探討某公路橋梁深水厚砂礫層地質(zhì)的樁基施工技術(shù)

危明凱

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

在國(guó)內(nèi)橋梁建設(shè)中，樁基施工是一項(xiàng)高度成熟的施工技術(shù)，但深水厚砂礫石層樁基施工始終是樁基施工的一大難點(diǎn)，施工不當(dāng)容易導(dǎo)致樁孔塌陷、孔徑縮小[1-3]。該文以某高速公路橋梁為例，對(duì)深水厚砂層樁基施工技術(shù)進(jìn)行深入探討。

1 工程概況

某高速公路橋梁全長(zhǎng)2 918.7 m，主橋?yàn)?6.85 m+4×150 m+76.85 m 波形鋼腹板組合梁，主墩31#-32#墩基礎(chǔ)為深水樁。橋梁最長(zhǎng)樁基為32#墩，最大水深13 m，井長(zhǎng)38 m。該文以32#墩為例探討了厚砂礫石層深水樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。

2 工程地質(zhì)條件及地質(zhì)分析

該高速公路橋梁32#墩位于河道中間，鉆孔樁穿過(guò)淤泥、粉砂、細(xì)沙、圓礫石、細(xì)沙、圓礫石層。地質(zhì)條件多樣，環(huán)境復(fù)雜，周圍地質(zhì)多為圓形礫石，穩(wěn)定性差，孔壁塌陷風(fēng)險(xiǎn)大，易縮徑，鉆孔難度較大。

3 超長(zhǎng)樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

3.1 鉆孔平臺(tái)

根據(jù)該高速公路橋梁所在區(qū)域的汛期河道水位數(shù)據(jù)，設(shè)置32#墩臺(tái)鉆孔平臺(tái)作為島臺(tái)，并滿足兩孔單向通航要求[4]。地基為鋼管樁，在鋼管樁頂部安裝承重梁，承重梁由貝雷梁和分配梁組成。

3.2 鋼護(hù)筒的制作及埋設(shè)

樁基施工質(zhì)量與樁基在水中的護(hù)筒布設(shè)質(zhì)量密切相關(guān)，護(hù)筒制作成本很高，其長(zhǎng)度與制作成本直接相關(guān)。護(hù)筒越長(zhǎng)，用料越多，成本越高，垂直度越難控制。該文根據(jù)目前粉砂層沖刷情況和地質(zhì)條件，擬制作從平臺(tái)上部至護(hù)筒下部全長(zhǎng)40 m 的鋼護(hù)筒。

鋼護(hù)筒制作材料為厚15 mm 的鋼板，其直徑由樁的直徑?jīng)Q定。為了增加鋼護(hù)筒的剛性，在其底部安裝60 cm的加強(qiáng)圈刃腳。在頂節(jié)頂部安裝一個(gè)60 cm 的加強(qiáng)圈，由厚12 mm 鋼板制成。護(hù)筒內(nèi)部設(shè)置“米”字形支撐結(jié)構(gòu)[5-6]。制作完成鋼護(hù)筒后用浮吊吊裝，用夾具和振動(dòng)錘DZ90 振動(dòng)鋼護(hù)筒，使其慢慢下沉。

3.3 水上樁位測(cè)量與控制

根據(jù)總結(jié)的深水樁基礎(chǔ)施工要點(diǎn)，對(duì)已構(gòu)建的平臺(tái)須重新測(cè)量。使用GPSRTK 測(cè)量方法重新測(cè)設(shè)。

在樁的水平和垂直軸上設(shè)置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，在平臺(tái)工字鋼位置油漆標(biāo)記測(cè)點(diǎn)，共進(jìn)行4個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量。將導(dǎo)向架與樁基中心、導(dǎo)向架中心進(jìn)行對(duì)比，如偏差在可控范圍內(nèi)，可固定導(dǎo)向架，下放鋼護(hù)筒。

3.4 鉆孔要點(diǎn)

該高速公路橋梁32#墩樁基礎(chǔ)鉆孔作業(yè)，采用大扭矩液壓旋挖鉆，首先安裝好旋挖鉆，精確定位完成后調(diào)整鉆孔內(nèi)部的泥漿指數(shù)，打開空壓機(jī)，進(jìn)行反循環(huán)鉆孔。

增加配重（15 t 配重）以增加鉆頭的爆破壓力，同時(shí)確保減壓鉆進(jìn)。由于該橋梁工程施工場(chǎng)地地質(zhì)具有軟硬夾雜特性，礫石層較厚，容易坍塌。因此，須不斷加強(qiáng)隨鉆泥漿管理，根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整泥漿性能、鉆進(jìn)速度等指標(biāo)，以確保施工現(xiàn)場(chǎng)安全。

