荊東大橋超長深水鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)分析

李燦明 合誠工程咨詢股份有限公司，福建 廈門 361012

1 工程概況

荊東大橋位于三明市三元區(qū)荊東村，是國道205 線三明市區(qū)過境段工程A2 合同段荊東互通的主線橋，荊東大橋起訖里程為K18 +070.5-K18 +651.5，橋長581m，共5 聯(lián)12 孔，主要跨越沙溪河，8、9#墩位于沙溪河中，水深14m，地層由卵石、強(qiáng)風(fēng)化構(gòu)造巖、中風(fēng)化構(gòu)造巖組成，同時位于(F5)斷層上，下部結(jié)構(gòu)采用墩臺配樁基礎(chǔ)，上部采用(72 +130 +72)變截面連續(xù)箱梁。樁基礎(chǔ)采用摩擦樁，共32 根，最深樁長92m，鉆孔深度達(dá)104m。

2 超長深水鉆孔灌注樁施工工藝流程及施工技術(shù)要點(diǎn)

荊東大橋超長深水鉆孔灌注樁施工主要工藝流程為:鋼棧橋及鉆孔平臺搭設(shè)、護(hù)筒埋設(shè)、鉆機(jī)安裝、鉆孔施工、成孔檢查、一次清孔、鋼筋籠制作及安裝、二次清孔、灌注水下混凝土。

2.1 鋼棧橋及鉆孔平臺搭設(shè)

荊東大橋橋址位于臺江電站范圍內(nèi)，前后二個電站中游，水位相對穩(wěn)定，百年一最大流速為1.94 m/s，常水位標(biāo)高為135.5 m，根據(jù)臺江電站出示的水文報告，三明沙溪河主汛期為每年5 月底到7 月中旬，橋位處10 年內(nèi)最高水位為133.9 m，鋼棧橋及鉆孔平臺按10 年內(nèi)最高水位加2 m 設(shè)計(jì)。

鋼棧橋設(shè)計(jì)時主要考慮通行時的臨時荷載，一般按照載重量來計(jì)算承重體系并考慮1.5 倍安全系數(shù)，動載最大荷載考慮80T，靜載最大荷載考慮95T。鋼棧橋設(shè)計(jì)全長276m，橋面凈寬6m?；A(chǔ)采用630mm10mm 鋼管;下部結(jié)構(gòu)為雙45b 工字鋼;上部為7 片31.5m 貝雷梁;橋面結(jié)構(gòu)為1823.5 工字鋼橫向分配梁，上鋪8mm 防滑鋼板。鋼棧橋采用“釣魚法”施工，具體施工步驟如下:鋼管樁制作→鋼管樁施工(打入沖孔、插樁)→焊接樁及樁頂開槽→雙拼工字鋼橫梁制作及安裝→貝雷片縱梁安裝→剪刀撐制作及安裝→橫向分配梁制作、安裝及固定→橋面防滑鋼板鋪設(shè)→結(jié)點(diǎn)聯(lián)接檢查。

鉆孔鋼平臺共二座，設(shè)計(jì)尺寸為27m35m?？赏瑫r滿足12 臺鉆機(jī)同時作業(yè)。平臺基礎(chǔ)采用630mm 鋼管，壁厚8mm，橫梁采用40a 型雙拼工字鋼;分配梁采用25a 型工字鋼，間距0.3m，分配梁上滿鋪8mm 厚的鋼板，具體施工步驟如下;鋼管樁制作→鋼管樁施工(打入沖孔、插樁)→焊接樁及樁頂開槽→工字鋼橫梁制作及安裝→分配梁制作及安裝→剪刀撐制作擴(kuò)安裝→分配梁制作、安裝及固定→鋼平臺面板鋪設(shè)、固定→結(jié)點(diǎn)聯(lián)接檢查。施工時應(yīng)結(jié)合防洪防汛的要求，在平臺上游側(cè)需加設(shè)攔物網(wǎng)，避免漂流物堆積在平臺上側(cè)，增加阻力危及平臺安全。

