氣舉反循環(huán)鉆應(yīng)用于超大超深鉆孔灌注樁的施工工藝

李偉權(quán)

(廣東省南粵交通東雷高速公路管理中心 湛江 524000)

湛江東海島至雷州高速公路通明海特大橋全長(zhǎng)5 755 m，采用6車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)車速為100 km/h,主橋采用半封閉鋼箱組合梁、A形索塔斜拉橋結(jié)構(gòu)，跨徑布置為146 m+338 m+146 m，橋梁全長(zhǎng)630 m。大橋東、西引橋采用25 m 寬幅小箱梁及50 m 移動(dòng)模架現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,共長(zhǎng)5 125 m。

1 工程概述

通明海特大橋32～35號(hào)墩樁基，共66根樁，均為水下摩擦樁，樁基采用海工C35水下混凝土。具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 樁基參數(shù)一覽表

2 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

1) 工程受潮汐影響，鉆孔施工時(shí)孔內(nèi)外水頭差變化影響較大，易發(fā)生穿孔現(xiàn)象。

2) 主墩、過(guò)渡墩鋼護(hù)筒長(zhǎng)、重量大，鋼護(hù)筒整體施沉的施工難度大且沉放精度控制難。

3) 工程沿線地下水主要為松散巖類孔隙承壓水，承壓水進(jìn)入樁孔內(nèi)，降低泥漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)，導(dǎo)致塌孔等不利狀況，使樁基施工風(fēng)險(xiǎn)和難度增大。

4) 單根鋼筋籠重量約為1 031 kN(35號(hào)墩)、558 kN(34號(hào)墩)，鋼筋籠分外籠、內(nèi)籠，鋼筋籠制作、運(yùn)輸、接長(zhǎng)、固定難度大。此外，鋼筋籠下放持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

5) 35號(hào)墩樁基水下混凝土量約為930 m3，對(duì)混凝土攪拌、運(yùn)輸、澆筑能力要求高；罐車運(yùn)距較遠(yuǎn)(攪拌站距35號(hào)墩約為10 km),運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)混凝土的和易性、流動(dòng)性要求較高。

3 施工工藝

主橋及東引橋樁基施工采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)成孔，鉆孔樁施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 氣舉反循環(huán)鉆孔施工工藝流程圖

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前，鉆孔樁的施工測(cè)量主要包括樁位放樣、鋼護(hù)筒下沉定位測(cè)量，鉆機(jī)定位，孔底高程及成孔傾斜度的測(cè)定，封孔測(cè)量等[1]。鋼護(hù)筒施沉到位后，進(jìn)行鋼護(hù)筒平面位置的測(cè)量，測(cè)量出鋼護(hù)筒中心位置，與設(shè)計(jì)樁位坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，確定樁位的平面偏位。在鉆孔平臺(tái)上放樣出每根鉆孔樁的中心縱橫軸線，并引測(cè)到鋼護(hù)筒上，作為鉆機(jī)下鉆中心。同時(shí)測(cè)量并標(biāo)示出鋼護(hù)筒頂標(biāo)高，作為鉆孔成樁作業(yè)全過(guò)程的高程控制基準(zhǔn)點(diǎn)。

3.2 鋼護(hù)筒埋設(shè)及平臺(tái)搭設(shè)

本工程鋼護(hù)筒由符合資質(zhì)要求的專業(yè)廠家加工制作。根據(jù)工程的總進(jìn)度計(jì)劃及結(jié)構(gòu)尺寸要求實(shí)行大批量定尺采購(gòu)原材料。鋼護(hù)筒在廠內(nèi)車間采用全自動(dòng)、高精度螺旋焊管生產(chǎn)設(shè)備制作，焊縫經(jīng)超聲波檢測(cè)合格后送至專業(yè)的防腐車間進(jìn)行涂裝防腐。主橋主墩(35號(hào))、邊墩34號(hào)及東引橋33號(hào)墩鋼護(hù)筒采用路橋建設(shè)樁8號(hào)打樁船進(jìn)行施沉，為保證鉆孔樁質(zhì)量要求，鋼護(hù)筒下沉精度需滿足表2要求。

