坭洲水道橋超深樁基施工技術(shù)

肖漓境

(湖南省交通科學(xué)研究院)

1 工程概述

虎門(mén)二橋是連接廣州番禺區(qū)與東莞沙田鎮(zhèn)而修建的橋梁，二次跨越珠江分岔水道，主橋由坭洲水道橋、大沙水道二座懸索橋組成，坭洲水道橋是目前國(guó)內(nèi)跨徑最大的懸索橋，特點(diǎn)如下。(1)主跨跨徑超大，548 +1 688 m+548 雙跨鋼箱梁懸索橋;2.樁基礎(chǔ)超深，東塔、西塔樁長(zhǎng)分別為82.5 m、88.5 m，直徑2.8 m，共C30混凝土鉆孔灌注樁128 根;3.索塔高，門(mén)式塔高260 m，塔頂、底尺寸分別為8 ×12.5 m、10 ×16 m;4.承臺(tái)尺寸大，全橋4 個(gè)承臺(tái)，長(zhǎng)、寬為90.43 ×34.8(m)，高7 m。橋梁由寬49.7 m 長(zhǎng)2 236 m 鋼箱梁構(gòu)成。樁基礎(chǔ)是承受上部荷載的主要構(gòu)件，故依據(jù)設(shè)計(jì)文件、地質(zhì)資料選用合適的施工方法、工藝來(lái)保證樁基質(zhì)量就尤為重要。

2 棧橋、平臺(tái)設(shè)計(jì)

棧橋、樁基施工平臺(tái)設(shè)計(jì)很重要，承受運(yùn)輸荷載、鉆進(jìn)、施工荷載等，經(jīng)計(jì)算棧橋采用橋?qū)? m，其中行車(chē)道、人行道寬分別為7.5 m、1.5 m，棧橋跨徑12 m，φ820 ×8 mm 鋼管樁基礎(chǔ)，長(zhǎng)20 m，橫橋向間距6 m，單樁設(shè)計(jì)荷載45 t，鋼管樁開(kāi)槽安裝2I45a 工字鋼墊梁，順橋向設(shè)3 組貝雷承重梁，梁間每6 m 設(shè)置一道［10 槽鋼剪刀撐。分布梁每隔0.75 m 設(shè)置一道I25a 工字鋼，面板每33 cm 臥放28 號(hào)槽鋼。坭洲水道橋主墩平臺(tái)長(zhǎng)108 m，寬55 m，頂面標(biāo)高+4.0 m，由輔助平臺(tái)和鉆樁平臺(tái)構(gòu)成。單鋼管樁設(shè)計(jì)荷載120 t，平臺(tái)主要功能是安放鋼護(hù)筒及樁基、塔柱施工，臨時(shí)堆放設(shè)備、材料，其上布置兩臺(tái)80 t 龍門(mén)吊及一臺(tái)75 t 履帶吊。

3 深樁基試樁

坭洲水道橋在施工前進(jìn)行了施工組織設(shè)計(jì)，為驗(yàn)證施工方案、工藝可行，保證深樁基質(zhì)量，先行試樁，達(dá)到設(shè)計(jì)、規(guī)范要求后才大面積施工。

3.1 坭洲水道橋地質(zhì)條件

水底地形平坦，地貌為珠江河口三角洲。上部為第四系沉積巖所覆蓋，基巖為白堊系白鶴洞組(K1b)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、中砂巖及其風(fēng)化層。依據(jù)勘探地質(zhì)情況顯示，基巖風(fēng)化夾層現(xiàn)象較發(fā)育。樁基按摩擦樁設(shè)計(jì)但終孔時(shí)仍需滿足設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)及勘巖雙控。

