洪屋涡大桥桩基础施工克服潮汐影响的技术
2017-03-20
1 概述
洪屋涡大桥地处沿海地区，上跨洪屋涡水道，主桥部分位于R＝1500m的圆曲线上，部分边跨位于R＝1100m的缓和曲线上，引桥位于R＝1100m的圆曲线和缓和曲线上，主桥（106+182+106）为连续刚构，引桥上部采用预应力混凝土T梁；下部结构主墩采用薄壁墩，引桥采用双柱式桥墩；基础采用钻孔灌注桩基础。高速公路标准，双向八车道，桥宽2×19.85米，通航河道施工。
本桥地处珠江三角洲平原区，地形平坦，主要经过洪屋涡水道及蕉园。桥址上覆第四系人工填筑土、全新统海陆交互相沉积层（淤泥、淤泥质土、沙层）、第四系下更新统河流冲洪积相沉积层（粉质粘土、沙层），第四系残积层（粉质粘土）、下伏基岩为下第三系泥岩、泥灰岩。不良地质为液化土<2－5>粉细砂。液化砂土层<2－5>层分部于大里程一侧，厚4～5m，埋深一般约为3～7m。特殊岩土为软土（<2－2>），<2－2>层埋深一般约为0～10m，厚度5～17m，对桩周摩阻力有较大影响。桥区覆盖层一般厚18～25m；厚薄不均，全风化基岩层缺失，强风化基岩4～8m，弱风化基岩埋深24～27m；基岩风化层遇水易软化，基底为缓倾斜岩层，基底稳定。
桥址区域基本上一年四季都会发生较大的风速，受珠江潮汐的影响，每天有3～4m的波动。潮汐属于不正规半日混合潮，涨潮和落潮历时不等，平均潮差为2.5m。其水上灌注桩施工质量除受地质因素影响外，还受风速、水流、潮汐的影响，而潮汐对施工的影响尤其严重。其潮汐变化高差给水上桩基施工带来极大的破坏力，如果采取处理措施不适当，施工过程中容易发生锚绳断裂、钢护筒冲歪、钻孔漏浆塌孔等事故，严重影响工程质量和经济效益。为保证洪屋涡大桥灌注桩施工质量，现就如何处理潮汐给施工带来的影响进行分析与讨论，并提出其解决方法。
2 潮汐对施工准备的影响
洪屋涡大桥水上灌注桩施工准备工作包括水上施工平台的安装、定位、插打钢护筒。其中潮汐对施工平台、钢护筒影响较大，因此，施工准备过程中对施工平台的平稳控制和插打钢护筒要求较严。
2.1 水上施工平台的平稳控制
水上施工平台一般由浮箱、拼装船与固定、活动梁联结而成，当潮汐变化大、流速超过2m/s时，水上施工平台的横向平衡措施已不能满足稳定要求，自备的锚重量不够，必须增加大锚，防止走锚，并且在施工平台的竖向（流水方向）增加锚重以防潮汐影响施工平台的平衡和稳定。
2.2 钢护筒的插打
插打钢护筒时，应控制好护筒埋设的顶端和底端深度。控制护筒顶端高度的目的是为了提高孔内水位，形成水头(孔内与潮水位之差)，保持孔壁稳定。护筒的顶端应高出涨潮时的最高水位1.5~2.0m以上，并采取稳定护筒水头的措施。防止水头波动过大，影响孔壁完整；控制护筒底端埋设深度主要是防止护筒内水位较高时，护筒脚出现冒水，同时防止在松软的土层中塌孔，减少潮汐变化带来的影响。就孔壁稳定性而言，当孔壁土受到土压力和水压力同时作业时，由于地层的环箍效应，减小了把孔壁土推向钻孔中心的径向压力，而环箍效应作用由地层土的抗剪强度所决定，在松软地层中，地层的环箍效应作用小，所以其他层的孔壁土受到径向压力就大，再加上受潮汐变化的影响，其孔壁的支护应力变化大，钻进过程中很易造成塌孔埋钻事故。因此，当地层为软土、淤泥、砂土等岩土层时，应尽可能使护筒底穿越其土层至少大于3m，以减少潮汐的影响。对有冲刷影响的河床，护筒底端应埋入局部冲刷线以下不少于1.0~1.5m。并在施工过程中，随时测量河床的冲刷变化情况，以便及时在护筒外侧抛填片石，增强护筒抗潮汐能力。
