團泊新橋水中大直徑群樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

【摘 要】該文通過工程實例對水中大直徑群樁的施工情況進行介紹。采用鋼平臺、鋼護筒的施工方法，因地制宜，達到減少施工難度、加快施工進度、降低工程施工成本的目的。對水中群樁施工有參考作用。

【關(guān)鍵詞】鋼平臺；鋼護筒；水上群樁；施工

1. 工程概況

團泊新城位于天津靜?？h境內(nèi)，總面積約為210平方公里，是天津空間架構(gòu)的南部支點，規(guī)劃利用團泊水庫周邊廣袤的土地和良好的自然生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)一個新的宜居新城。

團泊新橋為特大橋梁工程，橋梁總長度1296米。團泊新橋造型新穎，采用世界上獨一無二的“彩針型”獨塔斜拉橋形式。橋塔采用鋼結(jié)構(gòu)，高度120m，向河道中心方向傾斜 18°，基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁，其中主墩承臺Φ1.8m鉆孔樁42根，樁長75m，為大型群樁基礎(chǔ)。

2. 地質(zhì)情況

團泊地區(qū)位于華北沖積平原，地質(zhì)構(gòu)造屬新華夏構(gòu)造體系，處于華北沉降帶滄州隆起上。土質(zhì)為亞粘土，地質(zhì)構(gòu)造良好，地勢平坦。

根據(jù)地質(zhì)年代及時代成因，共分為八個工程地質(zhì)層，自上而下分述：人工填土層（Qml）、第Ⅰ陸相沉積土層（Q43al）、第Ⅰ海相沉積土層（Q42m）、第Ⅱ陸相層（Q41al）、第Ⅲ陸相沖擊土層（Q3eal）、第Ⅳ陸相沖擊土層（Q3cal）、第Ⅴ陸相沖擊土層（Q3aal）、第Ⅳ海相沉積土層（Q23mc）。

3. 本項目鉆孔樁施工重點難點問題分析

3.1 水中施工

本項目主墩承臺位于獨流減河河道中，承臺樁基礎(chǔ)施工要在水中完成。水中鉆孔樁的施工受很多影響因素的制約，采取不同的施工方案，對鉆孔樁施工的質(zhì)量和進度都會造成一定影響。本項目在對幾種施工方案進行了認真對比分析，同時結(jié)合周圍的環(huán)境因素，考慮河道在汛期的泄洪要求，最終決定采用搭設(shè)棧橋和水中鉆孔樁平臺的措施進行水中鉆孔樁施工。

3.2 群樁施工

本項目主墩承臺樁基礎(chǔ)共有Φ1.8m鉆孔樁42根，樁長75m，呈梅花形布置，其中最小樁間距3.7m，為大型群樁基礎(chǔ)。鉆孔樁穿越多個地層，各層土的物理力學(xué)性能各異。在鉆進過程中如控制不好鉆進速度，則很有可能出現(xiàn)坍孔、縮頸、擴孔等質(zhì)量問題。在群樁的施工過程中，由于樁間距較小，鉆孔時極易對臨近新澆筑的鉆孔樁產(chǎn)生影響。如不對工序方法進行嚴(yán)格控制，很容易造成斷樁、塌孔、穿孔、偏鉆等問題。

4. 團泊新橋群樁施工技術(shù)

4.1 鉆孔樁平臺施工

20#主墩鉆孔樁平臺長54米，寬36米。水中鉆孔樁施工平臺基礎(chǔ)采用φ630mm鋼管樁，鋼管樁壁厚為10mm，入土長度為15米，樁頂標(biāo)高為4米，鋼管樁之間采用【20槽鋼相互連接，以增強施工作業(yè)平臺整體穩(wěn)定性。上部連接橫梁采用雙I40b工字鋼；縱梁采用貝雷梁，每兩片一組，分布于鉆孔樁的兩側(cè)；縱梁上鋪200×200mm×4m方木，并在平臺四周設(shè)置防護欄桿。墩位一側(cè)設(shè)置12m寬平臺，作為吊車作業(yè)與混凝土罐車轉(zhuǎn)向平臺，平臺與棧橋順接。見圖1

平臺可上吊車、鉆機、罐車、小型泥漿車等機械等設(shè)備。在施工過程中應(yīng)使吊車支腿作用于貝雷梁位置，而且盡量使各機械設(shè)備分散布置，不能使荷載過于集中；為保證罐車車輪位置作用在貝雷梁上，貝雷梁搭設(shè)好以后，必須對貝雷梁位置進行復(fù)測，確保位置準(zhǔn)確。在平臺上畫出車輪作用線，并用欄桿在平臺上設(shè)置倒車通道。在混凝土灌注前，罐車在倒車平臺上調(diào)整方向，使罐車沿著鉆孔樁作業(yè)平臺就位。

