濱海沉積區(qū)特大橋超長樁基施工技術(shù)

陳曉鴻

（廣東省第二建筑工程有限公司 廣東 汕頭 515041）

0 引言

汕頭新津河特大橋位于汕頭東海岸新津河出?？?，為特大型獨(dú)塔斜拉橋，大橋主跨245 m，邊跨185 m。濱海沉積區(qū)特大橋超長樁基施工存在的主要難題是：⑴濱海沉積區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下，樁基不同巖段采用單一施工機(jī)械成孔效率低下，且容易造成塌孔或難于有效鉆進(jìn)；⑵一般6 m 以內(nèi)長度的鋼護(hù)筒在特大橋超長樁基成孔過程中無法發(fā)揮應(yīng)有的作用，容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象；⑶傳統(tǒng)泥漿池循環(huán)清孔效果差，泥漿護(hù)壁效果無法得到保證；⑷超重鋼筋籠大直徑主筋密集，鋼筋籠套筒連接困難，連接質(zhì)量及樁身垂直度難以保證；⑸鋼筋籠在吊裝安裝過程中容易受到外力作用產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象；⑹在濱海沉積區(qū)，地質(zhì)復(fù)雜多樣，終孔判別困難。

通過濱海沉積區(qū)特大橋超長樁基施工技術(shù)的研究和應(yīng)用，解決了大型跨河跨海橋梁在濱海沉積區(qū)超長樁基的施工技術(shù)難題。通過不同巖段不同類型樁機(jī)的選用、定制適合項(xiàng)目的Q235 涂裝鋼護(hù)筒、配置泥漿分離設(shè)備、設(shè)計(jì)并應(yīng)用一種對稱架構(gòu)鋼筋籠施工承重定位支架、一種對稱方形鋼筋籠吊裝專用吊具、利用施工控制參數(shù)精細(xì)化管理等措施，大大提升了本項(xiàng)目的施工效率和施工質(zhì)量［1］，項(xiàng)目的投資和工期得以控制，作業(yè)人員施工更加安全、有序。

1 施工技術(shù)內(nèi)容

該施工技術(shù)主要包括：⑴沖孔嵌巖樁穿越軟基層快速成孔技術(shù)；⑵鋼護(hù)筒定位、跟進(jìn)護(hù)壁技術(shù)；⑶泥漿分離設(shè)備施工技術(shù)；⑷對稱架構(gòu)鋼筋籠施工承重定位支架技術(shù)；⑸對稱方形鋼筋籠吊裝的專用工具技術(shù)；⑹綜合直觀、地勘報(bào)告界限、巖層抗壓強(qiáng)度、鉆進(jìn)速率4 種終孔多參數(shù)判別技術(shù)；⑺量化雙控法后壓漿技術(shù)；⑻精細(xì)化管理技術(shù)。

2 施工技術(shù)

2.1 沖孔嵌巖樁穿越軟基層快速成孔技術(shù)

根據(jù)土巖層工程地質(zhì)，將埋深變動范圍55～85 m的中風(fēng)化及微風(fēng)化巖層作為持力層，嵌巖深度≥3.5 d。對于實(shí)際成孔深度最大達(dá)到106 m 的超深嵌巖樁，優(yōu)化了設(shè)計(jì)建議采用“沖孔嵌巖灌注樁”［2］施工工藝，突破單一樁基施工機(jī)械成孔的慣性思維，對不同地質(zhì)條件進(jìn)行界面分類，在風(fēng)化巖段應(yīng)用沖孔機(jī)械成孔，在砂土淤泥段應(yīng)用反循環(huán)回旋鉆成孔。本項(xiàng)目施工現(xiàn)狀驗(yàn)證了：在砂土淤泥段與風(fēng)化巖段地質(zhì)界限分明，不存在兩種土巖段多次交替的地質(zhì)環(huán)境下，應(yīng)用針對性強(qiáng)的多類型樁基成孔，不但能夠有效提高砂土淤泥段成孔施工效率，其施工效率及經(jīng)濟(jì)效益明顯優(yōu)于沖孔機(jī)械成孔，是沖孔機(jī)械成孔的2～3 倍。同時(shí)能夠提高成孔垂直度、控制成孔充盈系數(shù)，避免在砂土淤泥段因地質(zhì)界面不均勻?qū)е缕住?/p>

