濱海灘涂環(huán)境下樁基施工控制

楊玉宏

(中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司,北京 101300)

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濱海灘涂環(huán)境下樁基施工控制

楊玉宏

(中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司,北京 101300)

摘要：沿海橋梁樁基在淤泥灘涂地質(zhì)環(huán)境下，地質(zhì)條件差，建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，施工組織和施工技術(shù)難度很大。以沈海復(fù)線高速公路寧德段A3項(xiàng)目為依托，通過介紹淤泥灘涂地質(zhì)環(huán)境下鋼護(hù)筒的設(shè)置及泥漿的選擇等，總結(jié)出適用于沿海灘涂區(qū)淤泥地質(zhì)環(huán)境下保證橋梁樁基施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)安全的技術(shù)要點(diǎn)。施工措施的采取有效地保證了質(zhì)量、縮短了工期、降低了成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：濱海灘涂；潮汐；樁基施工；鋼護(hù)筒；成孔；混凝土灌注；泥漿配比

沈海高速復(fù)線寧德漳灣至連江浦口高速A3標(biāo)段寧德濱海特大橋某標(biāo)段施工長(zhǎng)度2 550 m，共設(shè)計(jì)橋梁樁基340根：?1.8 m鉆孔灌注樁276根，樁長(zhǎng)為63～77 m不等；?2.0 m鉆孔灌注樁64根，樁長(zhǎng)為62～69 m不等。設(shè)計(jì)永久鋼護(hù)筒底標(biāo)高依據(jù)地質(zhì)情況和施工工藝要求確定，數(shù)量按穿透淤泥層計(jì)，工程量為3 268.21 t。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)分析

寧德濱海特大橋地質(zhì)屬?zèng)_海積平原地貌，自上而下分層為淤泥層、粉質(zhì)粘土、卵石層、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖，其中対樁基施工影響最大的是淤泥層，最小淤泥層17.8 m，最大淤泥層厚32.8 m，平均層厚在22～28 m左右。灘涂淤泥層屬性：高壓縮性、高含水性、重度較小。樁基成孔及灌注風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)增大。

1.2 氣候及海相分析

寧德當(dāng)?shù)赜昙鹃L(zhǎng)、降雨量大、臺(tái)風(fēng)頻繁。受潮汐影響，有周期性地漲潮落潮；海灣灘涂上施工潮差大，退潮時(shí)灘涂裸露，漲潮時(shí)水深3～5 m，每天漲落潮兩次。正常施工作業(yè)時(shí)間短，樁基成孔過程不易控制。

1.3 成本分析

鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)數(shù)量嚴(yán)重不足，按照設(shè)計(jì)建議無法完成施工；原設(shè)計(jì)樁頭含在淤泥層中，需在流塑態(tài)的淤泥中進(jìn)行開挖，開挖基坑不宜成型且功效低；焊接牛腿及截樁頭困難(在狹小的基坑中需用污水泵抽水才能工作)，承臺(tái)施工緩慢；樁基作業(yè)處于養(yǎng)殖區(qū)，泥漿需集中運(yùn)輸處理等。

2 沖擊鉆孔樁施工

2.1 施工工藝流程

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料分析，本工程采用沖擊鉆孔樁工藝施工。經(jīng)測(cè)量放樣完成樁基作業(yè)平臺(tái)施工和鋼護(hù)筒安裝施工，利用相鄰的鋼護(hù)筒作為泥漿池配合泥漿船進(jìn)行泥漿循環(huán)完成樁基施工。

