２０１１年９月 第９期（总１５６） 铁道工程学报 Ｓｅｐ ２０１１ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＲＡＩＬＷＡＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＯＣＩＥＴＹ ＮＯ．９（Ｓｅｒ．１５６） 文章编号：１００６—２１０６（２０１１）０９—００５３—０５ 桥梁水中墩承台预制施工方法探 讨 郑 机料 （中国中铁股份有限公司， 北京１０００３９） 摘要：研究目的：我国大江大河众多，市政、公路、铁路建设中，广泛使用桥梁水中墩施工技术。在国内桥梁施 工中，承台一般采用明挖基坑、一般支护基坑、筑岛围堰、混凝土桩围堰、钢板桩围堰、钢管桩围堰、单壁钢围 堰、双壁钢围堰、薄壁混凝土围堰、吊箱围堰、套箱围堰、地下连续墙围堰等就地现浇施工方法。通过探索桥梁 水中墩承台施工新技术，在安全、质量、进度得到保证的情况下，减低工程成本，促进桥梁建设技术进步。 研究结论：桥梁水中墩承台高位预制施工技术在国外已有实例，在国内未见工程实例。通过研究分析，承 台高位预制施工技术具有可行性、较好的通用性，施工方法技术先进、安全可靠、具有良好的经济性。通过进 一步的优化、试验，承台高位预制施工方法具有良好的应用、推广前景。 关键词：水中墩；承台；预制；施工 中图分类号：［Ｕ２４］ 文献标识码：Ａ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｃｕｓｈｉｏｎ Ｃａｐ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｐｉｅｒ ｉｎ Ｗａｔｅｒ ＺＨＥＮＧ Ｊｉ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｇｒｏｕｐ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００３９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｕｒｐｏｓｅｓ：Ａｓ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｌｏｔｓ ｏｆ ｂｉｇ ｒｉｖｅｒｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｐｉｅｒ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｈｉｇｈｗａｙ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｒａｉｌｗａｙ ｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｏｐｅｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ，ｏｒｄｉｎａｒｙ—ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｒｔｉｉｃｉａｌ ｉｓｌｆａｎｄ ａｎｄ ，ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｗａｌｌ，ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｗａｌｌ ｗｉｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｉｌｅｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ｐｉｌｅ，ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｐｉｌｅ，ｓｉｎｇｌｅ ｗａｌｌ ｓｔｅｅｌ， ｄｏｕｂｌｅ ｗａｌｌ ｓｔｅｅｌ，ｔｈｉｎ ｗａｌｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｂｏｘｅｄ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ，ｐｏｕｒｉｎｇ ｊａｃｋｅｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｌｌ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｕｓｈｉｏｎ ｃａｐ． Ｔｈｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｉｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｓｈｉｏｎ ｃａｐ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｐｉｅｒ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｔｏ ｃｕｔ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ，ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：Ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｏｒｄｅｒ ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｐｉｅｒ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｆｏｒｅｉｇｎ ｃｏｕｎｔｒｙ，ｂｕｔ ｎｏｔ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｏｒｄｅｒ ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｐｉｅｒ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｉｓ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｇｏｏｄ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ，ｓａｆｅｔｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙｆ．Ａｆｔｅｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔｓ，ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｏｒｄｅｒ ． ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｐｉｅｒ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄＫｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｉｅｒ ｉｎ ｗａｔｅｒ；ｃｕｓｈｉｏｎ ｃａｐ；ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 桥梁施工中，承台一般采用明挖基坑、一般支护基 坑、筑岛围堰、混凝土桩围堰、钢板桩围堰、钢管桩围 堰、单壁钢围堰、双壁钢围堰、薄壁混凝土围堰、吊箱围 堰、套箱围堰、地下连续墙围堰等就地现浇施工方法， 收稿日期：２０１１—０８—１２ 作者简介：郑机，１９６６年出生，男，教授级高级工程师，现任中国中铁股份有限公司副总工程师。 ５４ 铁道工程学报 ２０１１年９月 在国内，桥梁水中墩承台预制施工方法未见工程实例。 一般情况下，在深水桩基础桥梁结构中，降低承台 标高可改善结构的受力状态，如果采用承台就地现浇 施工方法，将增加为浇筑承台所需要的围堰的投入，而 承台预制施工方法则可有效降低围堰的投入。 １ 国外某桥梁承台预制施工方法实例 当墩身位置不与桩身位置在水平面交叉时，采用 钢管围堰承台高位预制下放施工方法可有效减少围堰 的投入。施工的基本工序为： （１）利用已成桩的钢护筒搭设承台浇筑平台及模 板，承台在施工水位以上进行浇筑并安装预制承台与 桩护筒问的水密充气橡胶气囊，如图１所示。 图１承台浇注 （２）安装由液压千斤顶及钢绞线组成的承台吊装 下放设备，拆除承台浇筑模板系统，如图２所示。 图２ 吊点设置及承台拆模 （３）为减少承台入水时波浪产生的吸力的影响， 承台底应尽快入水。承台底入水后，由于浮力作用，承 台吊装下放设备承受的荷载减少。承台顶入水前，各 桩顶部位安装由钢管组成的小型围堰，如图３所示。 钢管围堰直径较传统承台围堰直径小，承受的水压力 小、受压容许应力折减少。 （４）利用承台吊装下放设备继续下放承台，并接 图３安装钢管围堰后下放承台 高墩身，墩顶始终保持在水面以上合理高度，如图４ 所示。 图４利用钢绞线及千斤顶设备下放承台 （５）承台下放到设计标高后，预制承台与桩护筒 问的水密充气橡胶气囊进行充气，橡胶气囊，如图５所 示，阻隔了外部河水进入钢管围堰，钢管围堰内抽水， 如图６所示。 图５承台与桩护简间隙的充气橡胶气囊 （６）利用浮力作用，降低承台吊装下放设备承受 的荷载。承台支撑在其它桩上，逐桩进行桩与承台的 连接施工，绑扎钢筋，浇筑混凝土，如图７所示。 （７）拆除承台吊装下放设备，完成墩身施工，如 图８所示。 第９期 郑机：桥梁水中墩承台预制施工方法探讨 ５５ 图６钢管围堰内抽水后细节 图７桩与承台的连接施工 图８完成墩身施工 ２ 其它承台预制施工方法实例 除承台预制下放施工方法外，在具有大起重能力的 情况下，可以采用大吨位起重吊机吊装施工方法，如图９ 所示，考虑浮式吊船起重后船体倾斜，吃水深度增加，在 水深不能满足浮式吊船吃水深度要求的情况下，浮式平 台吊机更具有优势，如图１０所示。还可以采用浮运下 沉等施工方法进行预制承台的施工，如图１１所示。 ３ 针对国内常见桥梁水中墩承台采用 预制施工方法的探讨 承台高位预制下放施工方法仅需千斤顶、钢绞线 图９浮式吊船吊装施工方法 图１Ｏ浮式平台吊机吊装施工方法 图ｌ１ 预制件浮运下沉施工方法示意 等相对简单、成熟的装备，在不具备大型起重吊装、浮 运等施工条件时，采用承台高位预制下放施工方法合 理可行。当墩身位置不与桩身位置在水平面交叉时， 采用钢管围堰承台高位预制下放施工方法可有效减少 围堰的投人。针对国内常见桥梁水中墩基础构造中， 一般情况下，墩身位置与桩身位置在水平面交叉，在不 修改设计的情况下，如何发挥承台高位预制下放施工 方法可有效减少围堰投入的优势呢？ ５６ 铁道工程学报 ２０１１年９月 ３．１ 墩身位置与所有桩身位置在水平面交叉的情况 当墩身位置与所有桩身位置在水平面交叉或没有 足够的间隔距离时，桩护筒影响墩身的施工，墩身须在 承台就位并与桩联结后进行施工。施工的基本工序 为： （１）承台高位预制，利用千斤顶、钢绞线等装备下 放承台至承台顶高出水位合理高度，承台顶面处安装 围堰： （２）继续下放承台至设计标高，封闭承台与桩护 筒间间隙，围堰内抽水； （３）由于水浮力作用，降低了承台下放装备承受 的竖向荷载（承台下放装备吊点处应保持合理的向下 竖向荷载，防止承台上浮），可以减少承台吊点的数 量。切除非承台吊点处桩的护筒，绑扎承台与桩联结 钢筋，浇筑承台与桩联结混凝土，如图ｌ２所示； 图１２非承台吊点处浇筑联结混凝土 （４）转换承台支撑体系，承台支撑于已完成承台 与桩联结的桩； （５）逐步拆除承台下放装备，切除相应承台吊点 处桩的护筒，进行承台与桩联结施工。合理安排承台 与各桩联结的顺序，使承台与桩联结的混凝土受力更 均衡、有利； （６）承台与桩联结混凝土强度达到设计要求后， 绑扎墩身钢筋、立模、浇筑墩身混凝土，完成墩身施工， 如图ｌ３所示。 水中墩承台就地现浇施工中，承台在围堰封底、围 堰内抽水后进行施工，围堰设计至少应满足围堰抽水 后内、外水位高差产生的压力，以常见的内、外水位差 １０ ｍ、承台高度４ ｍ进行分析，采用水中墩承台就地现 浇施工方法，围堰承受的最大水压力约为１００ ｋＰａ。考 虑封底混凝土厚２ ｍ，围堰顶高出施工水位至少１．０ ｍ， 围堰高度约１３ ｍ，如图１４所示。