水下全砂層大直徑超長灌注樁施工技術

文 / 中交一航局第三工程有限公司 張正國 林倩斐

本文以鶴大高速佳木斯過境段項目二標段松花江特大橋樁基施工為例，從樁基鉆孔、鋼筋籠安裝及混凝土灌注三方面，介紹了水下全砂層大直徑超長灌注樁施工技術，為類似樁基施工提供借鑒。

工程概況

鶴大高速佳木斯過境段項目是黑龍江省首個PPP模式高速公路和黑龍江省百大項目之一。松花江特大橋是本項目控制性工程，也是黑龍江省規(guī)模最大的橋梁工程和跨度最大的多塔矮塔斜拉橋，橋梁全長3124m，其中主橋長度1020m。主橋采用群樁基礎，每座承臺下布置18根樁基，樁徑2m，樁長82m，地質條件主要為粗砂、中砂、礫砂及圓礫，厚度約100m，砂礫層標貫擊數(shù)達40擊，且礫石含量較多，屬于密實砂礫層。

鉆孔施工

施工工藝選擇

考慮到地質條件及主橋樁位集中等因素，選用車身較短、機件重量小、施工效率高、移動較快的履帶式泵吸反循環(huán)鉆機FZX-500，鉆孔最大直徑為5m，鉆孔最大深度為150m。

主橋橋址地質條件主要為中粗砂礫，透水性強，為確?？妆诜€(wěn)定，避免塌孔和漏漿，設置鋼護筒入土深度不小于8m。

為進一步加強孔壁的穩(wěn)定，同時提高鉆屑的排出能力，采用藝嘉泥漿外加火堿NaOH作為原料來配置泥漿。該泥漿無毒無害，對環(huán)境無污染。

鋼棧橋及鉆孔平臺施工

鋼棧橋采用貝雷梁、鋼管樁結構，全長357m，橋面寬度7.5+1.5m（車行道寬度+人行道寬度），根據(jù)松花江歷年最高水位+80.86m，設置橋面頂標高為+83.5m，鋼棧橋承載力設計為110t。支棧橋及鉆孔平臺平面尺寸為38.6×33m，結構形式與鋼棧橋類似，頂面標高與鋼棧橋齊平，支棧橋承載力為180t，鉆孔平臺承載力為150t。

鋼護筒沉放

為確?？妆诜€(wěn)定，通過計算樁孔內外水頭差，最終確定鋼護筒入土深度不小于8m。鋼護筒采用螺旋焊管，由專業(yè)廠家加工制作，材質為Q235，壁厚14mm。鋼護筒自身重量較大，打設時只能輕微調整，不能大幅度調整，故外徑選擇2.4m，便于輕微調整。為便于運輸方便，鋼護筒最大加工長度不超過12m，運輸?shù)浆F(xiàn)場后，再進行接長焊接。

鋼護筒采取100t履帶吊配合DZJ120電動振動錘沉放，初期使用單錘振沉方式，因中粗砂礫在震動過程中會越加密實，導致護筒下沉困難，后改用DZJ180電動振動錘，最大激振力1390kn，最大偏心力矩為1240N. m，并使用雙錘連振工藝，沉放鋼護筒最大長度約18.5m，外露長度10m，單根最大重量15.3t。為了防止鋼護筒在沉放過程中變形，在鋼護筒上、下口焊接50cm加強箍。

沉放過程中，采用經(jīng)緯儀隨時觀測鋼護筒垂直度，保證偏差不大于0.5%。57#墩樁基護筒自由段長度15m，鋼護筒沉放時有10m懸空，易出現(xiàn)偏斜。為確保鋼護筒沉放精度，需設置雙層導向定位架。雙層導向定位架由型鋼焊接而成，高度4m，內部凈尺寸為2.46×2.46m，上下兩層四角設置可調導向輪。

