大直徑卵石+多斜面致密砂巖地層水下超長大直徑樁基快速施工技術(shù)

徐帥軍 衛(wèi)康 鄭春雨

? 某大橋主橋橋址處地層比較復(fù)雜，主橋樁基較長、樁徑較大，同時(shí)位于水深約 6m 的主航道附近，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，項(xiàng)目通過研究，提出大直徑卵石+多斜面致密砂巖地層水下超長大直徑樁基快速施工技術(shù)，極大地提高了復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中水下超長大直徑樁基的施工效率，提高了樁基施工質(zhì)量，降低了樁基施工風(fēng)險(xiǎn)。

大直徑;多斜面;致密;砂巖;超長;加長鉆頭;導(dǎo)向鉆進(jìn);接力鉆進(jìn);自錨式勁性井字鋼架

樁基施工雖然是橋梁施工中的常規(guī)工程，但在大直徑卵石+多斜面致密砂巖地層中施工樁基還是存在很多的難題，具體體現(xiàn)為（1）鋼護(hù)筒安裝困難，邊引孔邊插打鋼護(hù)筒容易造成大型設(shè)備窩工，施工效率低;（2）橋址處斜巖面較多、軟硬巖傾斜交接頻繁，采用沖擊鉆等設(shè)備成孔效率低，旋挖鉆等設(shè)備成孔質(zhì)量相對較差;（3）鋼筋籠自重過大，在安裝鋼筋籠時(shí)大型穿杠不易穿過鋼筋籠，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

1工程概況

某漢江公路大橋主橋墩均為水中群樁基礎(chǔ)，采用鉆孔灌注樁，每個(gè)主墩設(shè)置 20 根基樁，樁徑 2m、樁長 80m。橋址區(qū)陸域平坦開闊，整體穩(wěn)定性較好，橋址區(qū)揭露地層主要為第四系填土層和全新統(tǒng)沖擊積粉砂層、卵石層等，下伏基巖為第三系粉砂巖和含礫砂巖。

2工藝原理

2.1“導(dǎo)向鉆進(jìn)+超聲波檢孔+修正并接力鉆進(jìn)”成孔

采用“配有特制3m加長鉆頭的小型鉆機(jī)導(dǎo)向鉆進(jìn)+超聲波跟蹤檢孔+大型鉆機(jī)修正并接力鉆進(jìn)”的施工工藝。小型鉆機(jī)鉆頭高3m，直徑為1.6m，大型鉆機(jī)鉆頭高1.2m，直徑為 2m（樁徑為 2m），先采用小型鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)，再采用超聲波檢測儀對鉆孔進(jìn)行初步檢測，獲取鉆孔傾斜部位及傾斜度等數(shù)據(jù)，最后用大型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行孔形修正，并接力鉆進(jìn)成孔。

設(shè)計(jì)了“自錨式勁性井字鋼架”的臨時(shí)固定裝置，如下圖3-1所示。用四根鋼絲繩分別穿過鋼筋籠加強(qiáng)圈均勻分布的四個(gè)點(diǎn)，將鋼絲繩通過卡扣固定在臨時(shí)固定裝置的四個(gè)角點(diǎn)上，當(dāng)上一節(jié)鋼筋籠安裝完成后，起重機(jī)起吊鋼筋籠使鋼絲繩松弛，解除卡扣、抽出鋼絲繩并下放鋼筋籠。

3施工工藝流程

3.1 鋼護(hù)筒卷制、安裝

項(xiàng)目分別在漢江兩側(cè)配備一臺(tái)卷板機(jī)對主橋樁基鋼護(hù)筒進(jìn)行加工，鋼護(hù)筒底穿過卵石層并進(jìn)入巖層0.5m，鋼護(hù)筒頂與鋼平臺(tái)頂平齊，鋼護(hù)筒加工完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場借助SR70型旋挖鉆機(jī)、150振動(dòng)錘、85t履帶吊進(jìn)行安裝。加工鋼護(hù)筒的過程中，在施工平臺(tái)上測量放樣，安裝護(hù)樁及雙層導(dǎo)向架，導(dǎo)向架焊接在施工平臺(tái)上，并對鋼護(hù)筒吊裝下放到孔位。

采用SR70型旋挖鉆機(jī)（鉆頭直徑 1.6m、長3m）配合配有150KW振動(dòng)錘的履帶吊進(jìn)行鋼護(hù)筒安裝，鋼護(hù)筒下放到位后，采用振動(dòng)錘振動(dòng)下沉，鋼護(hù)筒無法下沉?xí)r開始采用小型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行引孔，由于引孔地層主要為卵石層，為了防止?？赚F(xiàn)象的發(fā)生，每次引孔深度控制在 0.6m，鉆機(jī)旋挖一次，隨后繼續(xù)振動(dòng)下沉鋼護(hù)筒，循環(huán)上述操作直至鋼護(hù)筒底達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.2 泥漿制備