封底混凝土厚度应 满足围堰内抽水后、浇筑承台混凝土过程中封底混凝 土受力要求；应满足高水位情况下封底混凝土与桩护 图１３完成承台与桩联结后施工墩身 筒粘结力、封底混凝土重量、围堰重量之和大于围堰内 抽水后围堰的上浮力并具有足够的安全储备，防止围 堰上浮；应满足低水位情况下承台浇筑过程中，封底混 凝土与桩护筒粘结力及水浮力之和大于封底混凝土重 量、围堰重量、承台混凝土重量、施工荷载之和并具有 足够的安全储备，防止围堰下沉。围堰底板一般不回 收利用。 图１４承台就地现浇施工示意 采用承台高位预制下放施工方法，围堰承受的最 大压力约为６０ ｋＰａ，围堰承受的水压力明显减少，围堰 高度约７ ｍ，围堰的总体用钢量减少６０％以上，如 图１５所示。当采用钢模板高位浇筑承台时，钢模板可 改造为围堰。 ３．２墩身位置与部分桩身位置在水平面交叉的情况 当墩身位置与部分桩身位置在水平面交叉，与部 分桩身位置在水平面未交叉且具有足够的间隔距离 时，必要时可采用常规围堰及钢管围堰相结合的围堰 方案，即：墩身位置与桩身位置在水平面交叉部位采用 常规围堰，未交叉且具有足够的间隔距离的部位采用 钢管围堰，以减少围堰的用钢量，如图１６所示。完成 所有承台与桩联结后进行墩身施工。 第９期 郑机：桥梁水中墩承台预制施工方法探讨 ５７ 图１５承台高位现浇施工示意 图１６常规围堰与钢管围堰相结合示意 ３．３关键技术的探讨 高位现浇预制承台；承台中埋设螺杆或高强螺纹 钢筋，通过链接器与钢绞线联结，采用连续千斤顶组成 承台下放装置的同步控制；类似于沉井基础顶部围堰 与沉井联结，常规围堰或钢管围堰与承台的联结构造； 采用水下混凝土或充气橡胶气囊封闭预制承台与桩护 筒间隙等均为成熟的施工技术。承台高位预制下放施 工方法的关键技术，在于承台下放到设计标高后，预制 承台与桩联结部位的技术措施。 （１）预制承台与桩联结部位锯齿状界面的构造设 计。锯齿状界面的构造可采用梯型或三角型，采用小 间距或大间距，采用浅槽或深槽，何种界面构造更合 理？ （２）预制承台与桩联结部位钢筋的联结方式。如 果采用Ｉ级钢筋，可以采用预弯措施，进行预制承台与 桩联结施工时恢复到设计位置，钢筋可采用焊接或搭 接联接；如果采用Ⅱ级钢筋，通过增加钢筋数量，所有 钢筋在同断面采用螺纹联结器联接是否满足技术要 求？采用型钢加强联结是否可行？ （３）预制承台与桩联结部位混凝土配合比的设计 以及振捣养护工艺措施。采用补偿收缩、较高强度等 级的混凝土、常规的施工缝施工技术措施，能否实现预 制承台混凝土与桩联结部位混凝土良好的粘结，形成 整体，使预制承台混凝土与联结部位混凝土能够良好 的共同受力并满足技术要求？ （４）预制承台混凝土与联结结构的耐久性。如何 通过检ｉ贝０应力、取样试验等技术方法判断其耐久性是 否满足技术要求？ 上述问题需进行进一步的分析和试验，以保证预 制承台与桩联结部位的质量。 ４ 结论 我国大江大河众多，市政、公路、铁路建设中，广泛 使用桥梁水中墩施工技术。桥梁水中墩承台高位预制 施工技术在国外已有实例，在国内未见工程实例。在 解决预制承台与桩联结部位的质量的情况下，承台高 位预制施工方法安全可靠、可有效降低工程成本。通 过研究分析，桥梁水中墩承台高位预制施工技术具有 良好的经济性，其技术具有可行性，通过进一步的优 化、试验，具有良好的应用前景。 参考文献： ［１］郑机，刘辉．图解桥梁施工技术［Ｍ］．北京：中国铁道出 版社，２００９． Ｚｈｅｎｇ Ｊｉ，Ｌｉｕ Ｈｕｉ． Ｇｒａｐｈｉｃ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｎｓｅ，２００９． ［２］杨文渊，徐舞．桥梁施工工程师手册［Ｍ］．北京：人民交 通出版社，１９９５． Ｙａｎｇ Ｗｅｎｙｕａｎ，Ｘｕ Ｂｅｎ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒ Ｍａｎｕａｌ ｆｏｒ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｒｅｓｓ，１９９５． ［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，２０００． Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｒｏａｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｅｏｐｌｅ￣Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｃｈｉｎａ．Ｍａｎｕａｌ ｆｏｒ Ｒｏａｄ Ｃｏｎｓｔｕｒｃｉｔｏｎ—Ｂｒｉｄｇｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｒｅｓｓ，２０００。 ［４］ 铁道部第三勘测设计院．铁路工程设计技术手册・桥梁 地基和基础［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９６． Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｍａｎｕａｌ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ—Ｓｕｂｇｒａｄｅ ａｎｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ ｕＰｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ，１９９６． ［５］编委会．最新交通工程施工新技术实用手册［Ｍ］．北京： 时代传播音像出版社，２００３． Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ．Ｔｈｅ Ｎｅｗｅｓｔ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｍ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｔｉｍｅ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ａｕｄｉｏ—ｖｉｓｕａｌ Ｐｒｅｓｓ。２００３．