沖擊鉆孔樁施工流程：樁基作業(yè)平臺(tái)施工→鋼護(hù)筒施工→沖擊樁成孔施工→鋼筋籠加工與安裝→樁基混凝土灌注→檢樁→截樁頭等。

2.2 優(yōu)化施工工藝

(1)樁基施工前，通過試驗(yàn)確定泥漿配合比。一般工程采用配比為8%，即8 kg的膨潤(rùn)土可摻100 L的水作為膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，必要時(shí)加入CMC、純堿、PHP、纖維物質(zhì)等來確保泥漿護(hù)壁的穩(wěn)定。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)，選擇含納離子相對(duì)較多的黏土(含鈣離子相對(duì)較多的黏土在停鉆、下鋼筋籠時(shí)易于結(jié)粒沉淀)，其含量為20%，添加10%帶纖維素的膨潤(rùn)土、0.5%～0.65%的工業(yè)用氫氧化鈉、0.003%丙烯酰氨(PHP)，泥漿調(diào)配好之后再開鉆[1]。

(2)在鉆進(jìn)過程中，通過增設(shè)泥漿旋流除渣器，主要清除鉆渣及大部分粉砂，泥漿旋流除渣器出口端再加設(shè)一個(gè)極細(xì)粉砂過濾網(wǎng)，用來過濾剩余粉砂顆粒，確保泥漿質(zhì)量。在清孔時(shí)，采用離心式清孔器循環(huán)泥漿，使含砂率快速達(dá)到規(guī)范要求。

(3)鋼筋籠制作時(shí)主筋采用直螺紋套筒連接，大大節(jié)約了鋼筋籠的制作時(shí)間和下放時(shí)間，也在很大程度上降低了塌孔和縮頸的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高樁頂、承臺(tái)標(biāo)高，平均樁頂標(biāo)高提升在0.7～1.5 m之間(承臺(tái)底基本與淤泥頂齊平)。通過提高樁頂標(biāo)高，不僅減少截樁、承臺(tái)施工時(shí)的基坑開挖難度，而且有效的利用鋼護(hù)筒；同時(shí)，能保證施工過程中孔壁的穩(wěn)定性、確保成孔安全，而且能保證樁基質(zhì)量、顯著的提高樁的抗彎剛度。

3 鋼護(hù)筒控制

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 樁基施工平臺(tái)搭設(shè)

因本項(xiàng)目處于濱海灘涂中，淤泥層平均在22～28 m之間，需搭設(shè)牢固穩(wěn)定的工作平臺(tái)。施工平臺(tái)采用6根?800 mm鋼管樁分兩排(每排3根)沿橫橋向布設(shè)在樁基兩側(cè)，其上沿橋縱向搭設(shè)工字鋼I50，再在縱梁上布設(shè)橫向工字鋼I45，然后在橫向工字鋼上采用[22的槽鋼作為平臺(tái)面板形成臨時(shí)工作平臺(tái)。根據(jù)打樁機(jī)械作業(yè)長(zhǎng)度和寬度、鋼護(hù)筒施工預(yù)留孔口采用正方形，與道路設(shè)計(jì)中心線垂直或平行。預(yù)留正方形邊長(zhǎng)應(yīng)大于鋼護(hù)筒直徑40～50 cm，便于導(dǎo)向架起吊與下放。

3.1.2 鋼護(hù)筒加工

鋼護(hù)筒加工采用工廠化集中生產(chǎn)。先將一定規(guī)格的單片鋼板移至輥床卷板機(jī)滾壓成型，通過龍門吊移至拼裝軌道(拼裝軌道要水平，確保調(diào)運(yùn)來的各個(gè)短節(jié)軸心一致)，利用二氧化碳保護(hù)焊將各節(jié)焊接成一體，并用十字撐支撐鋼護(hù)筒內(nèi)壁，保證成型的成段鋼護(hù)筒不變形，便于施工現(xiàn)場(chǎng)安裝。將拼裝好的成段鋼護(hù)筒移出拼裝軌道，進(jìn)行下一段鋼護(hù)筒拼裝。拼裝的鋼護(hù)筒長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的運(yùn)輸設(shè)備及道路狀況等綜合考慮決定。