2.2 埋設(shè)護(hù)筒

(1)基于后期鋼吊箱施工要利用護(hù)筒作為吊掛系統(tǒng)的主支撐，經(jīng)計(jì)算后護(hù)筒采用14mm 的鋼板制作，其內(nèi)徑大于鉆頭直徑25cm。為防止護(hù)筒變形，在護(hù)筒上、下端口和中部外部各焊一道加勁肋;(2)護(hù)筒埋設(shè)采用20 型震動錘下沉，在平臺上下做定位導(dǎo)向架，導(dǎo)向架距離盡可能加大，護(hù)筒中心與樁位中心的偏差不大于50mm，成孔后樁中心軸線不大于40mm，傾斜度不大于1%。護(hù)筒內(nèi)存儲泥漿應(yīng)高出河面水位1m，防止河水內(nèi)滲稀釋泥漿造成坍孔。

2.3 鉆機(jī)就位

水中墩樁基礎(chǔ)相鄰較近，最小距離只有3m，為防止沖擊振動導(dǎo)致鄰孔坍壁等質(zhì)量事故，荊東大橋水中墩鉆孔樁采用“跳打”法施工，單座承臺8 根樁基最多投入3 臺鉆機(jī)，按照“322”施工順序進(jìn)行循環(huán)作業(yè)，本橋8、9 號墩4 座承臺32 根樁基，共投入12 臺鉆機(jī)，計(jì)劃3 個施工循環(huán)完成全部水中鉆孔樁施工，計(jì)劃工期7 個月。

2.4 泥漿的制備及循環(huán)凈化

造漿采用優(yōu)質(zhì)粘土，必要時摻入適量CMC 羧基纖維或Na2CO3 純堿等外加劑，保證泥漿自始自終達(dá)到性能穩(wěn)定、沉淀極少、護(hù)壁效果好和成孔質(zhì)量高的要求。

2.5 鉆孔

鉆孔宜采用半自動卷揚(yáng)機(jī)，自重12 噸，鉆頭采用梅花形鉆頭，直徑2.18m，自重8.5 噸，鋼絲繩選用同向捻制，無死彎和斷絲?，F(xiàn)場備用鉆頭2 個，當(dāng)鉆頭直徑磨耗超過15mm 時及時更換修補(bǔ)。

(1)開孔:在地質(zhì)不平整的巖面、深槽或人工填土?xí)r，開孔前在孔內(nèi)多投入一些粘土，并加適量粒徑為15cm 左右的片石，頂部拋平，用低沖程沖砸，泥漿比重控制在1:3 左右。鉆進(jìn)0.5～1.0m，再回填粘土或片石，繼續(xù)經(jīng)低沖程沖砸，如此反復(fù)二至三次，待鉆頭沖砸至一般巖面時，方可加大沖程正常鉆進(jìn)。為防止沖擊振動使鄰孔坍壁，待鄰孔砼灌注完畢一般經(jīng)24 小時后方可開鉆。

(2)鉆孔:鉆孔過程根據(jù)地質(zhì)情況，采用不同的鉆進(jìn)方法鉆進(jìn)，粉質(zhì)土采用中沖程(0.75m 左右)，輸入較低稠度泥漿，防止卡鉆、埋鉆;易坍孔的土質(zhì)采用小沖程(0.5m 左右)，多投入粘土提高泥漿的粘底與相對密度，并填加片石、碎石，使之被擠入孔壁。堅(jiān)硬漂卵石和巖層中鉆孔采用中、大沖程，一般在4～6m，鉆孔時孔內(nèi)水位宜高于河內(nèi)水位1.5～2.0m，在沖擊鉆進(jìn)中取碴和停鉆后，應(yīng)及時向孔內(nèi)補(bǔ)水或泥漿，保證孔內(nèi)水頭高度和泥漿比重及粘度。

(3)抽碴:沖孔至護(hù)筒下4～5m 時，用抽碴筒抽碴，每鉆進(jìn)0.5～1.0m 抽碴一次，抽至鉆碴明顯減少無粗顆粒為止，抽碴時應(yīng)及時補(bǔ)水和粘土，使泥漿比重符合要求，沖孔是每隔3～4 小時，漿鉆頭或鉆碴筒在孔內(nèi)上下提放幾次，把下面的泥漿拉上來，以護(hù)孔壁。