鋼護筒沉放后，底端應不小于設計深度，頂端應高出平臺頂面30cm。

泥漿制備及泥漿循環(huán)系統(tǒng)

1.泥漿制備

采用藝嘉泥漿外加火堿NaOH作為原料來配置泥漿。

2.泥漿循環(huán)系統(tǒng)

制作泥漿箱，根據(jù)泥漿損耗率，泥漿箱的容積不應小于成孔體積的1.2倍，泥漿箱中設置2個沉淀池和1個循環(huán)池，保證泥漿的沉淀速度，具體制作如圖2.4-1。

先將陸上造漿池內泥漿通過泥漿車泵送至泥漿箱內循環(huán)倉，循環(huán)倉內泥漿通過連通管或泥漿泵進入開鉆孔孔口。鉆機開鉆，孔內泥漿攜帶鉆渣，在砂石泵的作用下，從孔底經(jīng)鉆桿流出，直接進入泥漿箱內沉淀倉，泥漿鉆渣沉淀后，分離出來的泥漿直接進入循環(huán)倉參與再循環(huán)，而鉆渣則通過小挖機直接挖出，通過自卸車運走。在整個循環(huán)過程中，要不斷向泥漿箱內補充泥漿。

鉆孔

在一個承臺所有樁基的護筒都沉放完畢后進行鉆孔施工，為避免樁基在施工過程中對相鄰樁基的干擾，采用由外而內、間隔跳打的方式進行鉆孔。

鉆孔作業(yè)時，需要減壓鉆進，根據(jù)不同地質層選擇與之相適應的進尺速度和轉速。對于砂層，需要低檔慢速、輕壓、大泵量、稠泥漿鉆進，每小時進尺控制在0.5m以內，以免孔壁不穩(wěn)定，發(fā)生局部擴孔或局部坍塌，并充分浮渣、排渣，以防埋鉆現(xiàn)象；對砂礫層，采用低檔慢速、輕壓、優(yōu)質濃泥漿鉆進，每小時進尺控制在0.8m以內，確保護壁厚度以及充分排渣；護筒底口和不同地層交接處附近，采用低檔慢速、小進尺鉆進、防止擴孔、塌孔和偏斜孔，每小時進尺控制在0.5m以內。水中樁基鉆孔施工受水位影響，注意保證孔內泥漿面任何時候均應高出江水面1.5~2.0m以上。在大風浪、洪水期施工時，派專人定期測量河床面，當河床面沖刷嚴重時，及時采取拋填砂袋或石籠的辦法進行沖刷防護，以確保鋼管樁、鋼護筒足夠的入床深度以及鉆孔平臺的整體穩(wěn)定性及安全。

清孔

首次清孔采用反循環(huán)鉆機配合泥漿泵進行循環(huán)泥漿清孔，即用新拌制泥漿置換孔內高濃度泥漿，調整孔內泥漿比重、粘度、含砂率等指標，使之滿足灌注水下混凝土需要。

具體做法：將反循環(huán)鉆機的鉆頭提升，使之距離孔底約10cm左右，鉆頭緩慢旋轉，維持泥漿循環(huán)流動，過程中保持孔內水頭，防止塌孔，在清孔完畢后，檢測孔底沉渣厚度、泥漿等技術指標。

二次清孔采用氣舉法，采用水下混凝土灌注的導管配合直徑5cm高壓無縫鋼管，通過20m/min空壓機輸送壓縮空氣氣舉法排出孔底高濃度泥漿，沖散沉淀層，使之呈懸浮狀態(tài)后，立即開始水下混凝土施工。

鋼筋籠安裝

鋼筋籠在鋼筋加工棚內采用數(shù)控鋼筋滾絲機、數(shù)控鋼筋鋸床、數(shù)控鋼筋滾焊機分節(jié)加工成型、炮車運輸至施工現(xiàn)場、履帶吊現(xiàn)場分節(jié)吊裝入孔方法。