3.1.3 導(dǎo)向架加工

為了保證樁基中心點(diǎn)施工準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)鋼護(hù)筒安裝必須采用導(dǎo)向架輔助施工。導(dǎo)向架內(nèi)壁直徑與鋼護(hù)筒外徑保持一致，最上口做成喇叭口，便于鋼護(hù)筒喂入。

3.2 鋼護(hù)筒施工長(zhǎng)度確定

為了加快施工進(jìn)度，降低施工成本，提高樁基成樁質(zhì)量，必須對(duì)鋼護(hù)筒的施工長(zhǎng)度進(jìn)行控制。由于濱海灘涂淤泥參數(shù)的不確定性，樁基開始施工時(shí)，通過對(duì)前幾根樁基進(jìn)行試驗(yàn)，總結(jié)施工參數(shù)，反饋和指導(dǎo)后續(xù)樁基施工。

3.2.1 試驗(yàn)樁基施工

(1)第1根樁基，設(shè)計(jì)孔深66.31 m(護(hù)筒頂至孔底長(zhǎng)度)，淤泥層厚度22.50 m，樁基施工平臺(tái)距淤泥表面4.3 m。施工鋼護(hù)筒總長(zhǎng)度27.18 m，其中包括鋼護(hù)筒頂高出施工平臺(tái)0.2 m，穿透淤泥層至卵石層。

樁基施工前，將護(hù)筒內(nèi)加滿水形成高出淤泥表面一定水頭，復(fù)核樁位后開始施工。樁基施工至淤泥層層底，護(hù)筒外側(cè)與淤泥表面結(jié)合處漏漿，直至漿液面(水頭高度)與淤泥表面齊平；多次回填膨潤(rùn)土，依然漏漿，漲潮時(shí)水頭高度與潮水面相平，退潮時(shí)水頭高度降至淤泥表面齊平。

后續(xù)鉆孔施工，只能采取水頭高度與淤泥表面齊平的方式作業(yè)，直至成孔。成孔后，各項(xiàng)指標(biāo)檢查正常，孔底沉渣符合規(guī)范要求，灌注正常，成樁質(zhì)量檢測(cè)為一類樁。

(2)第2根樁，與第1根樁基平行施工，地質(zhì)構(gòu)成、安裝鋼護(hù)筒長(zhǎng)度及施工工藝均同第1根樁。但在鋼護(hù)筒吊裝施工中，未一次性準(zhǔn)確定位，多次下放、起吊，造成淤泥層擾動(dòng)，穿孔后地表下陷(實(shí)為淤泥層層底塌方)，拔出鋼護(hù)筒重新安裝。拔出的鋼護(hù)筒，底部一節(jié)被壓扁。后回填素土，重新下護(hù)筒18.12 m，水頭高度調(diào)至與淤泥表面齊平，樁基施工正常，成樁質(zhì)量檢測(cè)為一類樁。

(3)第3根樁，設(shè)計(jì)孔深66.80 m，淤泥層厚度22.70 m，施工樁基平臺(tái)距淤泥表面4.5 m。施工鋼護(hù)筒總長(zhǎng)度12.08 m，此時(shí)鋼護(hù)筒底口位于不透水淤泥中，其中包括鋼護(hù)筒頂高出施工平臺(tái)0.2 m，未穿透淤泥層。水頭高度可以自由調(diào)節(jié)，在實(shí)際施工中，本樁水頭高度調(diào)至與淤泥表面齊平，樁基施工正常，成樁質(zhì)量檢測(cè)為一類樁。

3.2.2 試驗(yàn)樁基施工技術(shù)要點(diǎn)

當(dāng)水頭高度保持與淤泥表面一致時(shí)，樁基施工只要控制好泥漿比重，樁基成孔比率幾乎可以達(dá)到百分之百，樁基成孔與鋼護(hù)筒施工長(zhǎng)度的影響不大。