2.2 鋼護(hù)筒定位、跟進(jìn)護(hù)壁技術(shù)

樁基設(shè)置35 m Q235 涂裝鋼護(hù)筒（見圖1），一方面在樁基定位發(fā)揮重要作用，在樁基成孔穿越砂土淤泥段及清孔階段起到泥漿護(hù)壁不能代替的作用；另一方面，鋼護(hù)筒涂裝防腐年限10～20年，大大提高了樁基耐久性。工程實(shí)踐證明：超深樁基在穿越砂土淤泥段時(shí)采用泥漿護(hù)壁工藝，尤其是樁基上部，存在一定比例的塌孔［3］情況。相對于塌孔后的重新成孔，涂裝鋼護(hù)筒工藝具備一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

圖1 Q235涂裝鋼護(hù)筒Fig.1 Q235 Coated Steel Sleeve

2.3 泥漿分離設(shè)備施工技術(shù)

泥漿分離設(shè)備［4］（見圖2）施工技術(shù)能夠快速地將護(hù)壁泥漿中的泥土離析，改進(jìn)了傳統(tǒng)清孔中從泥漿池直接清除含有一定比例的飽和水泥漿的施工工藝，其清孔施工效率具有明顯優(yōu)勢，同時(shí)清孔操作簡單，泥漿比例可控。離析的泥土含水率低，有利于離析殘余泥漿外運(yùn)，提高外運(yùn)裝載車的使用效率，減少外運(yùn)過程中造成的道路污染，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。減少殘余泥漿在建設(shè)過程中的占地面積，提高現(xiàn)場安全文明施工。

2.4 對稱架構(gòu)鋼筋籠施工承重定位支架技術(shù)

對于樁身長度接近100 m 超深樁基，其鋼筋籠配筋密集：⑴配置內(nèi)外2 圈縱向受力鋼筋；⑵外圈平行配置2道縱向受力鋼筋，其鋼筋籠總重量超過70 t。設(shè)計(jì)一種對稱架構(gòu)鋼筋籠施工承重定位支架（見圖3），其4 個(gè)自由伸縮的對稱承接構(gòu)件能夠適應(yīng)縱向配筋密集鋼筋籠，發(fā)揮傳接承重作用。

圖2 泥漿分離設(shè)備Fig.2 Slurry Separation Equipment

圖3 對稱架構(gòu)鋼筋籠施工承重定位支架Fig.3 Load-bearing Support for Construction of Symmetrical Frame Steel Cage

該承重定位支架的作用：⑴提供平穩(wěn)的操作工作面，確保安全施工；⑵確保鋼筋籠在連接過程中穩(wěn)定，提高鋼筋籠整體垂直度；⑶固定鋼筋籠下段，為實(shí)現(xiàn)高效套筒連接提供作業(yè)條件，提高施工效率。

2.5 對稱方形鋼筋籠吊裝的專用工具技術(shù)

對于樁身長度接近100 m 的超深樁基，采用套筒連接方式的大直徑縱向鋼筋，設(shè)計(jì)一種對稱方形鋼筋籠吊裝的專用工具（見圖4）：⑴其方形結(jié)構(gòu)及對稱4根拉繩設(shè)計(jì)，能夠限制鋼筋籠在吊裝過程中的自轉(zhuǎn)；⑵裝配的4 個(gè)吊環(huán)能夠?qū)ΨQ起吊鋼筋籠，并且吊點(diǎn)均勻受力。

該吊裝的專用工具的作用為：⑴使鋼筋連接接頭在同一平面上，讓鋼筋連接接頭達(dá)到Ⅰ級接頭［5］；⑵保證鋼筋籠的垂直度，并避免鋼筋籠的傾斜引起下放鋼筋籠時(shí)對孔壁的碰撞，減少沉渣產(chǎn)生。

