阜陽(yáng)泉河大橋超長(zhǎng)大直徑鉆孔樁施工技術(shù)

胡金山

(中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽合肥 230009)

1 工程概況

阜陽(yáng)泉河大橋位于安徽省阜陽(yáng)市城區(qū)西北向南京路上。該橋全長(zhǎng)710m，主橋?yàn)?77+110+77)m三跨V形墩單箱斜腹板連續(xù)剛構(gòu)橋，梁寬15 m。大橋主跨跨泉河，邊跨跨南北兩岸大堤。大橋?yàn)樽笥曳蛛x的雙幅橋，單幅寬度15 m，主墩為9號(hào)，10號(hào)墩，單墩設(shè)計(jì)鉆孔樁數(shù)量為6根，樁徑1.8 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)75.15 m;成孔樁長(zhǎng)9號(hào)墩84.2 m，10號(hào)墩83.6 m。設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高 －55.00 m。單樁C25混凝土191.25 m3。

2 地基情況及鉆機(jī)選型

泉河大橋9號(hào)，10號(hào)墩位于泉河大堤以內(nèi)，采用人工填土作為鉆機(jī)施工平臺(tái)，填土厚度2 m～4 m。自填土底到樁底地層情況分布見表1。

表1 泉河大橋主橋樁基地質(zhì)情況表

樁基主要穿過(guò)粘土、亞砂土、亞粘土等土層。根據(jù)鉆機(jī)的性能和適用范圍故選擇反循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆。因?yàn)榉囱h(huán)旋轉(zhuǎn)鉆排除鉆渣連續(xù)性好，速度較快，功率較高，護(hù)壁效果好。此鉆機(jī)最大鉆孔孔徑可達(dá)300 cm，深度可達(dá)80 m～120 m。針對(duì)泉河大橋直徑為1.8 m、鉆孔樁長(zhǎng)為80 m左右的樁基，鉆機(jī)主要采用GPS-22反循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆。正常情況下，該鉆機(jī)鉆孔時(shí)間平均為3 d/根～4 d/根，平均成樁時(shí)間為5 d/根～6 d/根，加之移機(jī)就位時(shí)間，至少需要7 d可完成一個(gè)成樁循環(huán)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和工期要求，9號(hào)，10號(hào)墩各配備3臺(tái)GPS-22反循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。

3 技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)

施工單位在施工中能對(duì)最薄弱的環(huán)節(jié)予以關(guān)注，予以加強(qiáng)，就能收到事半功倍的效果。根據(jù)大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的特點(diǎn)，結(jié)合泉河大橋主橋大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工中易存在的問(wèn)題及控制要點(diǎn)評(píng)述如下。

3.1 孔的豎直度

鉆孔灌注樁的豎直度是保證樁基承載能力的重要一環(huán)，樁身較長(zhǎng)、樁徑大，樁的豎直度不僅影響樁基單根承載力，而且有可能造成相鄰樁之間的影響，所以在施工中要加強(qiáng)控制。為避免鉆孔傾斜影響樁基承載力，泉河大橋鉆孔樁主要從四個(gè)方面進(jìn)行控制:

1)填筑施工平臺(tái):選用砂粘土并保證填筑質(zhì)量。迎水面采用短木樁加草袋圍堰護(hù)岸。木樁完成后在木樁背面用竹笆圍擋后，分層填土壓實(shí)，并定時(shí)觀測(cè)其土體穩(wěn)定情況。

2)對(duì)同一墩臺(tái)鉆孔樁施工嚴(yán)格控制鉆孔順序，采用跳打法施工。

3)鉆機(jī)就位前，對(duì)鉆孔前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢查，包括主要機(jī)具設(shè)備的檢查和維修，鉆機(jī)安裝就位后，鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤保持水平，底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，不得產(chǎn)生位移和沉陷，鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤中心與護(hù)筒中心位置偏差不得大于±50 mm。

4)鉆孔過(guò)程中，要隨時(shí)校核轉(zhuǎn)盤水平、鉆桿垂直度，發(fā)現(xiàn)傾斜及時(shí)糾正，并根據(jù)土質(zhì)情況控制鉆孔速度。通過(guò)以上控制泉河大橋大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁垂直度得到了有效的控制，鉆孔樁傾斜率均不大于1%。

3.2 縮孔

由于本橋樁基主要穿過(guò)粘土、亞砂土、亞粘土等土層，且樁長(zhǎng)長(zhǎng)、孔徑較大，鉆進(jìn)時(shí)間較長(zhǎng)，易產(chǎn)生縮孔現(xiàn)象?？s孔造成的最直接影響是導(dǎo)致探孔器鋼筋籠無(wú)法下放，更為過(guò)者甚至塌孔。該橋防治的主要措施是加強(qiáng)對(duì)孔徑的檢測(cè)與控制，提高泥漿質(zhì)量，增大泥漿比重，同時(shí)減少空孔時(shí)間。