3.4.1 泥漿循環(huán)系統(tǒng)及指標(biāo)控制

該大橋32#墩水上平臺(tái)樁基鉆孔施工時(shí)，于護(hù)筒內(nèi)實(shí)施泥漿循環(huán)操作，在平臺(tái)兩側(cè)設(shè)集渣船，利于泥漿循環(huán)及鉆渣外排，循環(huán)系統(tǒng)由鋼護(hù)筒、溜槽等多部分組成。圖1 所示為循環(huán)系統(tǒng)平面圖。使用膨潤(rùn)土制作泥漿，制作時(shí)還需添加相關(guān)化學(xué)劑，如PHP、純堿等，采用YJA-800 高速制漿機(jī)制造，泥漿性能指標(biāo)見表1。

表1 泥漿性能指標(biāo)要求

圖1 循環(huán)系統(tǒng)平面示意圖

3.4.2 鋼護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)

鉆進(jìn)前，鉆桿稍提，于護(hù)筒內(nèi)部制漿，泥漿泵開始工作，攪拌泥漿，完成泥漿拌和后開始進(jìn)行鉆進(jìn)施工。泥漿池泥漿比重低于1.15 嚴(yán)禁鉆進(jìn)，超過(guò)該比重后方可實(shí)施鉆進(jìn)施工，距離護(hù)筒底1～2 m 時(shí)，應(yīng)減壓放低鉆進(jìn)速度，穩(wěn)定護(hù)筒底部地層，鉆頭等完全沒(méi)入地層開始正常鉆進(jìn)施工。

3.4.3 一般土層鉆進(jìn)

一旦開始鉆孔施工，嚴(yán)禁中斷，須持續(xù)推進(jìn)，根據(jù)鉆進(jìn)部位、地質(zhì)等確定鉆進(jìn)速度，并優(yōu)化泥漿比，接入鉆桿時(shí)，應(yīng)保證接頭連接緊密，規(guī)避漏水、脫落等風(fēng)險(xiǎn)。鉆進(jìn)施工過(guò)程，應(yīng)對(duì)泥漿水頭嚴(yán)格控制，其高度嚴(yán)禁低于2 m，如出現(xiàn)漏失、損失泥漿的情況，應(yīng)及時(shí)采取措施補(bǔ)充[7]。

鉆進(jìn)時(shí)，為有效防止塌孔、擴(kuò)孔、彎孔和斜孔，泥漿進(jìn)行護(hù)壁，嚴(yán)格控制泥漿各項(xiàng)指標(biāo)，控制好內(nèi)外水頭差和進(jìn)尺速度，提高泥漿黏度。鉆進(jìn)使用減壓法，杜絕使用全壓鉆進(jìn)方式，嚴(yán)格控制鉆桿狀態(tài)，全程垂直，平穩(wěn)回轉(zhuǎn)鉆頭。

3.4.4 砂礫土層鉆進(jìn)

砂礫層粒徑約為2～10 cm，正循環(huán)時(shí)，泥漿排渣困難，因此砂礫土層采用泵吸反循環(huán)，根據(jù)進(jìn)尺情況，更換刀刃間隙較大（＞S cm）的鉆頭，并及時(shí)跟進(jìn)進(jìn)尺速度，調(diào)整轉(zhuǎn)速及鉆壓。鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆機(jī)如出現(xiàn)負(fù)荷較大、進(jìn)尺較慢的情況，應(yīng)及時(shí)對(duì)鉆頭進(jìn)行檢查，同時(shí)采取低速慢進(jìn)的措施，以免發(fā)生其他不良情況，同時(shí)密切關(guān)注進(jìn)尺效果。如出現(xiàn)明顯減慢情況，應(yīng)停止施工，對(duì)鉆具進(jìn)行檢查，了解其是否受損，若發(fā)現(xiàn)受損應(yīng)及時(shí)治理。終孔時(shí)，做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)記錄工作，記錄內(nèi)容包括配重、鉆桿長(zhǎng)度、編號(hào)等，借此了解孔底標(biāo)高情況。

3.5 清孔

鉆孔完成后，通過(guò)孔壁回聲儀測(cè)定孔的直徑、垂直度等，初步檢測(cè)合格后報(bào)驗(yàn)，通過(guò)驗(yàn)收后實(shí)施首次清孔操作：首次清孔采取鉆機(jī)氣舉法，該次清孔施工過(guò)程中，鉆具與孔底保持10 cm 距離，嚴(yán)格控制鉆具速度，緩慢回轉(zhuǎn)，便于孔底沉渣全部清理干凈；同步實(shí)施孔內(nèi)泥漿置換，新拌泥漿置換孔內(nèi)泥漿，提升孔內(nèi)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)。通過(guò)各方驗(yàn)收后，實(shí)施提鉆檢孔操作，進(jìn)行后續(xù)施工[8]。

鋼筋籠完成下放后，下放灌注混凝土用的導(dǎo)管，對(duì)沉渣厚度進(jìn)行測(cè)量，如果與設(shè)計(jì)、規(guī)范要求不符，則需實(shí)施第二次清孔施工。

