嘉紹大橋 φ 3.8 m超長鉆孔樁施工

代強波

1 概述

1.1 工程概況

嘉興—紹興跨江公路通道嘉紹大橋第Ⅴ合同段北岸水中區(qū)引橋的起止里程為K43+975～K46+425,K46+805～K48+975,全長 4 480 m,采用φ 3.8 m單樁獨柱墩形式,共65個墩,左右兩幅布置,每墩1根,樁長105 m～111 m,均為摩擦樁,單樁鋼筋籠最大重量71.8 t,永久鋼護筒直徑4.1 m,底標高-35.0 m,頂面標高與樁頂標高一致,最大重量94.04 t,單樁混凝土最大方量1 318.4 m3。

1.2 施工條件

1.2.1 地質(zhì)條件

橋址區(qū)地層上部為較厚的沉積物地層,泥質(zhì)粉砂巖、砂礫巖風化層,鉆孔樁樁尖處于密實的圓礫、卵石層中。

1.2.2 水文條件

水文條件:橋址區(qū)潮流為不規(guī)則半日淺海潮,水流屬往復流。平均高潮位4.02 m,平均低潮位-2.41 m,潮差6.43 m。

2 鋼護筒施工

2.1 鋼護筒長度及分節(jié)

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)加工車間設(shè)備起吊能力和現(xiàn)場實際施工情況,將鋼護筒分為3節(jié),底節(jié)長度為14 m,重約42.9 t(含刃腳加勁鋼板重量),中節(jié)長度為 14 m,重約 38.47 t,頂節(jié)長度17.5 m,重約49.1 t。

2.2 鋼護筒下沉施工設(shè)備選擇

1)鋼護筒下沉起重設(shè)備。

鋼護筒下沉施工時,選用中聯(lián)牌QUY160型160 t履帶式起重機作為主起重設(shè)備,QUY160型履帶式起重機在作業(yè)半徑為8 m時最大起重能力為90 t,可滿足施工需求。

2)鋼護筒下沉振動設(shè)備。

根據(jù)圖紙及相關(guān)資料計算,鋼護筒下沉時樁周最大動摩阻力R=686 t,選用2臺APE400型液壓振動錘并聯(lián)進行插打。

鋼護筒總重約130 t,振動錘重約58 t,故需要激振力為686 t-188 t=498 t,采用2臺APE400型液壓振動錘并聯(lián)進行插打,2臺APE400型液壓振動錘并聯(lián)最大激振力為:640 t,640 t＞498 t,可滿足施工要求。

3 鉆孔施工

3.1 鉆機選擇

根據(jù)樁徑、樁長及橋址區(qū)地層巖性,選用KTY4000型全液壓動力頭鉆機成孔。KTY4000鉆機采用動力頭旋轉(zhuǎn)鉆具,配備恒壓自動鉆進系統(tǒng),使用壓縮空氣氣舉反循環(huán)排渣,適用于大口徑鉆孔樁施工,具有扭矩大、成孔質(zhì)量高的性能,可滿足本工程施工需求。

3.2 鉆孔施工

1)鉆孔前應(yīng)對鉆孔的各項準備工作進行檢查,檢查機械設(shè)備運轉(zhuǎn)情況,開鉆前應(yīng)認真探查護筒內(nèi)有無鋼板、型鋼等影響鉆孔的異物,檢查確認無異常后方可開鉆,鉆孔時應(yīng)按設(shè)計資料及實際地質(zhì)情況繪制地質(zhì)剖面圖。2)護筒底口部位鉆進:護筒內(nèi)泥漿指標滿足要求后可向下鉆進成孔,鉆進到護筒底口部位時(底口上下各2 m左右),使用氣舉反循環(huán),小氣量、輕壓、慢轉(zhuǎn)鉆進成孔,需特別注意不要讓鉆頭碰掛護筒底口。3)護筒外鉆進成孔:鉆頭鉆出護筒后,根據(jù)地層情況選擇鉆進參數(shù),以確?？妆诘陌踩?)鉆孔時減壓鉆進,鉆壓不得超過鉆具重力之和(扣除浮力)的80%,并保持重錘導向作用,保證成孔垂直度和孔形。