在濱海灘涂環(huán)境下，護(hù)筒埋置深度盡可能深入到不透水層黏性土內(nèi)1～1.5 m且不得小于3 m。結(jié)合本工程地質(zhì)情況，通過經(jīng)驗(yàn)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，水頭高度h和埋入地下鋼護(hù)筒長(zhǎng)度H一般為 h/H=1∶8.5～1∶10.5的比例關(guān)系(也可以利用大型通用有限元軟件ABAQUS對(duì)樁基施工的成孔、成樁階段進(jìn)行全過程建模，計(jì)算在保證施工安全的條件下鋼護(hù)筒的理論長(zhǎng)度，但往往理論計(jì)算長(zhǎng)度要比實(shí)際施工的長(zhǎng)度長(zhǎng)很多)。

當(dāng)h=0時(shí)，相當(dāng)于地面樁基施工(或陸地樁基施工)，水頭高度一般與地面齊平，采用鋼護(hù)筒臨時(shí)支護(hù)，埋入地下鋼護(hù)筒3.02～4.53 m(施工中采用的每節(jié)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為1.51 m)，即可滿足施工。

3.2.3 鋼護(hù)筒長(zhǎng)度控制

按照水頭高度h和埋入地下鋼護(hù)筒長(zhǎng)度H的比例關(guān)系可知，水頭高度h變?yōu)?.0 m左右，實(shí)際控制為1.0 m，地下埋入鋼護(hù)筒臨界長(zhǎng)度H變?yōu)?.5 m(按1∶8.5計(jì)算)，至少需要永久性鋼護(hù)筒8.65 m(截樁時(shí)考慮嵌入承臺(tái)15 cm)?？偘惭b鋼護(hù)筒長(zhǎng)度根據(jù)樁基施工平臺(tái)距離灘涂淤泥頂高度D靈活控制，總長(zhǎng)度計(jì)算式為：L=8.5 m+D+0.2 m+1.0 m=D+9.7 m(護(hù)筒頂高出平臺(tái)0.2 m)。

4 樁基成孔控制

4.1 水頭高度控制

在灘涂表面以上0.3～0.4 m的護(hù)筒處開出一個(gè)水口，接上膠皮管并密封不漏水，將其另一端用木筏綁住，漂浮于水面成連通器，膠管上口高出水面的高度等于所需水頭高度。施工時(shí)，只需向護(hù)筒內(nèi)注入泥漿，膠管上口將自動(dòng)溢出多余的泥漿，就可保持護(hù)筒內(nèi)水頭穩(wěn)定。通過該連通式自動(dòng)穩(wěn)定水頭裝置，確保施工時(shí)的水頭穩(wěn)定，保證成樁質(zhì)量。

同時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)樁取得的施工控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：

(1)當(dāng)h=0時(shí)，水頭高度與地面齊平，相當(dāng)于在陸地上進(jìn)行樁基施工。

(2)當(dāng)h=1.2 m時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)水頭高度應(yīng)低于1.2 m，甚至考慮與地面齊平，按陸地樁基施工處理。漲潮時(shí)，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整至水頭高度，不影響樁基成孔施工。

4.2 泥漿比重控制

成孔過程中，泥漿比重控制應(yīng)按照規(guī)范要求調(diào)制，過濃與過稀均不利于樁基成孔。泥漿比重過大，一般發(fā)生在淤泥層或粘土層，原因是施工速度較快，沒有及時(shí)稀釋泥漿，易造成梅花樁，沒有進(jìn)尺；泥漿比重過小，泥漿護(hù)不住壁，易塌孔或偏孔。

淤泥層鉆進(jìn)過程中，泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)要控制在：相對(duì)密度1.25～1.3 g/cm3，黏度25～28 Pa·s。進(jìn)入巖層前，適當(dāng)加大泥漿比重，能盡快將巖石碎塊浮出，加快施工進(jìn)度。第1次清孔后泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)控制為:相對(duì)密度1.2～1.25 g/cm3，黏度22～24 Pa·s[1]。現(xiàn)場(chǎng)情況表明，泥漿比重稍大時(shí)，泥漿浮出的巖石碎塊較大；泥漿比重相對(duì)較小時(shí)，泥漿浮出的巖石碎塊成顆粒狀，進(jìn)尺較慢。