表1 試樁地質(zhì)情況

3.2 鋼護(hù)筒安裝

鋼護(hù)筒直徑3.0 m，長(zhǎng)20 m，上、下兩節(jié)長(zhǎng)8 m、12 m，厚20 mm，共重28 t。鋼護(hù)筒下放主要設(shè)備有M1200 塔吊、50 t浮吊、80 t 龍門(mén)吊、DZ150 振動(dòng)錘等。灌入度約為10 cm/min并到達(dá)設(shè)計(jì)高程收錘。用全站儀觀測(cè)調(diào)整、控制鋼護(hù)筒的垂直度。

3.3 樁基成孔

(1)人員、鉆機(jī)及配套設(shè)備

人員10 人，分兩班鉆進(jìn)。配套機(jī)械:KTY－4000 鉆機(jī)1臺(tái)、空壓機(jī)1 臺(tái)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)1 套、80 t 履帶吊、龍門(mén)吊1臺(tái)，400 kW 發(fā)電機(jī)1 臺(tái)。KTY－4000 型全液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，最大鉆孔直徑4 m，鉆孔深度130 m，試樁地層鉆機(jī)選用參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 鉆頭、鉆進(jìn)參數(shù)表

不同地質(zhì)采用不同鉆頭，覆蓋層鉆進(jìn)過(guò)程中采用正循環(huán)、刮刀鉆頭鉆進(jìn)，鉆至巖層面后采用反循環(huán)、楔齒鉆頭鉆進(jìn)。

(2)泥漿性能

泥漿采用海水加鈉基膨潤(rùn)土造漿，隔4 h 監(jiān)控泥漿指標(biāo)，保持泥漿水頭高出平潮水位約1.5 m。高潮水位持續(xù)鉆進(jìn)提高泥漿比重，低潮水位除砂確保轉(zhuǎn)進(jìn)效率。通過(guò)泥漿比重、水頭差確保鉆孔安全。粗砂層以下均每天除砂約2 h，以使泥漿含砂率符合規(guī)范要求。

表3 不同地層泥漿指標(biāo)表

泥漿循環(huán)系統(tǒng)，全橋樁基采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)成孔，每臺(tái)鉆機(jī)配備獨(dú)立的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿起護(hù)壁、浮渣作用，鉆渣通過(guò)泥漿處理器分離，在泥漿處理器出口放置一個(gè)漏斗，鉆渣進(jìn)入漏斗，排放到廢渣艙集中運(yùn)出環(huán)保部門(mén)指定位置排放。帶有鉆渣的泥漿由鉆桿中心被吸出，分離出來(lái)的優(yōu)質(zhì)泥漿通過(guò)泥漿處理器排放到儲(chǔ)漿艙內(nèi)，由于鉆進(jìn)過(guò)程泥漿比重會(huì)變小，故一邊鉆進(jìn)一邊需加入新配制的優(yōu)質(zhì)泥漿，使泥漿性能符合要求，同時(shí)通過(guò)泥漿泵調(diào)節(jié)鉆孔泥漿面高度高出孔外水面約2 m，保持水壓差。

圖1 泥漿處理器工作過(guò)程

(3)防塌孔、防縮孔措施

發(fā)生塌孔、縮孔的原因多是不熟悉地質(zhì)情況，對(duì)泥漿控制、不同地層的進(jìn)尺速度、護(hù)筒內(nèi)外水頭差等關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制不到位引起的。因此，要采取主動(dòng)措施預(yù)防塌孔、縮孔。預(yù)防措施:

①防止鋼護(hù)筒底部沖刷，在大潮汛階段定期測(cè)量河床面，當(dāng)河床沖刷嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)采取拋填砂袋或石籠防沖刷，避免因護(hù)筒松動(dòng)而發(fā)生護(hù)筒腳塌方。

②鉆孔過(guò)程必須連續(xù)，中途不得長(zhǎng)時(shí)間停鉆，長(zhǎng)時(shí)間停鉆則泥漿沉淀不能有效護(hù)壁。準(zhǔn)備備用設(shè)備，嚴(yán)防停鉆導(dǎo)致塌孔、縮孔等事故的發(fā)生。