1)在鉆孔前及加桿過(guò)程中嚴(yán)格檢查鉆頭直徑，以保證其不小于設(shè)計(jì)樁徑。

2)在孔口人工回填土土層施工時(shí)，投入少量粘土，放慢鉆進(jìn)速度。

3)在粘土層施工時(shí)，適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度，采用自制泥漿控制泥漿比重，防止泥比過(guò)大導(dǎo)致鉆頭被卡。

4)在進(jìn)入砂層鉆孔時(shí)，投入優(yōu)質(zhì)粘土，控制鉆進(jìn)速度，保證砂層處的泥漿護(hù)壁質(zhì)量。

5)在成孔經(jīng)檢查達(dá)到設(shè)計(jì)孔徑和樁長(zhǎng)時(shí)，及時(shí)進(jìn)入下道工序施工，以縮短空孔時(shí)間。

通過(guò)上述處理方法，泉河大橋大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁孔徑得到了有效的控制，鉆孔樁縮孔不超過(guò)規(guī)范要求。

3.3 鋼筋籠制作與安裝

由于大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁鋼筋籠骨架直徑較粗、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，防止骨架在運(yùn)輸、吊放中變形更為困難。

1)鋼筋籠的制作:大直徑鉆孔樁鋼筋籠制作同一般鉆孔樁在鋼筋加工場(chǎng)地進(jìn)行分節(jié)制作。超聲波檢測(cè)管與鋼筋籠同時(shí)加工制作，每根樁埋設(shè)三根，成等邊三角形布置在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，并用鐵絲與鋼筋籠固定在一起。聲測(cè)管應(yīng)下端封閉，上端加蓋，管內(nèi)無(wú)異物;聲測(cè)管連接處應(yīng)光滑過(guò)渡，采用螺紋連接或“U”形卡焊接的方式。管口應(yīng)高出樁頂0.5 m，且各聲測(cè)管管口高度宜一致。

2)鋼筋籠的分節(jié)與連接:由于鋼筋籠長(zhǎng)達(dá)70 m，截面接頭數(shù)量為φ25的鋼筋50根，因此鋼筋籠的分節(jié)與連接將直接影響到樁基的空孔時(shí)間。a.根據(jù)鋼筋籠特點(diǎn)，泉河大橋針對(duì)大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁對(duì)鋼筋籠長(zhǎng)度分節(jié)見表2。b.鋼筋籠首先采用單面焊接，但為了加快進(jìn)度，本橋?qū)Υ笾睆匠L(zhǎng)鉆孔樁鋼筋籠采用冷擠壓連接，冷擠壓連接較單面焊接時(shí)間略快，但冷擠壓連接上下對(duì)稱要求較高，由于鋼筋籠主筋為50根，所以連接起來(lái)非常困難，一旦上下對(duì)不上，調(diào)整相當(dāng)費(fèi)時(shí)，且該連接成本較高。故該橋采用單面焊接及加大鋼筋籠加工長(zhǎng)度的方法以縮短下籠時(shí)間和保證下籠質(zhì)量。

表2 鋼筋籠分節(jié)長(zhǎng)度

3)鋼筋籠的吊裝:為了保證骨架起吊時(shí)不變形，泉河大橋針對(duì)主橋大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁骨架特點(diǎn)，鋼筋籠吊裝使用50 t吊車采用兩點(diǎn)起吊法:第一點(diǎn)設(shè)在骨架的下部，第二點(diǎn)設(shè)在骨架的中點(diǎn)到上三分點(diǎn)之間。

3.4 沉渣與沉淤

為保證樁的質(zhì)量，混凝土灌注前進(jìn)行正確的清孔方式是十分重要的。泉河大橋針對(duì)大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁采用如下清孔方法:

1)確定終孔后，鉆頭提高距孔底20 cm～30 cm，空鉆2 h～3 h，然后不停地進(jìn)行換漿、撈渣。然后安放導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔，直至達(dá)到灌注混凝土前的泥漿質(zhì)量指標(biāo):泥漿比重不大于1.1、含砂率不大于2%和孔底沉淤不大于20 cm為止。2)灌注前抽吸2 min左右，一方面抽出一定的沉渣，另一方面泥漿的抽吸作用導(dǎo)致一部分沉渣、沉淤上浮，而且短時(shí)間內(nèi)不會(huì)沉淀。然后進(jìn)行混凝土灌注，混凝土墜落的巨大沖擊力還能濺除最后殘余的部分沉渣與沉淤，此方法可基本上將孔底沉渣清除干凈。