松花江特大橋主橋主墩灌注樁共36根，鋼筋籠重29.37t，分為7節(jié)下放；主橋過渡墩灌注樁共10根，鋼筋籠重20.221t，分為5節(jié)下放。鋼筋籠下放普遍方法采用穿杠固定每節(jié)鋼筋籠，由于松花江特大橋主橋鋼筋籠為雙主筋，鋼筋較密、重量大，采用穿杠不便于施工。

采用通用性強的鋼筋籠吊掛平臺，使用方便，安全可靠。

混凝土灌注

（1）沉渣厚度、孔深滿足要求后，安裝首灌料斗，開始澆混凝土時，為保證隔水栓能順利排出，導管底部距孔底距離宜為30～50cm。

（2）初灌量應使導管一次埋入混凝土1.5m以上，首批混凝土灌注方量應能滿足導管初次埋置深度的需要，首批混凝土的數(shù)量計算公式為：

V≥πdh/4+πDH/4

本工程主橋灌注樁樁徑2000mm，經(jīng)計算，V≥9.74m，根據(jù)現(xiàn)場施工條件，首批混凝土灌注漏斗容量取3m，其余7m采用混凝土罐車配合斜坡道方式灌注到3m料斗內，形成連續(xù)灌注。

（3）水下混凝土必須具備良好的和易性，配合比應通過試驗確定；坍落度宜為180～220mm，每車混凝土檢查，在混凝土澆筑前，提交混凝土配合比試驗報告給監(jiān)理工程師批準后方可使用。

（4）在灌注混凝土前，首先吊入隔水塞，隔水塞比導管內徑小20～25mm，灌注混凝土前用鋼絲繩吊掛在導管內，混凝土達到首灌量時提出放塞，初灌時導管埋深不低于1.5m，每次提升導管之前測一次導管內外徑混凝土面的高度，填寫水下混凝土灌注記錄表，繪制水下混凝土灌注曲線。當孔內混凝土面將要接近鋼筋籠的底端時，要防止鋼筋籠上浮。當灌注混凝土面接近設計標高時，要注意混凝土面標高使其符合設計要求，每次拆下的導管應及時沖洗干凈，灌完后必須沖洗漏斗、儲漿斗及其它專用工具。灌注工作必須連續(xù)進行，盡可能壓縮上料運輸?shù)醵?、提管、拆管時間，嚴禁中途停工，灌注混凝土之前應測量混凝土坍落度，混凝土坍落度控制在180～220mm?；炷凉嘧⑼瓿珊缶徛龑Ч馨纬觯瑢Ч芴犭x混凝土面之前要反復插實，避免空心樁。

（5）導管埋深宜為4～6m，嚴禁導管提出混凝土面，設專人測量導管埋深及管內外混凝土高差，填寫水下混凝土灌注記錄。

（6）水下混凝土澆筑應連續(xù)施工，混凝土運輸采用12m的攪拌運輸車。根據(jù)每天需用的混凝土量與混凝土站聯(lián)系，確保連續(xù)供應，以便連續(xù)施工?；炷量倽沧r間不宜超過初盤混凝土的初凝時間，對澆注過程中一切故障均應記錄備案。

（7）混凝土澆筑時每澆筑9m測一次充盈系數(shù)，每段混凝土充盈系數(shù)不得小于1.0。

（8）控制最后一次灌注量，樁頂不得偏低，按設計要求樁頂處標高要高出設計標高1.0m。

綜述

本文結合鶴大高速佳木斯過境段項目二標段松花江特大橋樁基施工，總結了在水下全砂層地質中大直徑超長灌注樁的施工技術，本技術在工程實施過程中取得了良好的應用效果，樁基檢測一類樁率達100%，每根樁基的施工效率達1.75天/根（全天24小時施工）。本技術的也將為類似施工條件的大直徑超長灌注樁施工提供借鑒經(jīng)驗。