③按地質(zhì)情況選擇不同性能的泥漿，特別是穿過(guò)不同地層及時(shí)調(diào)整、配制泥漿，遇中砂層及砂礫等易塌地層時(shí)，應(yīng)加大泥漿比重，粘度及膠體率，以確保護(hù)壁厚度，防止塌孔，2 h 測(cè)量泥漿指標(biāo)以保持泥漿的優(yōu)良性能。

④鉆至護(hù)筒腳部范圍時(shí)慢速鉆進(jìn)，觀察水面水位若發(fā)現(xiàn)護(hù)筒腳漏漿則需立即回填或加壓護(hù)筒后再鉆進(jìn)，保持護(hù)筒腳不漏泥漿。

(4)成孔檢查

試樁清孔后垂直度檢測(cè)采用KE400 型超聲波檢測(cè)儀進(jìn)行檢孔，孔深、孔徑、傾斜度符合設(shè)計(jì)要求。

(5)清孔

采用二次清孔工藝，首次清孔，當(dāng)鉆至孔底設(shè)計(jì)標(biāo)高各項(xiàng)控制指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)合格時(shí)終孔，采用氣舉反循環(huán)清孔提鉆20 cm，停下風(fēng)機(jī)待鉆渣充分沉淀至孔底，開(kāi)動(dòng)風(fēng)機(jī)緩慢轉(zhuǎn)鉆清孔，此時(shí)需調(diào)大泥漿比重以便沉渣排出，調(diào)漿時(shí)加入膨潤(rùn)土20 t，CMC 50 kg。檢測(cè)泥漿指標(biāo)為:比重1.2，粘度21 s，含砂率2%，膠體率98%。清孔時(shí)間24 h，清孔完成后泥漿指標(biāo)為:比重1.1，粘度19.3 s，含砂0.5%，膠體率99%。二次清孔，下放導(dǎo)管后，若測(cè)得沉淀大于5 cm 應(yīng)二次清孔。在導(dǎo)管內(nèi)接一根內(nèi)徑4 cm 的鋼管，底部加一沙包，導(dǎo)管頂端密封，預(yù)留進(jìn)風(fēng)管及出漿管，用空壓機(jī)吹砂清孔。風(fēng)管距離導(dǎo)管底約2/3 導(dǎo)管深度，送風(fēng)量約為25 m3/min，風(fēng)壓控制在1.2 MPa，搖動(dòng)、改變導(dǎo)管在孔底的位置，直到沉渣厚度不超過(guò)5 cm。

(6)鋼筋籠制作及下放

鋼筋籠用長(zhǎng)線法制作，鋼筋籠外徑264.2 cm，主筋φ40 mm，長(zhǎng)9 cm 的直螺紋套筒連接，鋼筋接頭車(chē)絲長(zhǎng)度符合規(guī)范且不大于2P，荷載箱直接安裝在鋼筋籠上，安裝標(biāo)高－55.5 m。鋼筋籠標(biāo)準(zhǔn)胎架、卡位采用鋼筋焊接，以控制主筋間距符合雙標(biāo)管理要求，胎架間距3 m，主筋用套筒連接放在胎架上，上部主筋放在卡位器上，再與加強(qiáng)筋焊接，這樣鋼筋籠主筋間距偏差全部能達(dá)到規(guī)范允許要求。

鋼筋籠下放，人員14 人，分兩班下放。配套機(jī)械:平板車(chē)、25 t 汽車(chē)吊、80 t 履帶吊、80 t 龍門(mén)吊，400 kW 發(fā)電機(jī)。由于龍門(mén)吊高度限制，鋼筋籠采用80 t 履帶吊立籠，將鋼筋籠先放入鋼護(hù)筒內(nèi)，利用卡板臨時(shí)固定在鋼護(hù)筒上，80 t 龍門(mén)吊起吊鋼筋籠與下節(jié)鋼筋籠套接，聲測(cè)管采用焊接對(duì)接，聲測(cè)管壁厚2 mm，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，防止聲測(cè)管進(jìn)漿，焊接完成后直接在聲測(cè)管內(nèi)灌水，檢查接頭密封是否完好。