2.6 4種終孔多參數(shù)判別技術(shù)

建立了“綜合直觀、地勘報(bào)告界限、巖層抗壓強(qiáng)度、鉆進(jìn)速率4 種終孔多參數(shù)判別方法”，改進(jìn)了一般現(xiàn)場施工過程中以“巖石的顏色、結(jié)構(gòu)、完整性、軟硬程度”作為是否到達(dá)承載力巖層的主要判斷依據(jù)，對濱海沉積區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基終孔的判別更為準(zhǔn)確，極大程度地減少人為失誤造成的樁基深度未能達(dá)到設(shè)計(jì)深度［6］要求的現(xiàn)象。

終孔多參數(shù)判別方法內(nèi)容包括：⑴巖石風(fēng)化程度定性直觀判別：巖石的顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分、完整性、軟硬程度等；⑵地勘報(bào)告的工程地質(zhì)縱斷面及相應(yīng)的鉆孔工程地質(zhì)綜合柱狀圖所劃定風(fēng)化層的界限；⑶地質(zhì)鉆孔的巖層抗壓強(qiáng)度；⑷鉆進(jìn)速率。

圖4 對稱方形鋼筋籠吊裝的專用工具Fig.4 Special Tool for Lifting Symmetrical Square Rebar Cages

2.7 量化雙控法后壓漿技術(shù)

量化雙控法后壓漿［7］（見圖5）技術(shù)是在成樁后一定時(shí)間，通過預(yù)設(shè)于樁身內(nèi)的樁基聲測管及與之相連的樁端、樁側(cè)注漿閥注入水泥漿，壓漿控制采用量化雙控法，以水泥壓入量控制為主，壓力控制為輔，當(dāng)注槳量達(dá)到設(shè)計(jì)值后，可停止壓漿。當(dāng)壓漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值80%以上，壓力達(dá)到8 MPa 以上，且持續(xù)5 min 以上，亦可停止壓漿。通過該技術(shù)，樁端和樁側(cè)土體、沉渣和泥皮得到加固從而提高單樁承載力［8］，減少沉降。

圖5 后壓漿施工Fig.5 Post-grouting Construction

2.8 精細(xì)化管理技術(shù)

對每一根樁基的坐標(biāo)、地層列表和樁基鋼筋、混凝土、鋼套管等材料的長度、重量、形狀等具體參數(shù)信息網(wǎng)絡(luò)化，明確施工控制參數(shù)，實(shí)施精細(xì)化管理［9］，提高施工質(zhì)量、進(jìn)度、物資采購、資金計(jì)劃的控制。

3 應(yīng)用效果和體會

濱海沉積區(qū)特大橋超長樁基施工技術(shù)的研究和應(yīng)用，使沖孔嵌巖樁快速穿越軟基層成孔，其軟基層成孔施工效率及經(jīng)濟(jì)效益是沖孔機(jī)械成孔的2～3 倍。同時(shí)提高了成孔垂直度、控制成孔充盈系數(shù)［10］，避免在砂土淤泥段因地質(zhì)界面不均勻而導(dǎo)致偏孔，提高樁基的耐久性。提高外運(yùn)裝載車的使用效率，減少外運(yùn)過程中造成的道路污染，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。減少殘余泥漿在建設(shè)過程中的占地面積，提高現(xiàn)場安全文明施工。實(shí)現(xiàn)套筒的高效連接提供，促進(jìn)鋼筋連接接頭達(dá)到Ⅰ級接頭。終孔多參數(shù)判別方法能夠提高終孔判別的準(zhǔn)確性。

同時(shí)，特大橋超長樁基的生產(chǎn)效率、施工質(zhì)量、施工精度得到提高，施工過程中能耗、原材料、工序、人力得到節(jié)省，加工、操作、控制、使用更加簡便安全。環(huán)境污染的治理效果突出體現(xiàn)，滿足施工現(xiàn)場文明施工的條件，可為其他特大型橋梁超長樁基施工提供借鑒，綜合效益顯著。