4.2 水中鉆孔樁施工

4.2.1 鋼護筒

本項目主墩鉆孔樁施工在水中鉆孔樁平臺上進行，平臺標(biāo)高6m，水面標(biāo)高最高時3.6m，河床底標(biāo)高1.7m。由于河底土質(zhì)較好，護筒入土2米即可滿足鉆孔樁施工要求，護筒選用6.5m長，Φ2.1m鋼護筒，壁厚12mm，由浮吊配合震動錘進行施打。

在進行下沉護筒的時應(yīng)注意以下問題：

1）鋼護筒的定位要精確，應(yīng)由測量人員精確定出樁的中心位置，施打前應(yīng)將護筒中心與樁中心對正，此過程可由操作人員配合吊車進行，在施打過程中，要用測量儀器進行全程監(jiān)控，護筒的孔口平面位置偏差不得大于2cm.

2）鋼護筒施打過程中，應(yīng)注意隨時調(diào)整護筒的進入角度，控制好護筒的垂直度，保證護筒斜度不得大于0.5%，防止護筒偏斜影響鉆孔。

3）應(yīng)保證鋼護筒的的入土深度，根據(jù)河底土層的情況進行考慮，本項目河底土層較好，河床基本為粘性土，入深度土設(shè)計為1.5m-2.0m。

4）護筒頂口及底口用箍圈加強，并加焊吊點四個，鋼護筒加工精度要符合規(guī)范要求，下口應(yīng)設(shè)刃腳。

5）應(yīng)在鉆孔樁作業(yè)平臺上設(shè)護筒限位裝置，限位裝置可采用四根方木做成的正方型木框，木框可固定在貝雷梁上，進行護筒限位有助于護筒的水平位置和垂直度的控制。

4.2.2 泥漿循環(huán)

鉆孔時將2個鋼護筒采用鋼管相連，一個護筒進行鉆進下一個樁位的護筒作為循環(huán)泥漿池使用。出漿口不得高出水面1米，防止泥漿水頭過高導(dǎo)致穿孔。一根樁灌注完畢后鉆機移到下一個樁位，拔出上一個樁位的護筒，進行再下一個樁位護筒的打設(shè)。在大堤邊設(shè)3個泥漿罐，每個泥漿罐方量為50方。鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿通過泥漿泵排到岸邊的泥漿罐中，用泥漿車運輸?shù)街付ǖ攸c。泥漿管沿棧橋邊布置，固定在棧橋枕木上，從鉆孔樁平臺鋪設(shè)到岸邊泥漿罐處。見圖2

4.2.3 鉆孔順序

確定合理的施工順序?qū)θ簶冻煽椎馁|(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。為了減少群樁施工時相鄰樁間的相互影響，本項目采用了循環(huán)式的隔樁施工方案。即在鉆孔樁平臺上三臺鉆機為一組斜向排列，成孔后依次向下一樁位移動，如此循環(huán)往復(fù)，保證樁間距離，確保成樁質(zhì)量。如圖3：

鉆孔樁施鉆時，根據(jù)不同地質(zhì)控制好鉆進速度。在鉆進過程中，不可進尺太快，需要一定的護壁時間。鉆孔時要保證孔內(nèi)水頭壓力?？變?nèi)水位必須穩(wěn)定，不得高于孔外水位1.0m，并不得低于水面標(biāo)高，同時，隨時調(diào)節(jié)補充孔內(nèi)水位。泥漿泵等鉆孔配套設(shè)備能量應(yīng)有一定的安全系數(shù)，并應(yīng)有備用設(shè)備，以應(yīng)急需。

本項目地質(zhì)情況為亞粘土及沙層，為保證成孔質(zhì)量采用正循環(huán)鉆進方法。在鉆進過程中，由于地質(zhì)情況的變化，同時為了控制鉆進速度，需隨時調(diào)整鉆頭壓力。旋轉(zhuǎn)鉆孔除根據(jù)地層土質(zhì)調(diào)整泥漿比重外，還應(yīng)控制旋轉(zhuǎn)和進尺速度。開鉆前，應(yīng)先拌出一定量泥漿。開鉆時應(yīng)先使鉆頭在懸空狀態(tài)下空轉(zhuǎn)一段時間，加固護筒下的孔壁，再以低檔慢速旋轉(zhuǎn)，緩緩進尺，鉆至護筒下1m以后，再轉(zhuǎn)入正常鉆進。在粘性土中鉆進，切削土層的阻力不太大，可以中速鉆進。如果鉆渣過多或者顆粒過大，不能及時懸浮外流，則孔底泥漿過濃將使鉆桿扭矩過大，有可能導(dǎo)致鉆桿折斷或其它機械事故，因此，必須控制進尺，不能太快，并加大泥漿泵量，促使循環(huán)加快。在砂土、軟土或含少量小卵石的松散土層中鉆孔，應(yīng)以保持孔壁不坍塌為主要目標(biāo)。應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)泥漿，并嚴(yán)格控制進尺速度，緩慢鉆進。由于土質(zhì)松軟，切削容易，應(yīng)以低檔慢速旋轉(zhuǎn)，以盡可能減少對土層的擾動，還應(yīng)特別注意保持孔內(nèi)水壓，防止塌孔。泥漿循環(huán)可以將鉆渣及時排除，而不重復(fù)研磨可以加快鉆進速度，減少鉆頭磨耗。在鉆進進程中，經(jīng)常檢查鉆孔直徑和垂直度。