(7)混凝土灌注

①首盤(pán)混凝土量計(jì)算，首批混凝土埋管深度應(yīng)控制≥2 m。由公式V≥πd2h1/4 +πD2Hc/4 得:首盤(pán)混凝土量需21.8 m3，配備1 個(gè)23.4 m3的儲(chǔ)料斗和1 個(gè)1.5 m3的漏斗。

導(dǎo)管選用8 mm 厚Φ325 mm 的無(wú)縫鋼管。螺母接頭以提高拆、接管速度。導(dǎo)管長(zhǎng)113.3 m，為便于拆卸，采用1 ×6 m(底管長(zhǎng))+34 ×3 m(標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng))+1 ×2 m(短節(jié))+2 ×1 m(短節(jié))+1 ×0.8 m(短節(jié))+1 ×0.5 m(短節(jié))。

②灌注混凝土，混凝土配比設(shè)計(jì)見(jiàn)表4，初凝15 h，拔球采用直徑為32 cm 厚14 mm 圓鋼板堵塞導(dǎo)管上口，鋼板下墊油毛氈將混凝土密封與泥漿隔開(kāi)，用鋼絲繩連接鋼板掛于履帶吊鉤，待儲(chǔ)料斗、漏斗灌滿混凝土，拔球完成首盤(pán)混凝土灌注，并持續(xù)灌注至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

表4 C30混凝土設(shè)計(jì)配合比

單樁最大體積544.9 m3，由2 臺(tái)240 m3/h，距離岸上1 km的混凝土攪拌機(jī)生產(chǎn)，10 m3的攪拌車(chē)運(yùn)輸，灌注量80 m3/h，共需6 臺(tái)灌車(chē)，2 臺(tái)備用，首批12 輛罐車(chē)，混凝土坍落度215 mm，擴(kuò)展度600 mm，首盤(pán)灌注順利但浮漿偏多，減少用水量4 kg/方，坍落度調(diào)整為210 mm，擴(kuò)展度550 mm，包裹性明顯好轉(zhuǎn)。未出現(xiàn)待料情況，首盤(pán)混凝土埋管深2.5 m，最大埋深10 m，控制埋管深6 m，拆管長(zhǎng)3 ～6 m 不等。試樁混凝土灌注時(shí)間7 h，平均灌注速度68.9 m3/h，設(shè)計(jì)458 m3，實(shí)際灌注482 m3，超方約5%。

(3)樁頭處理

試樁混凝土灌注完成后，拆除導(dǎo)管，用泥漿泵將護(hù)筒里泥漿抽出，人工清理樁頭，鑿除樁頭至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，樁基經(jīng)檢測(cè)為Ⅰ類(lèi)樁，混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

超深樁基礎(chǔ)在江、海中施工是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，以坭洲水道橋?yàn)楣こ瘫尘?，介紹超深樁基的施工工藝及質(zhì)量控制方法，總結(jié)如下。(1)依據(jù)不同的地質(zhì)條件采取合適鉆進(jìn)方式，泥漿指標(biāo)、性能對(duì)護(hù)壁起關(guān)鍵作用。(2)保證每道工序質(zhì)量，才能保證樁基質(zhì)量合格。(3)針對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題采取主動(dòng)控制措施，避免出現(xiàn)質(zhì)量事故，上述措施對(duì)提高我國(guó)橋梁工程樁基質(zhì)量及耐久性具有十分重要的意義。

［1］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG F50－2011)［S］.

［2］公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(JTGF80/1－2004)［S］.

［3］陳光飛.杭州灣跨海大橋大口徑鉆孔灌注樁施工工藝［J］.西部探礦工程，2008，(11).