃｍ报一次数，以保证下降同步，如果围堰下降时有５级强风，应立即停止作业，加强现有结构稳定性，以确保安全；②钢套箱放置完毕后，根据复测结果稍微调整位置，以保证钢套箱位置符合要求，垂直调整采用钢臂千斤顶进行微调，水平调整采用导向架螺丝进行微调，在调整过程中加强监控，确保钢套箱位置偏差符合要求［１］；③钢套箱下放到位及位置复核完成后，拆除端梁、分配梁、主梁以及临时支撑，完成体系转换。３．１．６钢套箱内抽水及堵漏、平整底板混凝土封底施工前，再一次测量确认底面标高，符合要求后安排潜水员摸查箱底状况，针对有缺口的地方用沙袋封堵外侧，采用高压水枪冲洗黏附在护筒外侧的泥土。利用钢套箱拼装平台拆除后的材料，在未接高护筒的顶部搭设封底作业平台，成井字型布置，钢套箱封堵混凝土采用天泵垂直导管法浇筑完成，导管应进行水密性试验，准备２个料斗、２套导管，施工过程中，１个料斗浇筑，另一个料斗固定好位置，每套导管１０ｍ长，浇筑顺序由两边向中间汇聚，扩散半径为３．５ｍ。第一次浇筑采用顶塞法，在管道安装过程中，需要在每个接头上安装一个橡胶圈。导管放入钢套箱底部，再抬高２０ｃｍ，首先使用１．５ｍ３收集料斗储存材料，储料斗装满１ｍ３后将剪球倒入第一批混凝土中。混凝土浇筑顺序为先边角后中间，从边角浇筑至中间后，再从另一侧边角开始浇筑，再次浇筑至中间。封底混凝土顶部的高度应比平台底部的高度低２０ｃｍ。水下封堵混凝土达到设计强度后泵送钢套管。钢套箱内抽水拟采用２台大功率离心式潜水泵同时作业。如果在泵送过程中出现泄漏，应采取堵漏措施。封堵完成后继续泵送直至密封件混凝土表面暴露［２］。

３．２承台施工

３．２．１钢筋加工和安装承台钢筋统一在南岸钢筋加工场加工，利用随车吊运输至施工点安装。钢架应在外侧挂一块与保护层标号相同的混凝土垫板。垫板按每ｍ２４个或更多的梅花形垫块进行排列，使钢保护层的厚度符合设计需求。３．２．２冷却水管埋设承台冷却水管层间间距、距离承台上下顶面、冷却管水平间距均为１ｍ，每层水管位置和高度可根据承台内钢筋布置适当调整，冷却水管采用热传导性能较好、公称直径４８ｍｍ的标准铸铁水管，在埋设和灌注过程中，应防止冷却管道泄漏和撞击导致的损坏。水管接头应弯头，保证连接严密并用冷胶布包裹以防止漏水。冷凝器的进水口和出水口必须安装阀门。将ϕ１０ｍｍ钢筋加工成Ｕ型卡，连接平台钢筋时预埋冷却管，钢管通过焊接固定在平台钢棒上。安装冷却循环水管后需要进行水流试验，确认管道和接头畅通无阻，无渗漏。在确保接缝处没有泄漏后可以注入混凝土。大体积混凝土测温采用埋设测温传感器的方法，温度传感器头的垂直位置分别设置为上、中、下３层，深度为距表面３００、７００、２０００ｍｍ处。在２０００ｍｍ处设置５处温度感应头，３００ｍｍ和７００ｍｍ处分别设置１处温度感应头，传感器布置应充分考虑结构的几何尺寸。在混凝土注入过程中观察混凝土温度，并记录混凝土入模温度。混凝土浇筑１０ｈ后，３ｄ内每２ｈ观测温度一次，４～６ｄ内每４ｈ观测一次，７～１４ｄ内每６ｈ观测一次，对所有测量点进行编号。如在测温过程中发现温差超过２５℃，应及时调整流量、加强保温或延迟拆除绝缘层。冷却水管使用完毕后用灌浆堵住孔洞，切掉承台上表面突出的部分。３．２．３墩身钢筋预埋墩身钢筋按设计图纸施工，待平台钢筋及模板安装完成后开始墩身预埋钢筋施工。预先留置承台外面的墩身钢筋长为１．５ｍ和２．７３５ｍ。因墩身钢筋留置时间长，墩身钢筋在混凝土浇筑完成后需涂刷水泥浆进行防护，避免钢筋长时间露天放置而生锈。墩身钢筋的加工和安装按墩身施工工艺有关技术要求进行，埋入承台内的墩身钢筋与承台顶层和底层钢筋接触处均应进行绑扎，防止桥墩钢筋在混凝土注入过程中变形或移位。３．２．４临时支墩预埋钢板、塔吊基础预埋件加工和安装临时支墩预埋钢板、塔吊基础预埋件严格按设计图和钢结构加工和焊接规范加工制作。临时支墩预埋钢板由总经理部统一采购，塔吊基础预埋件由塔吊厂家负责提供，现场负责安装。预埋件材料到场后应细致检查，确保规格、型号、质量符合设计要求。塔吊设置４个支腿，每个支腿设置８根地脚螺栓，预埋件的几何位置和尺寸误差必须在可接受的范围内。临时支墩预埋钢板尺寸为１１００ｍｍ×１１００ｍｍ×３２ｍｍ，在注入混凝土之前，预埋件必须按照图纸要求进行填充。采用机械和人工配合的方式安装。测量时应精密定位，如有必要应安装并固定钢支架，防止其在混凝土注入过程中接触或移动，以确保精度和硬度。

