鉆孔灌注樁技術(shù)在黃屋屯新橋建設(shè)中的應(yīng)用

陳木蘭

(廣西壯族自治區(qū)欽州欽南公路管理局，廣西 欽州 535000)

0 引言

橋梁工程具有技術(shù)含量高、投資大等突出特點(diǎn)，是當(dāng)前土木工程中的重難點(diǎn)之一。橋樁是整個(gè)橋體的承重結(jié)構(gòu)，其施工質(zhì)量、承載力及穩(wěn)定性直接決定了橋梁的整體性能。鉆孔灌注樁技術(shù)是目前橋樁施工應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，具有噪音振動(dòng)小、鉆孔直徑可調(diào)、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，施工質(zhì)量容易保證，相關(guān)技術(shù)十分成熟。

1 工程概況

黃屋屯大橋位于廣西欽州市境內(nèi)，上跨茅嶺江。原黃屋屯大橋于1985年建成通車(chē)，橋梁全長(zhǎng)181.3 m，橋面寬9 m，上部結(jié)構(gòu)采用11×16 m預(yù)制少筋微彎板組合Ⅰ型梁，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用墻式輕型橋臺(tái)，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。經(jīng)專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)檢測(cè)，最終對(duì)舊橋技術(shù)狀況評(píng)定為四類(lèi)，已無(wú)利用價(jià)值，需大規(guī)模改建。設(shè)計(jì)改建大橋長(zhǎng)186 m，橋面寬12 m，上部結(jié)構(gòu)采用6×30 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用柱式臺(tái)，橋墩采用柱式墩、樁基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)Ⅵ通航等級(jí)，大橋第三、第四跨為通航跨，凈寬26 m，凈高6 m，通航水位范圍-0.63～5.2 m。

2 橋樁施工方案的選擇

灌注樁是通過(guò)鉆孔、擠土、人工開(kāi)挖等方式在地基中形成樁孔，在其中放置鋼筋籠并灌注混凝土，最終形成具有一定承載力的樁體承載結(jié)構(gòu)。目前可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁三類(lèi)，它們的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。結(jié)合本項(xiàng)目橋樁要求深度，只有鉆孔灌注樁可滿足深度要求，因此本工程選用鉆孔灌注樁技術(shù)作為最終橋樁的施工方案。

表1 各類(lèi)灌注樁優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

3 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)總體設(shè)計(jì)

3.1 整體施工方案設(shè)計(jì)

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，本項(xiàng)目新建橋梁0#、6#臺(tái)樁基可直接在橋頭填筑平臺(tái)進(jìn)行鉆孔施工(平臺(tái)寬度以能擺放一臺(tái)鉆機(jī)，一個(gè)泥漿池為宜)。

(2)對(duì)于1#～5#墩，設(shè)計(jì)先在舊橋下游50 m處碼頭修筑便道至1#墩位，位于河岸上1#、2#、5#樁位的樁基可直接采用填土圍堰平臺(tái)進(jìn)行鉆孔施工。

(3)位于河道深水部分的3#、4#樁位樁基需要搭建鋼平臺(tái)才能進(jìn)行施工，河中鋼平臺(tái)與岸邊圍堰平臺(tái)用施工便橋連接，平臺(tái)高度高于施工水位2 m以上(見(jiàn)圖1)。

本工程水上鋼平臺(tái)采用鋼管樁基礎(chǔ)(φ550 mm)，貝雷片上部結(jié)構(gòu)，頂部鋪設(shè)工字鋼軌道作為樁機(jī)行走平臺(tái)。鋼管樁間用Ⅰ30工字鋼作為承重梁聯(lián)接，分部梁作為單排單層的貝雷架結(jié)構(gòu)，鋼管間加固采用14#槽鋼焊成的桁片焊接。

圖1 橋樁編號(hào)位置分布示意圖

3.2 設(shè)備和附屬設(shè)施設(shè)計(jì)

(1)鉆機(jī)。本項(xiàng)目使用沖擊鉆機(jī)鉆孔，對(duì)地形要求少，且不受施工季節(jié)等因素影響，機(jī)型小、操作簡(jiǎn)單、鉆進(jìn)效率高、成孔質(zhì)量好，還可根據(jù)樁徑大小選用錘頭[1]。

