深門特大橋海中斜巖條件深水大孔徑嵌巖樁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

彭文川,胡　隆，余　甦

(1.浙江省公路管理局，杭州　310009;2.77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程項(xiàng)目指揮部，浙江 溫州　325026；3.廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣州　523000)

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深門特大橋海中斜巖條件深水大孔徑嵌巖樁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

彭文川1,胡隆2，余甦3

(1.浙江省公路管理局，杭州310009;2.77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程項(xiàng)目指揮部，浙江 溫州325026；3.廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣州523000)

通過對(duì)深門特大橋處海洋環(huán)境水下地形和海床地質(zhì)進(jìn)行勘查分析，對(duì)海上深水裸巖大孔徑鉆孔樁的施工平臺(tái)、鋼護(hù)筒制作埋設(shè)技術(shù)、鉆孔樁泥漿和海工混凝土配制等進(jìn)行研究，提出經(jīng)濟(jì)合理的施工方案，有益于今后在橋梁中推廣應(yīng)用。

深門特大橋；深水；裸巖；大孔徑鉆孔樁；施工；技術(shù)

0　引　言

目前，我省公路建設(shè)已逐步由內(nèi)陸向外海延伸，全長(zhǎng)36.75km公里的77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路、象山港大橋、樂清灣大橋、三門灣大橋等一個(gè)個(gè)海域公路項(xiàng)目已相繼開工建設(shè)。針對(duì)國(guó)內(nèi)外海域大型橋梁建設(shè)中深水裸巖大孔徑鉆孔灌注樁的施工技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了深門特大橋深水傾斜裸巖大孔徑嵌巖樁施工的主要技術(shù)，提出了優(yōu)化鉆孔平臺(tái)施工方案，研究護(hù)筒埋設(shè)技術(shù)，就地取材配制海水泥漿，采用大摻量粉煤灰海工砼來解決砼灌注和樁基耐久性等問題。

1　深門特大橋海中斜巖深水大孔徑嵌巖樁施工關(guān)鍵技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)深水裸巖大孔徑鉆孔樁施工主要采用浮式平臺(tái)、整體鋼管架平臺(tái)、常規(guī)鋼管架平臺(tái)、鋼管樁+人造覆蓋層平臺(tái)等措施。深門特大橋15#主墩橋址覆蓋層厚度不均、變化劇烈，巖面呈傾斜狀態(tài)，經(jīng)分析比較，上述4種方案均不宜采用。

1.1采用鋼管樁懸臂推進(jìn)法施工鉆孔樁平臺(tái)

1.1.1鉆孔樁平臺(tái)

針對(duì)本項(xiàng)目淺覆蓋層和裸巖區(qū)域內(nèi)傾斜巖面上的鋼管樁存在難以打入、無法穩(wěn)定的施工難題。經(jīng)研究，采取先利用打樁船施工厚覆蓋層鋼管樁(φ1000δ12mm鋼管)，再通過履帶吊從棧橋側(cè)依次逐跨搭設(shè)厚覆蓋層平臺(tái)上部構(gòu)造。依托厚覆蓋層穩(wěn)定的施工平臺(tái)為基礎(chǔ)用臨時(shí)導(dǎo)向架下放鋼管樁，然后焊接平聯(lián)管再拆除導(dǎo)向架，此方案即為鋼管樁懸臂推進(jìn)法。

1.1.2傾斜巖面淺覆蓋層鋼管樁穩(wěn)定措施

為了增強(qiáng)傾斜巖面淺覆蓋層區(qū)域鋼管樁的穩(wěn)定性，采取先增大鋼管樁樁徑(φ1200δ12mm鋼管)和平聯(lián)管尺寸(φ630δ8mm與φ426δ8mm組合桁片)，并將鋼管樁底部加工成鋸齒形以增大鋼管樁與巖面的接觸力。

1.2鋼護(hù)筒施工關(guān)鍵技術(shù)

由于受海況條件諸如水深、風(fēng)力、潮差、波浪、海流、水下地形地質(zhì)等因素影響, 海上成孔相對(duì)陸地施工難度加大,其中鋼護(hù)筒的埋設(shè)質(zhì)量直接影響鉆孔樁的施工進(jìn)度和質(zhì)量。

1.2.1鋼護(hù)筒長(zhǎng)度推算

根據(jù)平臺(tái)樁施工時(shí)鋼管樁插打情況，詳細(xì)記錄每根鋼管樁樁位的覆蓋層深度，繪制不同樁位覆蓋層深度連線圖，估算出鉆孔樁護(hù)筒的覆蓋層厚度。從而初步確定護(hù)筒長(zhǎng)度，以有效控制下放時(shí)護(hù)筒腳的變形。

1.2.2護(hù)筒加固措施

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)淺覆蓋層巖面鉆孔樁鋼護(hù)筒施工簡(jiǎn)單有效的方法是“栽樁”施工，但本項(xiàng)目巖面整體傾斜角度大，平均坡度約為14.5%，用大錘沖擊巖面時(shí)容易發(fā)生傾斜，很難達(dá)到預(yù)期效果?？紤]到這一特殊性，從以下兩個(gè)方面對(duì)護(hù)筒進(jìn)行加固改進(jìn)。