3.6 鋼筋籠制作與安裝

32#墩樁基鋼筋籠全長(zhǎng)100.95 m，直徑1.6 m，進(jìn)行同槽制作，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段12 m 一節(jié)，按安裝順序編號(hào)，鋼筋與鋼筋之間使用直螺紋連接。鋼筋籠制作時(shí)，對(duì)稱布置測(cè)聲管，固定由定位鋼筋焊接，制作完成后向水運(yùn)碼頭運(yùn)輸，將其使用船舶運(yùn)輸至32#墩施工現(xiàn)場(chǎng)，在運(yùn)輸、臨時(shí)吊放過(guò)程中應(yīng)以枕木墊平，防止鋼筋籠變形。接長(zhǎng)鋼筋籠前將螺紋套筒、管鉗等設(shè)備、工具準(zhǔn)備好，按照編號(hào)下放鋼筋籠，全程使用浮吊吊裝，吊裝時(shí)嚴(yán)格控制速度，嚴(yán)禁過(guò)快[9]。

鋼筋籠對(duì)接過(guò)程中，通過(guò)型鋼將鋼筋籠臨時(shí)固定，使用螺紋套與上節(jié)鋼筋接頭頂口對(duì)齊。當(dāng)對(duì)齊兩節(jié)鋼筋籠主筋，通過(guò)上旋套筒連接，使用浮吊吊裝，下放型鋼，完成該次吊裝后，重復(fù)本操作，至完成下放所有節(jié)段。下放最后一節(jié)時(shí)，應(yīng)調(diào)整鋼筋籠位置，使用吊筋進(jìn)行懸吊操作，提升下放精確度。上述下放全程應(yīng)控制鋼筋籠中心、樁位中心合一。

3.7 導(dǎo)管安裝

下放鋼筋籠后安裝導(dǎo)管，并標(biāo)定導(dǎo)管長(zhǎng)度。因樁基較長(zhǎng)，涉水較大，導(dǎo)管氣密性與混凝土灌注情況息息相關(guān)，因此灌注前還需實(shí)施閉水試驗(yàn)，了解導(dǎo)管密閉性，32#墩樁基使用的導(dǎo)管外徑32.8 cm，壁厚12 mm，且無(wú)縫，接頭使用T 型螺紋。

3.8 混凝土拌制、運(yùn)輸與灌注

該大橋32#墩樁基混凝土由陸上拌和站集中供應(yīng)，通過(guò)混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送至臨時(shí)碼頭，再由臨時(shí)碼頭混凝土罐車卸料至船上旋轉(zhuǎn)罐中，利用船舶將混凝土罐運(yùn)輸至墩位，通過(guò)墩位兩側(cè)船上的輸送泵將混凝土泵送到位。水上混凝土運(yùn)輸示意見圖2。

圖2 水上混凝土運(yùn)輸示意圖

混凝土需經(jīng)多次運(yùn)輸，除配合比應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)控制外，還必須嚴(yán)格控制其和易性、坍落度。中心儲(chǔ)料斗注入混凝土，開始水下澆筑混凝土施工，全程使用導(dǎo)管、小料斗，完成單根樁混凝土澆筑后，置換出的泥漿通過(guò)設(shè)備抽送排至沉淀池內(nèi)。

4 質(zhì)量、安全保障措施

（1）在檢測(cè)施工材料的質(zhì)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)原材料質(zhì)量及規(guī)格進(jìn)行全面檢測(cè)，盡可能選擇有質(zhì)量保障，生產(chǎn)規(guī)模較大的實(shí)力材料生產(chǎn)廠商，并建立長(zhǎng)期合作關(guān)系。

（2）在材料進(jìn)場(chǎng)之前，要查驗(yàn)出廠合格證，將材料規(guī)格與設(shè)計(jì)要求做好比對(duì)，待最后抽樣檢查結(jié)束后，不合格的材料進(jìn)行及時(shí)處理，禁止直接用于施工。

（3）建立健全質(zhì)量控制體系。設(shè)置項(xiàng)目經(jīng)理為質(zhì)量控制小組的主要負(fù)責(zé)人，組建包括總工程師、技術(shù)員、現(xiàn)場(chǎng)施工員、施工班組負(fù)責(zé)人等人員的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，合理分工強(qiáng)化職責(zé)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，進(jìn)一步提高技術(shù)交底工作的效率[10]。

（4）建立安全管控小組，實(shí)施三級(jí)安全教育機(jī)制，做好安全培訓(xùn)工作。為提高安全教育的效果，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)三級(jí)安全教育的重視，成立專門的安全教育小組，并有針對(duì)性地展開對(duì)不同工種、工序的安全教育學(xué)習(xí)。

5 結(jié)論

綜上所述，樁基施工是一項(xiàng)高度成熟的施工技術(shù)，但厚砂礫石層地質(zhì)條件施工深水樁基難度較大，該高速公路橋梁32#墩深水超長(zhǎng)樁基施工工期為60 天，共完成14 根樁基施工。經(jīng)多次檢查，鋼護(hù)筒垂直度符合要求，樁徑及水平位置誤差小，各質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，極大提升了橋梁樁基施工效率，節(jié)省施工成本，可為類似工程施工提供技術(shù)參考，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。