３．３混凝土工程

承台混凝土浇筑拟采用１台天泵和２台地泵（１台备用）及１个自卸料点同时卸料，混凝土浇筑应结合现场实际情况，进一步降低混凝土水化热，拟采用水平分层、竖向分块自流满铺浇筑方案，分层厚度为３０ｃｍ。严格控制混凝土原材料的质量和技术标准，严格控制砂石料含泥量，优化混凝土配合比，选用中低热水泥品种，减少水泥用量，降低水化热温升。３．４钢套箱拆除先拆除钢套箱外周梁，钢套箱模板的拆除顺序原则上先拆除一块边角模板，然后顺着一侧逐块拆除。应选择水位低的时候进行拆除，水下部分由潜水员下水对螺栓进行拆除，水上部分由作业人员通过挂爬梯的形式进行螺栓拆除，拆除顺序先水下再水上。确定无障碍后指挥５５ｔ履带吊吊装已拆除的钢套箱模板，运至钢套箱存放点。３．５墩柱施工１）测量放样。复测承台标高，然后按设计图纸放样出墩柱边线，并经测量监理工程师复测合格后用墨线划出边线并引出墩柱轴线。２）搭设施工平台。墩身在进行钢筋安装之前，先沿墩身四周搭设施工脚手架作为操作平台，对钢管排架四周均设置安全防护网一道，防护网与排架绑扎牢固。脚手架在马来西亚持证架子工的指导下搭设，搭设完毕后应由持证架子工验收并挂绿牌方可投入使用。３）墩身钢筋绑扎。钢筋加工前，首先将钢筋表面油渍、漆皮、鳞锈等清除干净，对弯曲变形的钢筋进行调直。依据图纸设计进行下料，弯制加工，并按图纸钢筋编号对钢筋分类编号存放。墩身预埋钢筋在凿除接触面浮浆后用压力水冲洗干净，清理掉钢筋表面的浮浆，然后对钢筋进行调直。钢筋在钢筋加工棚加工成型，用随车吊运到现场安装，Ｐ３０和Ｐ３１墩柱高度均为６．５ｍ，主筋为ϕ２５ｍｍ螺纹钢，接头位置可设置在同一断面，但搭接长度需满足１．４倍搭接长度，可一次安装到顶。钢筋接头采用搭接，搭接要求同承台钢筋搭接要求。４）墩柱预埋件安装。墩顶围栏附着预埋件：共设置上下２层预埋套筒，层间距为２５ｃｍ，上层预埋套筒距离墩顶１．２７ｍ。安装时注意预埋套筒之间的相对位置。预留支座锚栓孔，墩柱施工时参照支座图纸，提前预留出支座锚栓孔。泵管附着预埋件，混凝土输送泵管依附在钢管上，每２节与墩身附着以保证泵管的整体性，减小混凝土灌注时的晃动。５）模板安装。为保证墩柱的外观和质量，墩柱模板采用组合钢模板，模板由国内专业模板厂家加工，运输至马来西亚。模板安装之前进行试拼和编号。模板安装时底部用砂浆塞缝和找平，防止出现漏浆烂根，模板与模板之间用建筑双面胶带堵塞板缝，保证浇筑混凝土时无漏浆。６）混凝土浇筑。浇筑混凝土前，应检查支架、模板、钢筋和预埋件并做好记录，符合设计要求后方可浇筑。清理干净模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢。模板如有缝隙应填塞严密，模板内面应涂刷脱模剂。浇筑混凝土前检查混凝土的均匀性和坍落度。

４结束语

８３桥位于马来西亚登嘉楼州龙运县，跨越龙运河，经过对施工方案的紧急反复讨论，制定了水中墩施工方案，不仅详细阐述了施工过程中的技术要点，而且在施工期间采取了各项防护、止水措施，既保证了桥梁施工的安全和质量，又起到了积累经验的重要作用，能够为同类型施工提供参考。

参考文献：

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

［２］宋洪喜．郑州黄河公铁两用桥主桥施工方案研究［Ｄ］．郑州：郑州大学，２０１０．

作者：叶辉元 单位：中交四航局第一工程有限公司