(1)采用下承式導(dǎo)向架，此導(dǎo)向架剛度大，抵抗水流沖擊力強(qiáng)，上下口均可以調(diào)節(jié)護(hù)筒垂直度，能更好的控制護(hù)筒下放垂直度。

(2)選用φ2836×δ18mm鋼護(hù)筒，增大護(hù)筒整體強(qiáng)度防止護(hù)筒變形，為了防止護(hù)筒在后續(xù)跟進(jìn)下沉過程中護(hù)筒腳變形，對(duì)護(hù)筒腳底部進(jìn)行加固處理，加強(qiáng)方法為在樁尖焊接規(guī)格為φ2818×δ18mm加強(qiáng)套管，長(zhǎng)50cm，并在豎向按間距30cm布置寬度為15cm的δ18mm鋼板帶，長(zhǎng)度為1.5m，頂部再設(shè)置30cm寬的加強(qiáng)套箍，整個(gè)加強(qiáng)區(qū)長(zhǎng)度為2.3m，可保證護(hù)筒腳不變形，見圖1。

圖1　護(hù)筒底加強(qiáng)照片

1.2.3護(hù)筒腳巖面處理

針對(duì)護(hù)筒腳處巖面的傾斜情況，將護(hù)筒腳斜巖分成兩種類型進(jìn)行處理。

(1)巖面傾斜角度小，在護(hù)筒內(nèi)回填強(qiáng)度較大的塊石后，用沖錘(φ2.6m)進(jìn)行沖孔，沖孔同時(shí)從周邊厚覆蓋層區(qū)及時(shí)抓取海泥進(jìn)行造漿清渣，反復(fù)回填沖進(jìn)護(hù)筒底數(shù)米后重新接長(zhǎng)鋼護(hù)筒并振動(dòng)下沉護(hù)筒；根據(jù)下沉情況控制護(hù)筒下沉深度，護(hù)筒下沉后重新將護(hù)筒與平臺(tái)固定繼續(xù)進(jìn)行沖樁施工，詳見圖2。

圖2　鋼護(hù)筒處理示意圖(斜巖角度小)

(2)巖面傾斜角度大，護(hù)筒腳跟巖面夾角太大無法回填塊石，只能先通過小沖錘沖擊高處巖面減小護(hù)筒腳周長(zhǎng)范圍內(nèi)巖面高差后，再按第一種傾斜巖面進(jìn)行后續(xù)施工，詳見圖3。

圖3　鋼護(hù)筒處理示意圖(斜巖角度大)

1.3泥漿配制技術(shù)研究

深門特大橋橋址屬近代沉積海峽，主橋區(qū)域局部海積層達(dá)50m之厚，上層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥、淤泥質(zhì)粘土、含角礫粉質(zhì)粘土，厚度0～50.2m，下層為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化泥灰?guī)r。

1.3.1深門特大橋大孔徑鉆孔樁施工對(duì)泥漿的要求

(1)由于海水中含有大量的無機(jī)鹽類,故要求泥漿性能穩(wěn)定,對(duì)鹽的敏感性較低,可以抗較高鹽類污染,性能變化小。

(2)本項(xiàng)目海上使用淡水運(yùn)費(fèi)太高,且沒有足夠的容器儲(chǔ)存泥漿，配漿材料應(yīng)易尋且價(jià)格低廉。

(3)由于溫州灣海域內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá),為防止有毒泥漿的污染,要求泥漿無毒無害。

(4)其他泥漿性能指標(biāo)與一般泥漿相同。

1.3.2海水泥漿配制

深門特大橋鉆孔灌注樁均處于海中，離本島岸線較遠(yuǎn)，淡水供應(yīng)困難，由于陸上運(yùn)輸成本高，海上運(yùn)輸?shù)趾芾щy。鑒于此，本工程鉆孔灌注樁施工全部采用海水泥漿護(hù)壁工藝。通過多種不同配比泥漿的反復(fù)試配和各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試。最終選用了表1中的3種配合比。試驗(yàn)結(jié)果表明，上述配合比配制的泥漿性能穩(wěn)定，使用效果好，成本低，平均每立方泥漿不到210元。泥漿的各項(xiàng)測(cè)試性能如下：泥漿比重相對(duì)密度控制在1.28～1.37之間，泥漿含砂率小于2.5%，泥漿PH值控制在8.7左右，泥漿黏度在20～27s之間，膠體率在98.5%左右，泥皮厚度1.6～2.1mm。