3.5 混凝土灌注

混凝土灌注是最后一道也是最關(guān)鍵的一道工序。首先必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)強(qiáng)度配制混凝土。在保證混凝土質(zhì)量合格的前提下，導(dǎo)管法水下灌注混凝土質(zhì)量難以控制的主要原因是:1)不能像上部結(jié)構(gòu)施工那樣逐層振搗;2)由于導(dǎo)管埋在泥漿和混凝土中，混凝土的灌入阻力是相當(dāng)大的。要克服很大的灌入阻力保證混凝土樁身質(zhì)量，必須有相當(dāng)大的沖擊力，沖擊力越大，完成每一斗混凝土灌注的時(shí)間越短，混凝土樁身越均勻。由于混凝土是由水泥、砂、石子配制的混合料，不同材料、不同粒徑則摩擦系數(shù)不一樣，因此僅靠靜力平衡產(chǎn)生的超壓力緩慢流淌，則易造成混凝土粗骨料在樁芯堆積，隨半徑增大而遞減。樁身不勻，則影響樁的抗壓強(qiáng)度。

鑒于以上原因，泉河大橋大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁水下混凝土灌注從以下三點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)首批混凝土和終孔混凝土的控制:

1)導(dǎo)管安裝?；炷翆?dǎo)管接頭為卡口式，直徑300 mm，壁厚8 mm，分節(jié)長(zhǎng)度2.5 m，底節(jié)長(zhǎng)5 m。導(dǎo)管在使用前必須進(jìn)行過(guò)球、水密和承壓試驗(yàn)。待試驗(yàn)合格后方可使用，導(dǎo)管下放過(guò)程中應(yīng)保持導(dǎo)管位置居中，軸線順直，逐步沉放，防止卡掛鋼筋籠和碰撞孔壁。導(dǎo)管底部距孔底應(yīng)有350 mm～500mm的空間。導(dǎo)管在安裝過(guò)程中，派工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指揮并做好記錄。

2)控制首批混凝土量。首批混凝土灌注數(shù)量應(yīng)使導(dǎo)管埋深不小于1 m，及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備一個(gè)的漏斗，并在漏斗內(nèi)設(shè)置一間距為10 cm×10 cm的過(guò)濾網(wǎng)。物體的沖擊能量與質(zhì)量和速度有關(guān)，在速度相同的情況下就取決于質(zhì)量。根據(jù)動(dòng)量原理可得自由落體的平均沖力公式如下:

其中，m為落體質(zhì)量;t為作用時(shí)間;h為落體高度;g為重力加速度。假設(shè)首灌大斗方量為6m3，混凝土容重為24 kN/m3，則m約為14.4 t，假設(shè) h=80 m，t=1.0 s，由公式求得 F=7 113.300 kN。平均沖力是混凝土自重的49倍，實(shí)際瞬時(shí)沖力的峰值比平均沖力高達(dá)一倍以上。在巨大沖力的作用下，樁底沉渣、沉淤被濺開，樁端與持力層能較好地結(jié)合，這樣不但滿足了首盤封底的要求，而且也確保了鉆孔樁端承力的發(fā)揮。

但由于孔徑越大，首批灌注的混凝土量越多，由于混凝土量多，攪拌時(shí)間長(zhǎng)，因此可能出現(xiàn)離析現(xiàn)象，首批混凝土在下落過(guò)程中，由于和易性變差，受的阻力變大，常出現(xiàn)導(dǎo)管中堵滿混凝土，甚至漏斗內(nèi)還有部分混凝土，此時(shí)應(yīng)加大設(shè)備的起重能力，以便迅速向漏斗加混凝土，然后再稍拉導(dǎo)管，若起重能力不足，則應(yīng)用卷?yè)P(yáng)機(jī)拉緊漏斗晃動(dòng)，這樣能使混凝土順利下滑至孔底，下灌后，繼續(xù)向漏斗加入混凝土，進(jìn)行后續(xù)灌注。

3)灌注終孔混凝土控制。為防止大直徑超長(zhǎng)樁頂混凝土浮漿多，在混凝土灌注終孔時(shí)，混凝土面應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂1.0 m～1.5 m，以保證鉆孔樁頂?shù)幕炷临|(zhì)量。水下混凝土灌注完成后，護(hù)筒不應(yīng)立即拔出，應(yīng)在水下混凝土達(dá)到2.5 MPa后方可拆除。水下混凝土灌注完畢，待樁上部混凝土初凝后，即解除鋼筋籠的固定，使鋼筋隨混凝土收縮，避免粘結(jié)力的損失，并將孔洞內(nèi)填砂或覆蓋木板至原地面，以防引起人身安全意外事故。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上對(duì)策的實(shí)施，我項(xiàng)目樁基鉆孔、灌注施工質(zhì)量得到了很好的控制，其孔徑、孔深、垂直度均在施工中控制良好，開挖后中心線、樁頂高程等均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，樁基檢測(cè)合格率達(dá)100%，其中一類樁達(dá)91.7%。

［1］交通部第一公路工程總公司.橋涵(上冊(cè))［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］中鐵大橋局集團(tuán)有限公司.大直徑深孔鉆(挖)孔灌注樁施工講義［Z］.2005.

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