5 樁基灌注控制

5.1 混凝土質(zhì)量

混凝土主要組成為粗骨料、細(xì)集料和外加劑等?；炷僚浜媳炔缓侠?，粗骨料多細(xì)集料少時(shí)，導(dǎo)管灌注返料困難，現(xiàn)場(chǎng)鉆孔情況表明易出現(xiàn)蜂窩或部分區(qū)域內(nèi)無粗骨料現(xiàn)象；正?；炷梁鸵仔暂^好，外觀上看不到大的骨料，流動(dòng)性好，灌注速度快，灌注時(shí)發(fā)出震耳的隆隆聲。

混凝土的質(zhì)量可通過現(xiàn)場(chǎng)的坍落度試驗(yàn)來判別，最佳坍落度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為200 mm比較適宜。

5.2 導(dǎo)管埋入深度控制與灌注速度控制

在灌注混凝土之前，注意潮汐的漲落，保持孔內(nèi)水頭高度，防止孔壁坍塌。在整個(gè)灌注時(shí)間內(nèi)，采用選定好的導(dǎo)管，確保出料口伸入先前灌注的混凝土內(nèi)至少2 m，以防止泥漿及水沖入管內(nèi)，且不宜大于6 m，經(jīng)常測(cè)量孔內(nèi)混凝土面層的高程，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管出料口與混凝土表面的相應(yīng)位置。為保證灌注混凝土有足夠的壓力，混凝土漏斗距樁頭應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。灌注混凝土?xí)r，溢出的泥漿引流至泥漿池及時(shí)循環(huán)至泥漿船?；炷吝B續(xù)灌注，直至灌注的混凝土頂面高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5～1.0 m，以保證混凝土強(qiáng)度。

當(dāng)混凝土頂面升到鋼筋籠下端時(shí)，為防止鋼筋籠被混凝土頂托上升(浮籠)可采取以下措施：

(1)盡量縮短混凝土總的灌注時(shí)間，防止頂層混凝土進(jìn)入鋼筋骨架時(shí)混凝土流動(dòng)性過小。

(2)當(dāng)混凝土頂面距鋼筋骨架底部1 m左右時(shí)，降低混凝土的灌注速度。當(dāng)混凝土拌和物上升到骨架底口4 m以上時(shí)，提升導(dǎo)管，使其底口高于骨架底部2 m以上后再恢復(fù)正常灌注速度。

(3)用工字鋼或者槽鋼橫穿鋼筋籠吊環(huán)支承于施工平臺(tái)上，然后固定工字鋼或槽鋼，防止鋼筋籠上浮與下沉。

在鋼筋籠下端增設(shè)錨固于混凝土內(nèi)的錨固鋼筋，在灌注將近結(jié)束時(shí)，因?qū)Ч軆?nèi)混凝土柱高差減小，壓力降低，而導(dǎo)管外的泥漿及所含渣土稠度增加，比重增大，如出現(xiàn)混凝土頂升困難時(shí)，在孔內(nèi)加水，稀釋泥漿，并掏出部分沉淀土，使灌注工作順利進(jìn)行。在提升最后一段長(zhǎng)導(dǎo)管時(shí)，提升速度要慢，以防止樁頂沉淀的泥漿擠入導(dǎo)管下形成泥心。

5.3 含砂率控制

樁基施工至設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)，開始清孔。清孔優(yōu)先推薦離心式清孔器，泥沙從封閉的錐形筒一側(cè)靠污水泵管道泵入，利用離心力將渣子從錐尖甩出，多余泥漿回流至樁基孔內(nèi)，完成單個(gè)清孔流程。