制備泥漿采用泥漿攪拌機(jī)，造漿后應(yīng)試驗(yàn)全部性能指標(biāo)并滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。鉆進(jìn)的時(shí)候使用泥漿泵泵送入孔，清孔采用反循環(huán)加泥漿凈化器，鉆孔與泥漿凈化器閉路循環(huán)，鉆孔過程中應(yīng)隨時(shí)檢測泥漿比重和含砂率，根據(jù)地質(zhì)情況隨時(shí)調(diào)整泥漿的性能指標(biāo)。灌樁時(shí)利用周邊鋼護(hù)筒做循環(huán)池，泥漿返至周邊鋼護(hù)筒內(nèi)再借助泵抽回到岸上的泥漿池內(nèi)重復(fù)利用。

3.3 旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔

某漢江公路大橋主墩樁基樁長80m（樁底距離平臺(tái)頂為 97.5m）、樁徑 2m。項(xiàng)目采用小型旋挖鉆機(jī)SR70（鉆頭高3m、直徑 1.2m）+大型旋挖鉆機(jī)寶峨 BG38（鉆頭高1.2m、直徑2m）進(jìn)行成孔。

充分利用振動(dòng)錘對鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉的時(shí)間，安排小型旋挖鉆機(jī)對已安裝完鋼護(hù)筒的樁基進(jìn) 行導(dǎo)向引孔，有工作面后，大型旋挖鉆機(jī)進(jìn)場并接力小型旋挖鉆機(jī)對樁基鉆進(jìn)成孔。鋼護(hù)筒全部安裝完成后，小型旋挖鉆機(jī)與大型旋挖鉆機(jī)一前一后分別對未成孔的樁基進(jìn)行導(dǎo)向引孔及接力鉆進(jìn)成孔。

3.4 鋼筋籠制作、運(yùn)輸及安裝

（2）鋼筋籠的運(yùn)輸。鋼筋籠在鋼筋加工廠統(tǒng)一制作，需用平板運(yùn)輸車運(yùn)至施工現(xiàn)場。在運(yùn)輸過程中，必須將鋼筋籠固定牢固，確保鋼筋籠不變形。

（3）鋼筋籠的安裝。鋼筋籠安裝前清除粘附的泥土和油漬， 保證鋼筋與混凝土緊密黏結(jié)。

（4）鋼筋籠起吊。扁擔(dān)梁上下各設(shè)兩個(gè)吊孔，上面兩個(gè)吊孔通過鋼絲繩與起重機(jī)吊鉤連接，下面兩個(gè)吊孔通過鋼絲繩與鋼筋籠連接固定。

（5）鋼筋籠下放。鋼筋籠的吊筋與穿杠、穿杠與護(hù)筒焊接固定。

（6）鋼筋籠現(xiàn)場連接。鋼筋籠現(xiàn)場連接采用機(jī)械連接，連接接頭性能應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》JGJ-107-2016 規(guī)定的要求。

（7）聲測管的連接及檢查。安裝聲測管時(shí)除最底節(jié)焊接在鋼筋籠上外，其余各節(jié)均預(yù)先綁扎在鋼筋籠內(nèi)，每節(jié)鋼筋籠對接完后，對接聲測管，并保證成樁后的聲測管互相平行，每節(jié)鋼筋籠安裝完畢后聲測管內(nèi)灌滿清水，并觀察管內(nèi)水面不下降，以確認(rèn)其不漏水，聲測管第一節(jié)底口與鋼筋籠平齊，最后一節(jié)頂口與鋼平臺(tái)平齊，提起連接好的鋼筋籠緩慢下放。鋼筋籠下放到位后均采用“自錨式勁性井字鋼架” 的臨時(shí)固定裝置對鋼筋籠臨時(shí)固定，四根鋼絲繩分別穿過鋼筋籠加強(qiáng)圈均勻分布的四個(gè)點(diǎn)，將鋼絲繩通過卡扣固定在臨時(shí)固定裝置的四個(gè)角點(diǎn)上，當(dāng)后面一節(jié)鋼筋籠安裝完成后，起重機(jī)起吊鋼筋籠使鋼絲繩松弛，解除鋼絲繩上的卡扣、抽出鋼絲繩并下放鋼筋籠，直到最后一節(jié)鋼筋籠安裝完成。

3.5 導(dǎo)管安裝

樁基混凝土采用導(dǎo)管法灌注施工，導(dǎo)管使用前需經(jīng)監(jiān)理工程師檢查，確定不漏氣、不漏水和沒變形，接頭連接牢固可靠，滿足水密性試驗(yàn)要求。導(dǎo)管依次下放，并做好導(dǎo)管下放順序、每根導(dǎo)管節(jié)數(shù)、每節(jié)導(dǎo)管的長度的記錄。