4.2.4 護壁泥漿

根據(jù)工程實際情況，本工程樁基施工采用Ⅱ級鈣基膨潤土泥漿。分散劑為就近化工廠生產(chǎn)的工業(yè)碳酸鈉（NaCO3）；降失水增粘劑為中粘類羧甲基纖維素鈉（CMC）。泥漿攪拌設(shè)備選用ZJ-400型旋流立式高速攪拌機。

泥漿拌制時每根鉆孔樁泥漿的攪拌時間宜為3～5min，實際攪拌時間也可通過試驗確定后適當(dāng)調(diào)整。應(yīng)按規(guī)定的配合比配制泥漿，各種材料的加量誤差不得大于5%。泥漿處理劑使用前宜配成一定濃度的水溶液，以提高其效果。本工程純堿水溶液濃度為20%，CMC水溶液濃度為1.5%。

泥漿性能和質(zhì)量對護壁的效果有著重要的影響，這就直接關(guān)系到了鉆孔的質(zhì)量，一般泥漿的性能指標(biāo)要求如下：

比重：正循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機鉆孔，泥漿比重可為1.05～1.20，泥漿比重要根據(jù)地質(zhì)情況隨時調(diào)整。

粘度：入孔泥漿粘度，一般地層16～22Pa·s；松散易坍地層19～28Pa·s。

含砂率：新制泥漿不宜大于4%。

膠體率：不應(yīng)小于96%。

泥漿在使用過程中亦應(yīng)注意如下問題：

1）新制膨潤土漿需存放24h，經(jīng)充分水化溶脹后使用。

2）儲漿池內(nèi)泥漿經(jīng)常攪動，保持指標(biāo)均一，避免沉淀或離析。

3）被混凝土置換出來距混凝土面2m以內(nèi)的泥漿，因污染較嚴(yán)重，予以廢棄。

4.2.5 成孔檢測

成孔的檢測一般是指檢測垂直度及樁徑：采用探孔器對孔位進行全長檢測，以保證成孔后的樁位截面直徑不小于設(shè)計樁徑，探孔器外徑為鉆孔樁鋼筋籠外徑加100mm，探孔器長度為4d（樁徑），根據(jù)規(guī)范要求，鉆孔樁允許傾斜度為小于1%孔深，當(dāng)探孔器檢測垂直度及樁徑時，如果探孔器不能順利進至樁底，則表明樁徑或垂直度不滿足質(zhì)量要求，遇此情況時則將探孔器提出，然后重新鉆孔直至達標(biāo)。

樁孔深度達到設(shè)計要求后應(yīng)采用換漿法進行清孔，清孔結(jié)束1h后，孔內(nèi)泥漿除應(yīng)達其性能指標(biāo)要求外，孔底淤積厚度不得大于15cm。

4.2.6 鉆孔樁鋼筋籠

鉆孔樁鋼筋籠加工時要對施工圖中各類鋼筋及構(gòu)件進行編號，并編制鋼筋配料單。配料單中要明確樁號、鋼筋編號、型式及尺寸、鋼號、數(shù)量及重量等內(nèi)容。為了保證鋼筋保護層的有效厚度，在鋼筋籠外側(cè)對稱布置定位混凝土墊塊，同一截面不少于4個，縱向間距為2.0m。鋼筋焊接時，在同一截面內(nèi)的鋼筋接頭數(shù)不得超過主筋根數(shù)的一半，兩個接頭間距不小于35d。

鋼筋籠安裝下設(shè)時鋼筋籠中心應(yīng)與樁孔中心對正，鋼筋籠保護層允許偏差±5mm，下設(shè)深度允許偏差±50mm。為防止鋼筋籠在運輸、安裝過程中發(fā)生變形，沿籠長采用綁杉木桿或長竹竿以增強其整體剛度，在鋼筋籠安裝下放過程中依次卸掉。用吊車將鋼筋籠吊起，對準(zhǔn)孔位、扶穩(wěn)、緩慢下入孔內(nèi)，避免碰撞孔壁，直至下到設(shè)計位置。鋼筋籠下放不順時，嚴(yán)禁強制下放，應(yīng)根據(jù)實際情況進行分析、處理。