離心式清孔器優(yōu)點(diǎn)：①加快清孔速度，使泥漿中的含砂率快速達(dá)到規(guī)范要求；②運(yùn)用錐尖上安裝的活動(dòng)閘閥控制清孔后期的泥漿流失，使泥漿比重和粘度都有保證，防止因泥漿變稀而導(dǎo)致塌孔(擴(kuò)孔)、縮頸等事故發(fā)生，大大提高了成樁質(zhì)量。

5.4 泥漿比重控制

泥漿比重的大小，直接影響著灌注樁質(zhì)量的優(yōu)劣。灌注混凝土前泥漿的指標(biāo)：相對(duì)密度1.20～1.22 g/cm3，黏度20～22 Pa·s。

若泥漿比重過小，則泥漿護(hù)壁效果大打折扣(泥皮松動(dòng)或脫落)，輕則灌注即將結(jié)束時(shí)泥皮剝落浮在樁基頂部(泥皮在灌注過程中被剝落，由于泥漿重度較混凝土重度相對(duì)較小，浮在混凝土表層的上方)，對(duì)于深樁多達(dá)3～4 m，直接造成樁頭頂升困難，引起混凝土超方、因測(cè)量埋深不準(zhǔn)誘發(fā)拔管錯(cuò)誤而斷樁或因拔管不及時(shí)誘發(fā)導(dǎo)管埋深過淺而夾泥斷樁；重則引起灌注前或灌注過程中孔壁縮徑甚至塌方，降低樁基成樁質(zhì)量或成為廢樁。

泥漿比重過大，一般情況下孔底不干凈，用測(cè)量繩測(cè)孔底，感覺發(fā)黏，測(cè)繩上下拉動(dòng)吃力。灌注后檢樁(達(dá)到齡期)，樁底下部強(qiáng)度較差，需要鉆芯驗(yàn)證甚至要返工處理。對(duì)于孔深較大的樁基，泥漿比重可以適當(dāng)放大，只要保證灌注前孔底不粘錘且泥漿始終處在循環(huán)狀態(tài)中，成樁質(zhì)量完全可靠。

6 結(jié)束語

通過縮短永久鋼護(hù)筒的長(zhǎng)度和提高樁頂、承臺(tái)標(biāo)高減少截樁、承臺(tái)施工難度，不僅保證了樁基的施工質(zhì)量，而且有效的縮短了工期，節(jié)省鋼護(hù)筒1 700余t，降低了成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張小波，朱吉建.厚淤泥地質(zhì)條件下樁基施工難點(diǎn)技術(shù)研究[J].施工技術(shù)，2012(S2):26-28

On the Construction Control of the Pile Foundation in the Environment of an Intertidal Zone

Yang Yuhong

( The 1st Engineering Co. Ltd. of the 16th Bureau Group of China Railway,Beijing 101300,China )

Abstract:Since coastal bridges are built in the environment of silt or in intertidal zones,the geological conditions there are very poor and the construction environment is complex, in which case there is great difficulty in the organization of the construction and construction techniques.With the A3 Project of the Ning-De Section of the Shen-Hai Double-Line Expressway as a practical example, and upon the basis of introducing the provision of steel pile casing in the geological environment of the intertidal zone, and the choice of the right mud,important points of construction control to ensure the good quality of the construction for the pile foundation of bridges and the safety of structures in the geological environment of intertidal zones are summed up in the paper.These technical measures help ensure the good quality of the construction of the pile foundation, effectively shorten the construction duration and lower the cost, with nice economic effects achieved.

Key words:intertidal zone;tide;construction for pile foundation;steel pile casing;pore-forming;pouring of concrete;mix ratio of the mud

收稿日期：2016-01-11

作者簡(jiǎn)介：楊玉宏(1983—)，男，工程師，主要從事道路橋梁方面的技術(shù)工作49505580@qq.com

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.03.021

中圖分類號(hào)：U445.551

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-3953(2016)03-0077-04