(4)刃口補(bǔ)焊:鉆頭刃口在鉆進(jìn)中不斷磨損，每班應(yīng)進(jìn)行檢查，沖擊錘尺寸磨損到小于設(shè)計(jì)樁徑或磨鈍時，應(yīng)及時補(bǔ)焊，以免造成縮徑或卡鉆事故。為防止卡鉆，一次補(bǔ)焊不宜過多，且補(bǔ)焊后在原孔使用時，宜先用低沖程沖擊一段時間，方可恢復(fù)正常沖程。

(5)檢孔:為保證孔形垂直，鉆進(jìn)中應(yīng)常用檢孔器檢孔，檢孔器用鋼筋制作，直徑與鉆頭直徑相同，高度為鉆孔直徑的4～6 倍。更換鉆頭前，必須經(jīng)過檢孔。如檢孔器不能沉到原來已鉆到的深度，或鋼絲繩拉緊時的位置偏移護(hù)筒中心，則可能造成縮孔、彎孔、斜孔等，應(yīng)及時糾正或回填重鉆。

(6)終孔檢查:當(dāng)孔底達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，可停止沖擊，把鉆頭提到孔外，進(jìn)行成孔檢查(孔徑、孔深、傾斜率等檢查)，符合施工規(guī)范要求后方可清孔，在終孔與清孔的間隙時間應(yīng)保持孔內(nèi)水頭高度。

2.6 成孔

孔徑及垂直度檢測在樁基成孔后，下入鋼筋籠前進(jìn)行，根據(jù)樁徑制作籠式井徑器入孔檢測，籠式井徑器用φ22 的鋼筋制作，其外徑大于鋼筋籠外徑10cm，長度等于孔徑的4～6 倍。其長度與孔徑的比值選擇，可根據(jù)鉆機(jī)的性能及地層的具體情況而定。檢測時，將井徑器吊起，鉆孔中心與起吊鋼絲繩保持一致，慢慢放入孔內(nèi)，上下通暢無阻表明孔徑大于給定的籠徑。

孔深和孔底沉碴采用標(biāo)準(zhǔn)錘檢測。測鍾一般采用錐形錘，錘底直徑15cm，高20cm，質(zhì)量4kg～6kg。測繩必須經(jīng)鋼尺進(jìn)行校核。由于樁長較長，普通測繩容易被拉長，出現(xiàn)偏差，現(xiàn)場采用鋼測繩，測量完后用鋼尺對測繩進(jìn)行復(fù)核，確保孔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.7 一次清孔

清孔處理的目的是使孔底沉碴厚度、泥漿比重及含砂率等符合設(shè)計(jì)要求，為水下混凝土澆筑創(chuàng)造良好的條件。當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)高程檢驗(yàn)合格后，即可進(jìn)行第一次清孔。荊東大橋8#、9#墩采用換漿法清孔，即使用2 臺泥漿泵正循環(huán)清孔，利用孔口作為泥漿池返漿，采用一臺37KW 泥漿泵正循環(huán)清孔，另采用一臺22KW 泥漿泵外接濾砂器孔口抽漿降低泥漿含砂率，將過濾后的泥漿排入泥漿池。清孔達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn):泥漿比重不大于1:1，含砂率小于2%，粘度17～20S。同時保證水下混凝土灌注前孔底沉碴厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)禁采用加深鉆孔深度的方法來代替清孔。

為解決鉆孔平臺狹窄，無法設(shè)置沉淀池的問題，清孔時在孔口設(shè)置振動篩進(jìn)行排碴。振動篩主要由篩網(wǎng)、振動器、彈簧組成。清孔時孔內(nèi)泥漿通過溜槽流入振動篩，在振動篩的振動作用下，泥漿與石碴分離，泥漿通過溜槽回到泥漿池，石碴及雜質(zhì)被篩網(wǎng)隔離，達(dá)到快速沉碴的目的。荊東大橋使用的振動篩均為自行組裝，成本低，排碴效果好，節(jié)約場地。