(2)護(hù)筒。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用1 cm厚鋼板焊接成鋼護(hù)筒，要求護(hù)筒直徑比樁直徑大20～30 cm。為增加剛度，在上、下端和中部外側(cè)各焊一道加筋肋。圍堰平臺(tái)護(hù)筒長(zhǎng)3～4 m，鋼平臺(tái)護(hù)筒要埋入河床2 m、高出施工水位2 m左右。

(3)泥漿池。圍堰泥漿池設(shè)計(jì)尺寸為4 m×2 m×1.5 m，利用挖掘機(jī)直接開(kāi)挖。鋼平臺(tái)泥漿池用1 cm厚鋼板焊接成鋼箱，尺寸與圍堰泥漿池一樣，下部用5根鋼管樁基礎(chǔ)(φ550 mm)呈梅花狀支撐，緊貼鋼護(hù)筒擺放，泥漿池箱頂比護(hù)筒頂?shù)? m左右，在護(hù)筒位置開(kāi)一個(gè)40 cm×40 cm口以排放泥漿。

4 鉆孔灌注樁施工要點(diǎn)分析

4.1 鉆孔施工

通過(guò)“孔口拉十字線法”對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行定位[2]，鉆孔過(guò)程中注意調(diào)整泥漿濃度，防止塌孔，并做好地質(zhì)情況記錄。

當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，先用1倍樁徑、長(zhǎng)度3 m左右的探孔器進(jìn)行檢查，如能順利放到底部則符合要求；如在中間某位置卡住則需要重新填一些石料至該位置，然后重新鉆孔，直至順利放入探孔器為止。本項(xiàng)目采用“正循環(huán)換漿法”清孔[3]，清孔標(biāo)準(zhǔn)要符合相關(guān)規(guī)范要求。

4.2 鋼筋籠施工

4.2.1 鋼筋籠規(guī)格

新建橋梁樁基長(zhǎng)度為28～40 m，要求制作鋼筋籠時(shí)，其中第一節(jié)長(zhǎng)度為12+12=24 m，第二節(jié)長(zhǎng)度為(12±a)m。為增加鋼筋籠骨架剛度，要求每隔2 m左右布設(shè)一道加強(qiáng)鋼筋，同時(shí)安裝超聲波檢測(cè)管。定位筋要求每隔4 m左右焊接在鋼筋骨架上，上下層錯(cuò)開(kāi)布置，每道4個(gè)，沿圓周對(duì)稱布置[4]。

4.2.2 鋼筋籠起吊、下放

在下籠時(shí)，先吊起第一節(jié)鋼筋籠，吊至離孔口約2 m左右收緊頂端鋼絲繩，使鋼筋籠豎直，解除底部吊點(diǎn)，徐徐放入鉆孔護(hù)筒中，利用設(shè)在護(hù)筒頂壁處的中心十字線進(jìn)行定位，確保滿足樁中心線要求，對(duì)位后用槽鋼臨時(shí)卡托于孔口；然后再用同樣方法吊起第二節(jié)鋼筋籠，使第一、第二節(jié)鋼筋籠主筋對(duì)齊。此時(shí)還需加緊焊接主筋接頭，并補(bǔ)齊接頭處的螺旋筋，經(jīng)驗(yàn)收后下籠。

4.3 灌注水下混凝土施工

4.3.1 灌注混凝土制備

本項(xiàng)目采用泵送混凝土形式進(jìn)行水下灌注，要求其3 h坍落度≥15 cm，這就對(duì)混凝土的和易性提出了較高要求?；炷僚浔戎苯記Q定了灌注質(zhì)量，因此對(duì)各個(gè)原材料和技術(shù)指標(biāo)有著嚴(yán)格限制，本項(xiàng)目灌注混凝土的具體規(guī)格見(jiàn)表2[5]。