深門特大橋鉆孔灌注樁使用海水泥漿，泥漿優(yōu)質(zhì)的性能確保了鉆孔樁即便在極端惡劣海洋氣候環(huán)境(臺(tái)風(fēng)或超強(qiáng)季風(fēng)、強(qiáng)潮汐)下孔壁的穩(wěn)定，全橋166根鉆孔灌注樁經(jīng)檢測(cè)均為Ⅰ類樁，海水造漿為項(xiàng)目部節(jié)約建設(shè)資金近240多萬元。事實(shí)證明：海水造泥漿取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有效克服了海中大孔徑超長(zhǎng)鉆孔樁樁身夾泥、斷裂、縮徑、擴(kuò)徑、孔底成渣過厚等問題。實(shí)踐證明，本海水泥漿適用于：(1)含有大量的無機(jī)鹽類的海水；(2)海上使用淡水運(yùn)費(fèi)高,且沒有足夠的容器儲(chǔ)存泥漿的工程；(3)海域內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)域。

表1　3種泥漿的配合比　單位：kg

1.4鉆孔樁海工混凝土技術(shù)研究

深門特大橋鉆孔樁海工混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35，抗氯離子滲透指標(biāo)為3.0E-12m2/s，使用壽命100年。結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際施工情況，從原材料的選擇、配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工保護(hù)措施3個(gè)方面著手，采用大摻量粉煤灰海工混凝土來提高鉆孔灌注樁的耐久性能。

深門特大橋鉆孔樁采用海螺牌P·Ⅱ52.5硅酸鹽水泥、廈門I級(jí)粉煤灰、上海高鐵聚羧酸高性能減水劑、張家港S95礦粉、福建產(chǎn)中砂、青田產(chǎn)碎石。

根據(jù)鉆孔樁海工混凝土的性能要求，參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料依據(jù)均勻分布及密實(shí)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的原則，進(jìn)行了20多種配合比的反復(fù)試配，最終選用了33.3%大摻量粉煤灰海工砼。表2為33.3%大摻量粉煤灰砼不同水膠比的配合比和性能實(shí)測(cè)結(jié)果。

表2　大摻量粉煤灰砼配合比和性能實(shí)測(cè)結(jié)果表

從表2可以看出：粉煤灰具有增漲后期混凝土強(qiáng)度的潛能,并能緩慢降低氯離子擴(kuò)散系數(shù),增加抗氯離子滲透的能力。以上3種配合比試驗(yàn)結(jié)果均能滿足設(shè)計(jì)和施工要求，均可用于本項(xiàng)目樁基海工混凝土的施工。綜合考慮技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益，項(xiàng)目部選擇采用配合比2作為樁基海工混凝土的施工配合比。從本項(xiàng)目全部橋梁鉆孔樁灌注情況來看，162根樁灌注過程均很順利，混凝土和易性好,坍落度損失小,初凝時(shí)間長(zhǎng)。全橋162根樁全部為I類樁。檢測(cè)的3根樁基，鉆孔取芯試件混凝土抗壓強(qiáng)度分別為36.4MPa、35.3 MPa 、42.0 MPa。從全橋鉆孔樁施工過程和試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示，大摻量粉煤灰海工混凝土在深門特大橋主墩和引橋樁基中的應(yīng)用已取得成功, 施工方便，效果良好,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2　結(jié)　語

通過在深門特大橋鉆孔灌注樁主墩中采用鋼管樁懸臂法施工覆蓋層厚度變化劇烈的傾斜巖面鋼管樁，將鋼管樁底部加工成鋸齒形，加大鋼管樁樁徑和平聯(lián)管尺寸來增加鋼管樁與傾斜巖面的接觸力，增強(qiáng)傾斜巖面淺覆蓋層和裸巖區(qū)鋼管樁的穩(wěn)定。采取系列措施來解決鋼護(hù)筒筒腳變形、下放垂直度、傾斜巖面入巖等難題。就地取材，用海水泥漿和大摻量粉煤灰混凝土，既確保了大孔徑鉆孔樁的施工安全，提高了樁基混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性，避免了海洋環(huán)境的施工污染，同時(shí)還提高了工效，節(jié)約了工程造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯，在同類橋梁施工中具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。

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PENG Wen-chuan1,HU Long2,YU Su3

(1. Zhejiang Provincial Highway Administration Bureau，Hangzhou 310009,China;2.Construction Headquarter of Longwan - Dongtou Road of 77 Provincial Road Extension Line,Wenzhou 325026，China；3.Guangdong Changda Highway Engineering Co.Ltd.，Guangzhou523000，China)

Through the exploration and analysis of underwater topography and seabed geology in the marine environment of Shen-men grand bridge, This article study the construction platform、steel tube making embedding technology 、bored pile mud、the preparation of marine concrete of large aperture rock-socketed pile, The economical and reasonable construction scheme is put forward, which is beneficial to the popularization and application of the bridge in the future.

Shen-men grand bridge; deep-water; bare rock; large aperture pile; construction; technology

2016-04-19

彭文川(1973-)，男，江西萬載人，高級(jí)工程師，碩士，E-mail：2855979490@qq.com。

U445.551

A doi：10.3969/j.issn.1671-234X.2016.02.001

1671-234X(2016)02-0001-04