3.6 二次清孔

導(dǎo)管底端距孔底間距宜為30～40cm，導(dǎo)管經(jīng)逐節(jié)拼裝底端下放至距孔底間距滿足要求后，在灌注水下混凝土前再次進(jìn)行孔內(nèi)泥漿的性能指標(biāo)和孔底沉渣厚度檢測，若不滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范相關(guān)指標(biāo)要求時(shí)，采用反循環(huán)法進(jìn)行二次清孔，清孔時(shí)應(yīng)注意保持樁孔內(nèi)泥漿面高度，以防止泥漿面過低造成塌孔。二次清孔結(jié)束后報(bào)請現(xiàn)場監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，方可開始灌注水下混凝土。

3.7 灌注水下混凝土

混凝土整個(gè)灌注過程現(xiàn)場試驗(yàn)人員全程監(jiān)控，保證混凝土質(zhì)量滿足灌樁要求。灌樁混凝土采用混凝土罐車運(yùn)輸，運(yùn)輸過程中應(yīng)以2～4r/min慢速旋轉(zhuǎn)混凝土罐進(jìn)行攪動(dòng)，準(zhǔn)備卸料前應(yīng)加速旋轉(zhuǎn)20s進(jìn)行攪動(dòng)?，F(xiàn)場采用大小料斗灌注。灌注首盤砼時(shí)采用大料斗，當(dāng)混凝土放滿大料斗后立即用吊車小吊鉤快速提拔出料斗底部封底墊片，同時(shí)罐車配合快速旋轉(zhuǎn)混凝土罐加速卸料，確保首批混凝土順利封底，然后換用小料斗進(jìn)行正常灌注，灌樁一旦開始，應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷。導(dǎo)管的埋置深度應(yīng)控制在 2～6m，拆除導(dǎo)管前應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)管埋深和可拆除的米數(shù)，拆卸導(dǎo)管時(shí)動(dòng)作要快，時(shí)間一般不宜超過15min，同時(shí)要防止小機(jī)具和混凝土殘?jiān)鹊羧肟字?。已拆下的?dǎo)管必須立即沖洗干凈，堆放整齊。在灌樁過程中每根樁需按要求留取試件?；炷凉嘧⒌浇咏O(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，準(zhǔn)確計(jì)算出還需要的混凝土數(shù)量，做好混凝土卡方，避免過多剩余混凝土造成浪費(fèi)。灌注混凝土結(jié)束后，提拔最后一節(jié)導(dǎo)管時(shí)，速度要慢，以防止樁頂形成泥心。

4 樁檢結(jié)果

某大橋項(xiàng)目通過采用“大直徑卵石+ 多斜面致密砂巖地層水下超長大直徑樁基施工技術(shù)”后，項(xiàng)目主墩40根樁基的完整性檢測報(bào)告顯示均為Ⅰ類樁，樁基的垂直度最大為 30cm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的50cm。

5 總結(jié)

（1）創(chuàng)新施工組織管理、有效整合項(xiàng)目資源，最大限度地減少大型機(jī)械設(shè)備的投 入及窩工現(xiàn)象的發(fā)生，充分發(fā)揮不同型號(hào)機(jī) 械設(shè)備的工效，節(jié)約施工成本。

（2）優(yōu)化樁基成孔工藝，通過“配有特制 3m 加長鉆頭的小型鉆機(jī)導(dǎo)向鉆進(jìn)+超聲波檢測儀跟蹤檢孔+大型鉆機(jī)修正并接力鉆進(jìn)”的施工工藝解決了大直徑卵石+多斜巖面致密砂巖地層水下超長大直徑樁基成孔效率低，成孔質(zhì)量差的難題。

（3）發(fā)明小型施工工具，鋼筋籠安裝過程中，通過設(shè)計(jì)、應(yīng)用“自錨式勁性井字 鋼架”的臨時(shí)固定裝置優(yōu)化已下放鋼筋籠的 臨時(shí)固定措施，加快鋼筋籠的安裝效率，提高施工安全性。

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Super Long and Large Diameter Underwater Pile Foundation Rapid Construction Technology in Large Diameter Pebble + multi Slope Tight Sandstone Formation

（NO.1 ENGINEERING CO.， LTD.OF FHEC OF CCCC，Beijing? 102200）

Abstract： The stratum of the main bridge site of a bridge is complex， the pile foundation of the main bridge is long， the pile diameter is large， and it is located near the main channel with a water depth of about 6m， so the construction is difficult and the safety risk is high. Through the research， the project puts forward the rapid construction technology of super large diameter pile foundation under water in large diameter pebble + multi inclined tight sandstone stratum， It greatly improves the construction efficiency of super long and large diameter pile foundation under water in complex geological environment， improves the construction quality of pile foundation， and reduces the construction risk of pile foundation.

large diameter;multi inclined plane;dense;sandstone;super long;lengthened bit;guided drilling;relay drilling;self anchored stiff well steel frame