當(dāng)清孔達(dá)到一定時間，粒徑較大的沉碴被排干凈，粒徑較小的沉碴會透過振動篩網(wǎng)，起不到隔離排碴效果時，就需要使用濾砂器。濾砂器主要由進(jìn)漿口、出漿口、主鋼管、出碴口、球閥組成。其工作原理為:泥漿在泥漿泵的壓力作用下，通過進(jìn)漿口進(jìn)入濾砂器，形成高速旋轉(zhuǎn)渦流，通過渦流離心力，泥漿中的砂粒與泥漿分離，砂粒在重力作用下下沉并通過出渣口排出，泥漿則通過出漿口回流到泥漿池中。

荊東大橋樁基施工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，對于9#墩92m 長深水樁基，使用振動篩清孔平均約46h 可將粒徑較大沉渣清除干凈，使用濾砂器清孔平均約26.5h 后泥漿各項(xiàng)指標(biāo)合格，一次清孔總時間平均約為72.5h。

通過使用振動篩及濾砂器清孔，不僅解決了鉆機(jī)集中、場地嚴(yán)重受限，無法設(shè)置沉淀池的難題，還大大提高了清孔質(zhì)量及清孔速度。與常規(guī)清孔方法相比，每根樁基可節(jié)約清孔時間約24h，荊東大橋8#、9#墩共有深水樁基32 根，預(yù)計(jì)可節(jié)約工期32 天。

2.8 二次清孔

由于安放鋼筋籠及導(dǎo)管等工序時間較長，孔底沉淀產(chǎn)生新的沉渣，故鋼筋籠及導(dǎo)管安裝就序后，需要進(jìn)行二次清孔。二次清孔方法與一次清孔相同。清孔后，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到以下要求方可進(jìn)行水下混凝土灌注:泥漿比重為1.05～1.08，含砂率為1.1%～1.7%，孔底沉渣厚度小于10cm。

2.9 水下砼灌注

(1)采用直升導(dǎo)管法進(jìn)行水下混凝土灌注。導(dǎo)管使用前，應(yīng)進(jìn)行密封性試驗(yàn)，確保導(dǎo)管連接緊密。下導(dǎo)管時應(yīng)防止碰撞鋼筋籠，導(dǎo)管支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺上，用于支撐懸吊導(dǎo)管。

(2)嚴(yán)格按制混凝土坍落度，確保混凝土有很好的的和易性。混凝土灌注應(yīng)保證在首批混凝土初凝以前完成。

(3)混凝土灌注開始后，應(yīng)緊湊、連續(xù)地進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停工。在整個灌注過程中，導(dǎo)管埋入混凝土的深度一般控制在2m～6m 之間。

(4)在混凝土灌注過程中，要防止混凝土拌和物從漏斗溢出掉入孔內(nèi)，使泥漿內(nèi)含有水泥而變稠凝固，致使量測不準(zhǔn)。同時應(yīng)設(shè)專人注意觀察導(dǎo)管內(nèi)混凝土下降和井孔水位上升，及時測量復(fù)核孔內(nèi)混凝土面高度及導(dǎo)管埋入混凝土深度，做好混凝土施工灌注記錄，正確指揮導(dǎo)管的提升和拆除。

(5)施工中導(dǎo)管提升時應(yīng)保持軸線豎直和位置居中，逐步提升。如導(dǎo)管法蘭盤卡住鋼筋管架，可轉(zhuǎn)動導(dǎo)管，使其脫開鋼筋骨架后，移到鉆孔中心。當(dāng)導(dǎo)管提升到法蘭接頭露出孔口以上一定高度，可拆除1 節(jié)或2 節(jié)導(dǎo)管。拆除導(dǎo)管動作要快，拆裝一次時間一般不宜超過15min。要防止螺栓、橡膠墊和工具掉入孔中。

3 結(jié)束語

在荊東大橋超長深水鉆孔灌注樁施工過程中，針對沙溪河河面寬、水深、樁基長等特點(diǎn)，施工過程中做好技術(shù)要點(diǎn)控制，使荊東大橋主墩8、9#墩樁基在計(jì)劃期內(nèi)完成施工，樁基經(jīng)檢測全部合格，有效的推進(jìn)了項(xiàng)目的進(jìn)展。