3.3 泥漿制備

根據(jù)現(xiàn)場實際情況,在主棧橋下游側(cè)設(shè)置泥漿管道,與岸上的泥漿池相連,新開孔施工時,可抽用泥漿池中經(jīng)過處理的泥漿施工,混凝土灌注時,泥漿通過管道輸送至泥漿池處理循環(huán)利用。護筒內(nèi)鉆進時,利用原地層自然造漿,鉆機至護筒底口以上2 m時停止鉆進,開始調(diào)整泥漿指標,向孔內(nèi)投入膨潤土、碳酸鈉、羥甲基纖維素鈉(PAC),現(xiàn)場調(diào)制泥漿,滿足要求后開始向下鉆進成孔,岸上泥漿池內(nèi)有泥漿時,直接進行換漿。正常鉆進時,每3 h～6 h檢測一次泥漿比重和粘度并及時調(diào)整。

3.4 鉆孔施工各重點環(huán)節(jié)的控制

3.4.1 護筒內(nèi)外水頭差控制

橋位處潮差較大,平均潮差超過6 m,為防止塌孔,保持護筒內(nèi)水頭始終高于高潮位2.5 m以上的位置,根據(jù)情況通過向孔內(nèi)補充泥漿提高或者換漿排渣降低護筒內(nèi)水頭高度。

3.4.2 鉆孔垂直度的控制

為了確保鉆孔的垂直度,在鉆頭上設(shè)置配重及鉆桿穩(wěn)定器,使鉆具在重力的作用下始終保持垂直向下,同時每天檢查一次鉆盤水平度和鉆桿垂直度情況,發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整。

3.5 成孔質(zhì)量檢測

換漿清孔使泥漿指標達到驗收標準后,拆除鉆機鉆桿,使用超聲波孔壁測定儀測量,檢查鉆孔樁的孔徑、孔深和傾斜度是否符合驗收標準。經(jīng)檢查前期施工的42根樁成孔質(zhì)量良好,表1為鉆孔成孔質(zhì)量驗收標準。

4 鋼筋籠施工

4.1 鋼筋籠加工場地布置

鋼筋籠加工場地設(shè)置在生產(chǎn)區(qū)內(nèi),共布置3條生產(chǎn)線,采用長線法施工,現(xiàn)場配備2臺26 m跨32 t龍門吊機。施工前對鋼筋籠加工場地地面進行硬化處理,在處理好的地面上澆筑胎?；A(chǔ),基礎(chǔ)間距2.5 m,在胎?；A(chǔ)上安裝鋼結(jié)構(gòu)胎模,使用經(jīng)緯儀和水準儀控制其平面位置和高度。

表1 鉆孔樁成孔質(zhì)量驗收標準

4.2 鋼筋籠組成及分節(jié)

鋼筋籠主筋為直徑32 mmⅡ級鋼筋,從樁頂向下50 cm每隔2 m設(shè)置一道∠90 mm×56 mm×6 mm角鋼加強箍,螺旋筋為直徑10 mm的Ⅰ級鋼筋,保護層厚度不小于75 mm。每根樁設(shè)置4根聲測管,并設(shè)置4組雙回路壓漿管及配套的端部壓漿器。

鋼筋籠按照單根鋼筋12 m的定尺長度分節(jié)吊裝對接,共分為9節(jié)。主筋接頭采用鐓粗直螺紋連接器連接,其余鋼筋接頭采用焊接,鋼筋籠主筋接頭錯開布置,相鄰鋼筋接頭錯開距離為1.2 m。

4.3 鉆孔樁鋼筋骨架質(zhì)量驗收標準

鉆孔樁鋼筋骨架質(zhì)量驗收標準詳見表2。

表2 鉆孔樁鋼筋骨架質(zhì)量驗收標準

4.4 鋼筋籠下放施工

鋼筋籠采用“鋼筋籠懸掛環(huán)”進行下放,“鋼筋籠懸掛環(huán)”由卡板和支撐圓環(huán)兩部分組成,支撐圓環(huán)由兩個半圓環(huán)通過螺栓連接成一個完整的圓環(huán),卡板可在支撐圓環(huán)內(nèi)前后抽動。安裝鋼筋籠時,將“鋼筋籠懸掛環(huán)”安裝固定在孔口鉆孔平臺頂面,將吊入孔內(nèi)的鋼筋籠通過加強后的加勁箍懸掛在“鋼筋籠懸掛環(huán)”上,然后起吊下一節(jié)鋼筋籠與其對接。