4.2.7 灌注水下混凝土

水中鉆孔樁灌注時需用混凝土罐車通過棧橋運輸送至鉆孔樁平臺上待澆注的樁口進行灌注。灌注前，應(yīng)控制孔底泥漿沉淀厚度，如不滿足要求，須二次清孔，但要注意穩(wěn)定孔壁，防止塌孔。料斗安裝就位和其它工作準(zhǔn)備就位后，既可進行首批混凝土的灌注。灌注時可采用鉆機自帶的卷揚機提升導(dǎo)管，配合混凝土罐車進行。灌注時應(yīng)注意以下事項：

1）封孔混凝土灌注方量必須經(jīng)過計算確定。封孔混凝土必須使用大料斗，導(dǎo)管中放氣囊，確保封孔混凝土灌注連續(xù)。封孔混凝土灌注后，導(dǎo)管埋深不得小于1.0m。灌注過程要注意保持孔內(nèi)水頭，并經(jīng)常探測孔內(nèi)混凝土面位置，及時調(diào)整導(dǎo)管埋深，并做好灌注記錄。在測混凝土深度時應(yīng)多點測量，確保位置準(zhǔn)確。導(dǎo)管埋深須控制在2～6m之間，導(dǎo)管拆除不超過10分鐘。探測孔內(nèi)混凝土面標(biāo)高要盡量準(zhǔn)確，測繩須用2～3mm細鋼線，測錘宜用2kg左右的鐵質(zhì)錐形體。

2）每根樁的水下混凝土灌注工作應(yīng)緊湊、連續(xù)地進行，嚴(yán)禁中途停工，同時，注意觀察導(dǎo)管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位升降情況，及時測量孔內(nèi)混凝土面高度，保證導(dǎo)管埋入混凝土深度合理。并指定專人填寫好施工記錄以便及時總結(jié)經(jīng)驗指導(dǎo)以后樁的施工。

3）混凝土接近鋼筋籠底部時，應(yīng)放慢灌注速度，使混凝土進入鋼筋籠一定深度后，提升導(dǎo)管，使鋼筋籠在導(dǎo)管下口有一定埋深，防止鋼筋籠上浮?？變?nèi)溢出的泥漿應(yīng)通過泥漿泵抽回泥漿罐內(nèi)，防止污染環(huán)境，也可重復(fù)使用。灌注接近樁頂時，由于混凝土沖擊力減小，易堵管，可采用抬高灌注點來增大壓差灌注。

4）正式澆注前應(yīng)進行拌和試驗，在機口取樣進行混凝土坍落度、擴散度測試。坍落度應(yīng)控制在18～22cm范圍內(nèi)，擴散度應(yīng)控制在35～40cm范圍內(nèi)。并且坍落度保持15cm以上的時間不小于1h，，初凝時間不小于6h，終凝時間不宜大于24h。正常澆筑過程中應(yīng)按2h間隔時間取樣，進行坍落度和擴散度兩項指標(biāo)的測試。除保證原材料的質(zhì)量和對混凝土進行現(xiàn)場取樣檢測以外，還應(yīng)在每根灌注樁澆注的下、中、上部取相應(yīng)混凝土成模作28天抗壓強度測試。

5）最終灌注高度應(yīng)比設(shè)計樁頂高出0.5～1.0m為宜。施工過程中，當(dāng)工程樁澆注至設(shè)計高程時，為了預(yù)防孔口坍塌，空孔部位應(yīng)及時采用置換法進行砂土回填，回填要求密實并滿足設(shè)計指標(biāo)。最后一節(jié)導(dǎo)管拔出時，要緩慢進行，防止造成樁頂泥芯。

6）盡量縮短成孔至灌注混凝土間的間隔時間，合理安排渣土的清運速度，作到孔成渣清，同時根據(jù)吊裝能力適當(dāng)增加鋼筋籠的每節(jié)長度，以縮短連接時間。開澆后保證混凝土的連續(xù)供應(yīng)。

7）混凝土灌注完畢后及時用振動錘將護筒拔出，防止混凝土初凝以后造成護筒與混凝土摩擦系數(shù)增大造成護筒上拔困難。

5.總結(jié)

本工程通過搭設(shè)水中鉆孔樁平臺的方式進了水中大型群樁基礎(chǔ)的施工，并采取了一系列的施工技術(shù)措施對水中群樁的施工進行了控制，經(jīng)樁檢本工程主墩承臺42根鉆孔樁全部為I類樁，事實證明，本工程采取的施工技術(shù)措施是行之有效的，希望可以對類似工程提供一些參考。

參考文獻：

[1] 路橋集團第一公路工程局.JTJ 041-2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2000.