3 潮汐对成孔工艺的影响
灌注桩水上施工，潮汐对成孔过程影响最为突出。当潮汐到来时，会造成钻孔的反向渗漏，当潮汐退后，钻孔内泥浆面下降，漏失量增大，很易造成塌孔并埋钻。为避免这种事故发生，施工过程中主要通过选择成孔工艺，控制水头高度和泥浆指标这三个因素来采取措施。
3.1 选择恰当的成孔工艺
灌注桩施工中，成孔工艺比较普遍的有两种：正循环与反循环。反循环与传统的正循环施工相比较，具有钻进速度快、排渣效果好、清孔效果好等优点。在实际施工过程中，应根据潮汐的变化情况，合理变换成孔方法，可以有效消除潮汐给钻进带来的影响，并保证工期。当潮汐到来时，水面水位升高，造成钻孔的反向渗漏，如果在此时使用反循坏钻进，将会进一步加剧钻孔反向渗漏，影响钻进。因此，在潮汐高潮时应采用正循环钻进，以减轻反向渗漏的程度。而在退潮时，水面水位下降，会造成钻孔的正向渗漏，此时应采用反循环钻进，以减轻正向渗漏的程度。对潮汐稳定期（平潮时），宜采用反循环钻进，可有效提高钻进效率，缩短成孔时间。
3.2 稳定护筒水头差
钻进过程中，根据进尺深度、地层情况、水面水位变化情况有效地控制泥浆的液面高度。当潮汐变化时，一般将泥浆面保持高于水面的一定高度上（一般1.0~1.5m），稳定护筒水头，维持孔壁的稳定性成施工关键性环节。如地层存在砂夹卵石等透水层时，应将护筒水头适当降低。因为此时如提高水头，虽然对不透水层有利，但对于透水地层的孔壁，将会产生比支护应力大得多的渗漏压力，水头越高，渗漏压力越大，漏浆量就越大。孔壁稳定性越差，较易造成塌孔事故，因此施工过程中应根据实际情况随时调整控制泥浆液面。
3.3 调整泥浆指标
泥浆指标主要关注泥浆比重和胶体率，其中胶体率尤其重要，通过泥浆指标的调整，可以有效减轻潮汐对孔壁稳定性的影响。钻进过程中，正确掌握好潮汐到达的时间和潮高，潮汐到达时，及时提钻、停钻，根据潮高变化情况及时向孔内补浆，适当加大泥浆的密度和粘度可有效地防止塌孔，同时保持一定的水头高度，并注意观察孔内泥浆面，随时检测泥浆指标，进行调整。潮汐退时，如浆液漏失严重，可通过向漏水层投适量泥球进行堵漏的补救措施。
4 潮汐对砼灌注的影响
4.1 砼浇注的准备
水下砼浇注准备工作要充足，电力系统，机械系统要认真检查，确保其正常。应备有后备灌注砼设施，以防不测事故发生时，能连续灌注作业，以免遭受到潮汐的影响而造成断桩事故的发生。
4.2 砼浇注
水下砼灌注应选择潮汐的间歇期进行，在砼灌注的过程，如因意外事故发生导致灌注时间过长，遇上涨潮时，就要被迫中断灌注，极易造成断桩事故。因此，除选择在潮汐的间歇期进行水下砼灌注施工外，还应防止意外事故的发生，尽可能提高灌注砼效率，缩短灌注时间。
5 结语
洪屋涡大桥水上灌注桩施工完后，经检测全部为Ⅰ类桩，表明以下施工方法是成功的：
5.1稳固水上施工平台，适当的钢护筒顶端高度和底端埋设深度是施工的关键环节。
5.2 适当采用反循环施工工艺可以提高钻进效率，并缩短成孔时间。
5.3 根据潮汐变化，合理选择正、反循环成孔方法，可以有效减轻和消除潮汐给钻进带来的严重影响。
5.4 采取适当处理措施，可以克服潮汐给灌注桩水上施工带来的影响，保证成桩质量并能取得较好的经济效益。
参考文献
[1] 公路桥涵施工技术规范 JTJ041-20 00[S]. 北京：人民交通出版社，2000.
[2] 交通部第一公路工程总公司. 桥涵[M]. 北京：人民交通出版社，2000.
作者简介：
吴智慧（1977―），女，路桥工程师，主要从事施工技术工作。