表2 鋼護(hù)筒下沉精度要求

施工平臺(tái)搭設(shè)按照鋼管樁加工→測(cè)量定位→鋼管樁施沉→平聯(lián)安裝→主橫梁安裝→主、次分配梁安裝→鋼面板、防護(hù)欄桿安裝順序進(jìn)行施工，施工完成經(jīng)過(guò)監(jiān)理驗(yàn)收后方可使鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)。

3.3 鉆進(jìn)成孔

根據(jù)本工程樁基直徑、樁長(zhǎng)情況，綜合地質(zhì)條件和工期要求,32-35號(hào)墩采用回旋鉆鉆孔工藝[2]。

3.3.1氣舉反循環(huán)鉆孔施工

1) 鉆機(jī)選型。綜合考慮大橋35號(hào)墩位處地質(zhì)條件、施工進(jìn)度計(jì)劃安排以及成孔工藝的適宜性，擬定選用4臺(tái)ZDJ-4000回旋鉆機(jī)，采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)成孔施工工藝。為保證鉆孔樁垂直度滿足要求，配重應(yīng)不少于300 kN，并配備相應(yīng)的空壓機(jī)、鉆頭及泥漿設(shè)備等。主橋(34號(hào)墩)及東引橋(32-33號(hào)墩)鉆孔樁采用ZJD-2800型鉆機(jī)進(jìn)行施工，ZJD-4000和ZJD-2800鉆機(jī)性能參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 ZJD-4000型和ZJD-2800型鉆機(jī)主要性能表

2) 鉆機(jī)安裝、調(diào)試。鉆孔平臺(tái)搭設(shè)完畢后，測(cè)量放出護(hù)筒的理論中心點(diǎn)，鉆孔人員根據(jù)此點(diǎn)交叉引出4個(gè)輔助定位點(diǎn)，輔助定位點(diǎn)的間距比鉆機(jī)底座略大10～20 cm。

3) 鉆進(jìn)成孔。反循環(huán)鉆進(jìn)成孔過(guò)程劃分為3個(gè)階段：鋼護(hù)筒內(nèi)鉆孔階段、鋼護(hù)筒外鉆孔階段、第一次清孔階段。鉆孔過(guò)程時(shí)刻對(duì)鉆桿進(jìn)行檢查，觀察接頭是否符合要求，鉆桿是否完好，若有損傷必須更換[3]。不同階段泥漿性能指標(biāo)[4]見(jiàn)表4。

表4 不同階段的泥漿性能指標(biāo)要求

3.3.2鉆孔順序

基于鉆孔安全考慮，相鄰(或?qū)蔷€內(nèi))2根樁基不得同時(shí)開鉆或灌注混凝土；相鄰樁位灌注混凝土后，強(qiáng)度達(dá)到5 MPa以上才能開孔，以免擾動(dòng)孔壁，發(fā)生串孔、斷樁事故。35號(hào)墩樁基鉆孔順序見(jiàn)圖2。

圖2 35號(hào)墩樁基鉆孔施工順序圖

3.3.3泥漿的貯備

通過(guò)相關(guān)地質(zhì)情況，施工區(qū)揭露地層基本為第四系覆蓋層，主要是黏土、砂層，分布自上而下相互交替，整體所占比例各具一半，屬易坍塌型鉆孔樁，因此本項(xiàng)目泥漿控制重點(diǎn)在于控制鉆進(jìn)成孔過(guò)程泥漿性能，確保護(hù)壁良好、保證膠體率，嚴(yán)格按規(guī)范要求，控制含砂率。在樁基鉆孔施工開始前，按第一批次待鉆基樁數(shù)量及結(jié)構(gòu)，計(jì)算耗用泥漿方量，然后嚴(yán)格按照泥漿配合比在其他鋼護(hù)筒內(nèi)投放造漿材料并制造優(yōu)質(zhì)泥漿[5]。

3.3.4PHC海水泥漿的制備

因本工程為大直徑深孔，鉆孔所遇地層主要為黏土層和砂層，造漿性能較差，護(hù)壁泥漿控制在鉆孔中顯得尤為重要。因此本工程鉆孔灌注樁施工須采用低固相、高粘度、不分散的優(yōu)質(zhì)泥漿[6]。泥漿制備應(yīng)特別注意：①造漿黏土選用；②增粘劑的選用；③分散劑的選用。