表2 灌注混凝土技術(shù)參數(shù)規(guī)格表

4.3.2 混凝土澆注施工

混凝土澆注是樁基礎(chǔ)質(zhì)量的決定性因素。本項(xiàng)目采用剛性導(dǎo)管進(jìn)行灌注，導(dǎo)管規(guī)格為φ25 cm，快速接頭處設(shè)兩道“O”形密封圈止水。水下混凝土灌注時(shí)需要特別注意：

(1)導(dǎo)管在使用前進(jìn)行水密、承壓、接頭抗拉和球塞通過(guò)等試驗(yàn)，對(duì)施工人員進(jìn)行導(dǎo)管拆裝演習(xí)，以確保水下混凝土灌注順利進(jìn)行。

(2)灌注前檢查孔底沉淀厚度d，要求d<5 cm 才能灌注。

(3)首批混凝土灌注時(shí)要求導(dǎo)管底口距離孔底為30～40 cm，并于儲(chǔ)料底安放球塞，按導(dǎo)管埋深≥1.0 mm 來(lái)計(jì)算首批混凝土儲(chǔ)量。

(4)混凝土灌注要連續(xù)進(jìn)行，孔中水位要保持穩(wěn)定。在灌注過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)測(cè)量混凝土表面高度，做好記錄，掌握埋管深度及導(dǎo)管提升量。確保導(dǎo)管埋入混凝土深度L在2～6 m，以防導(dǎo)管卡管[6]。

(5)灌注混凝土到樁頂后要預(yù)加一定高度(0.5～1.0 m)，待達(dá)到一定強(qiáng)度后于施工系梁前鑿除。

4.3.3 混凝土澆注常見(jiàn)問(wèn)題處理分析

在水下混凝土灌注過(guò)程中很容易出現(xiàn)導(dǎo)管進(jìn)水和卡管事故，若處理不及時(shí)或不恰當(dāng)會(huì)對(duì)樁基造成質(zhì)量影響。下面針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行應(yīng)對(duì)措施分析。

(1)導(dǎo)管進(jìn)水問(wèn)題處理

發(fā)生導(dǎo)管進(jìn)水的原因包括：首批混凝土儲(chǔ)料不足、導(dǎo)管底與澆注面間距過(guò)大、導(dǎo)管接頭不嚴(yán)、導(dǎo)管提升過(guò)猛使底口脫離原混凝土面。

若是因?yàn)榍皟煞N情況，則應(yīng)將導(dǎo)管提出孔外，把散落在孔底的混凝土用空氣吸泥機(jī)清除，重新下導(dǎo)管并灌注；若是第三種情況，可重新捅入導(dǎo)管續(xù)灌，但灌注前要將導(dǎo)管內(nèi)的水和沉淀物用吸泥機(jī)排出。

(2)卡管問(wèn)題處理

發(fā)生卡管問(wèn)題的原因包括：混凝土質(zhì)量問(wèn)題(如坍落度過(guò)小、流動(dòng)性差、攪拌不均勻等)、導(dǎo)管氣堵、發(fā)生機(jī)械故障等。

若是前兩種情況，可用長(zhǎng)鋼筋或吊錘沖擊導(dǎo)管內(nèi)的混凝土，或在導(dǎo)管上安裝附著式振動(dòng)器使其下落，如仍不落，則將導(dǎo)管提出孔外，將孔底混凝土用空氣吸泥機(jī)清除，重新下導(dǎo)管灌注混凝土；若是第三種情況，應(yīng)在機(jī)械事故發(fā)生時(shí)，上下拔動(dòng)導(dǎo)管，使導(dǎo)管內(nèi)混凝土全部落入下層混凝土內(nèi)，組織人員搶修，待設(shè)備修好后，若未超過(guò)混凝土初凝時(shí)間，可繼續(xù)灌注。

5 結(jié)語(yǔ)

鉆孔灌注樁是目前水下混凝土灌注的主要手段，其配套技術(shù)成熟，可有效保證樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。鉆孔灌注樁技術(shù)包含鉆孔施工、鋼筋籠施工、混凝土澆筑施工三大部分，每個(gè)部分都彼此聯(lián)系和影響，因此每一階段必須要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)施工。黃屋屯新建大橋工程應(yīng)用該技術(shù)后，其樁體承載力全部滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，合格率達(dá)到100%，取得了很好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。