5 混凝土灌注施工

5.1 二次清孔

導管安裝完畢后,檢查孔底沉渣厚度,使用測量繩測量孔深,與終孔時數(shù)據(jù)比較,沉渣厚度不得大于20 cm,否則應(yīng)進行二次清孔。二次清孔利用導管進行,在導管內(nèi)插入高壓風管,利用氣舉反循環(huán)進行清孔,高壓風管長度80 m,與鋼絲繩捆綁下放,鋼絲繩上安裝壓重型鋼,防止高壓風管重量過輕被壓縮空氣頂升上浮在導管內(nèi)打卷堵管。

5.2 混凝土的灌注

1)導管安裝。樁身混凝土灌注采用外徑為377 mm壁厚8 mm的快速卡口垂直提升導管。采用無縫鋼管制作而成,底節(jié)長度6 m,中間節(jié)長度 3 m,調(diào)整節(jié)長度1.0 m,0.5 m,總長度250 m(一套作為備用)。

2)水下混凝土灌注。a.灌注混凝土前需在填充導管內(nèi)安設(shè)泡沫隔水栓塞,待30 m3儲料斗和3.5 m3漏斗儲滿混凝土后,開始“拔球”灌注水下混凝土,拔球后混凝土要連續(xù)灌注,不得停頓,保證整樁在混凝土初凝前灌注完成。b.混凝土灌注過程中要有專人測量混凝土面標高,正確計算導管在混凝土內(nèi)的埋置深度,導管埋置深度適當,正確指揮導管的提升和拆除,保證埋置深度按4.0 m～6.0 m進行控制,最大不超過10 m。

5.3 導管埋深控制

混凝土灌注過程中,沿鉆孔樁四周設(shè)置4個觀測點,定時測量混凝土面標高,導管埋深要求按4.0 m～6.0 m進行控制,最大不超過10 m,正常灌注階段導管每次拆除1節(jié)3 m標準節(jié)段。測量混凝土面標高時,同時了解已灌混凝土方量,用于判斷所測混凝土灌注高度是否正確。

5.4 樁頂標高控制

混凝土超灌高度為2 m。在混凝土灌注完成后,即可用泥漿泵吸掉樁頂泥漿,待強度達2.5 MPa以上后可采用人工鑿除樁頂混凝土,達到10 MPa以上后,采用氣動工具鑿毛,直至樁頭混凝土密實無松散層,且鑿除后的高程不得高于設(shè)計規(guī)定值。

5.5 壓漿管開塞

混凝土灌注完畢12 h后24 h內(nèi),使用高壓水對孔底的壓漿管開塞,防止包裹的混凝土強度過高無法裂開,同時對壓漿管路供應(yīng)循環(huán)水,通水時間不少于24 h。

6 施工工藝實踐效果

1)通過對已經(jīng)完成澆筑的42根φ 3.8 m鉆孔灌注樁的客觀總結(jié),成樁質(zhì)量檢測結(jié)果為Ⅰ類樁,樁身質(zhì)量良好,施工周期較短。

2)主要工序施工時間統(tǒng)計,經(jīng)對前期已經(jīng)完成的42根樁的施工記錄資料進行整理統(tǒng)計,各主要工序施工時間見表3。

表3 主要工序施工時間

3)施工中幾處小細節(jié)大大提高了功效、保證了施工質(zhì)量:a.混凝土灌注時,30 m3儲料斗的運用。大儲料斗的運用,不僅保證了拔球時混凝土儲備量,而且在正常灌注過程中,即使拆除導管,也可將閥門關(guān)上保證兩臺地泵不間斷輸送混凝土。大大縮短了灌注時間,確保12 h內(nèi)完成灌注任務(wù)。b.鋼筋籠安裝時,注意對聲測管和壓漿管的保護,且每下一節(jié)確保清水灌滿并能流通。既保證了順利初裂和樁底注漿要求,又利于成樁檢測。截至目前未出現(xiàn)一例因聲測管原因而導致初裂、壓降或成樁檢測困難的問題。

[1]JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTG F80/1-2004,公路工程質(zhì)量檢驗評定標準[S].

[3]肖增有.鉆孔樁施工工藝[J].山西建筑,2008,34(9):156-157.