海水泥漿配合比見(jiàn)表5、6。

表5 PHC泥漿制備表

表7 不同地層施工泥漿比性能指標(biāo)要求(根據(jù)試驗(yàn)確定)

3.3.5泥漿循環(huán)

泥漿循環(huán)系統(tǒng)主要由循環(huán)池、存漿池、泥漿凈化器及運(yùn)渣船組成。水上墩泥漿貯備及循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)充分利用平臺(tái)內(nèi)鋼護(hù)筒。新制泥漿在制漿池中配制達(dá)標(biāo)后，直接進(jìn)入鉆孔護(hù)筒內(nèi)循環(huán)。而施工過(guò)程中的循環(huán)泥漿則通過(guò)篩分、沉淀工藝處理，進(jìn)入循環(huán)池(鋼護(hù)筒)參與循環(huán)。為防止鉆孔過(guò)程中因地層裂隙等原因造成泥漿水頭突然下降，其余鋼護(hù)筒設(shè)置為貯漿池，在緊急情況下，通過(guò)泥漿泵從貯漿池內(nèi)抽取泥漿，迅速補(bǔ)充合格泥漿泥漿。水上鉆孔樁泥漿循環(huán)系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

圖3 水上鉆孔樁泥漿循環(huán)系統(tǒng)

3.3.6鉆渣、廢漿處理

反循環(huán)鉆孔施工需不斷排渣，方量較大，水上墩樁基受平臺(tái)面積的限制，無(wú)存渣池。擬定在泥沙分離器一側(cè)布置運(yùn)渣船，將泥渣和廢漿運(yùn)輸至指定地點(diǎn)排放。陸上樁基鉆渣排放至沉淀池，并配備挖掘機(jī)和運(yùn)輸車對(duì)鉆渣進(jìn)行外運(yùn)至指定地點(diǎn)排放處理。

3.3.7鋼筋籠下放、混凝土澆筑

鉆至設(shè)計(jì)孔深的標(biāo)高，經(jīng)過(guò)監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，方可開始清孔。因?yàn)樘徙@和鋼筋籠下放所需時(shí)間較長(zhǎng)，第一次清孔應(yīng)徹底?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)快速提鉆、移開鉆機(jī)、檢孔、下放鋼筋籠、布設(shè)混凝土澆注平臺(tái)和下導(dǎo)管，在混凝土澆注前檢測(cè)孔底沉渣厚度，若孔底沉渣厚度小于規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，即可澆注混凝土，若孔底沉渣厚度及泥漿比重超出規(guī)定，須利用灌注導(dǎo)管內(nèi)下高壓氣管進(jìn)行二次清孔。

4 結(jié)語(yǔ)

湛江市東雷高速公路TJ2合同段采用氣舉反循環(huán)鉆孔技術(shù)，該工藝保證在超大超長(zhǎng)樁施工過(guò)程中具有鉆進(jìn)效率高,成孔質(zhì)量好,在松散地層中不易發(fā)生孔壁坍塌事故等優(yōu)點(diǎn)。采用氣舉反循環(huán)鉆孔方法對(duì)超長(zhǎng)、變徑的樁基成孔施工具有明顯優(yōu)勢(shì),有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 劉建偉.橋梁深水基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)概要[J].科技與企業(yè),2014(2):169-169.

[2] 何成應(yīng),趙斌.大口徑氣舉反循環(huán)成孔施工中的相關(guān)技術(shù)[J].西部探礦工程,2008,20(6):64-66.

[3] 王耀.海上大口徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2006,35(1):46-47.

[4] 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：JTG B01-2014[S].北京：人民交通出版社，2015.

[5] 毛賢強(qiáng),吳國(guó)利,張偉.氣舉反循環(huán)鉆孔技術(shù)在125 m深樁中的應(yīng)用[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào),2006,14(1):75-77.

[6] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T F50-2011[S].北京：人民交通出版社，2011.