橋梁深孔大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

祖重熙

（中國土木工程集團有限公司，北京 100038）

1 引言

樁基是橋梁的重要組成部分，其施工質(zhì)量決定著橋梁建設(shè)的成功與失敗，深孔大直徑鉆孔灌注樁在施工時有較高的技術(shù)要求，且難以控制其施工質(zhì)量，在具體施工時常會有較多的問題出現(xiàn)，在問題出現(xiàn)后也有較大的處理難度[2]。因此，為確保深孔大直徑鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量，對其施工技術(shù)開展進一步研究非常有必要。

2 工程概況

達拉大橋位于緬甸仰光市區(qū)，橫跨仰光河，是連接仰光市中心與達拉鎮(zhèn)的市政公路橋。大橋跨河主橋部分為雙塔斜拉橋。斜拉橋部分總長690 m，其中主跨長370 m，兩側(cè)邊跨長2×160 m。主跨跨中橋面標高56.987 m，橋塔中心橋面標高53.684 m，雙橋塔斜拉索160束。

從技術(shù)層面看，達拉大橋主橋斜拉橋在開展水上深孔大直徑樁基礎(chǔ)施工時有較大的施工難度大和施工，大體積混凝土承臺施工時，質(zhì)量控制難度大，現(xiàn)場施工組織難度大。達拉大橋是緬甸施工難度最高的橋梁，做好達拉大橋樁基施工的研究，確保其樁基成樁質(zhì)量，不僅對保障橋梁安全和穩(wěn)定有重要意義，也可為后續(xù)深孔大直徑鉆孔灌注樁的施工提供一定的借鑒。

3 施工技術(shù)研究

3.1 施工平臺

初定的施工平臺有兩個設(shè)計方案：（1）采用大型駁船樁基施工+預(yù)制板模板樁帽；（2）采用鋼棧橋平臺樁基施工+鋼套箱樁帽。為確保下部結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和工期要求，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，大橋橫跨仰光河，主橋為雙塔斜拉橋設(shè)計，兩主墩（塔）均位于河道中間，主墩（PY1）距達拉側(cè)河堤壩約230 m，墩位處平均水深約15 m，主墩（PY2）距仰光側(cè)河堤壩約180 m，墩位處平均水深約20 m。邊墩（仰光側(cè)）高39.7 m，墩位位于河堤壩邊緣，邊墩（達拉側(cè)）高度33.6 m，墩位處平均水深約1.5 m。橋位處仰光河，河道水面寬約700 m，雨季最高水位+3.506 m，旱季最低水位-3.234 m，受潮汐影響，高差相對較大。主河道航運繁忙，交通量較大。大橋施工大型設(shè)備、材料較多。大橋各部工期節(jié)點十分緊張。綜合考慮以上施工條件，選擇以鋼棧橋平臺樁基施工+鋼套箱樁帽的方案進行施工。

達拉側(cè)鋼棧橋全長231.64 m，仰光側(cè)鋼棧橋全長183.4 m，橋面凈寬8.0 m，鋼棧橋橋面標高+7.136 m。鋼棧橋樁基礎(chǔ)采用單排3根φ630×10 mm鋼管樁，橫向中心間距3.0 m，橋墩跨度為12.0 m。為增強鋼棧橋整體穩(wěn)定性，每7跨設(shè)置1個加強墩，采用雙排3根φ630×10 mm鋼管樁，縱橫向中心間距均為3.0 m，管樁上部設(shè)置剪刀撐，在加強墩頂設(shè)置縱梁伸縮縫，管樁頂主橫梁采用雙排I45工字鋼橫梁，鋼棧橋縱梁采用10片貝雷梁，自制支撐桿，橋面分配梁采用I25工字鋼，間距30 cm，使用U形螺栓固定，橋面板采用10 mm鋼板，橋面欄桿，立柱采用80 mm方鋼，水平桿采用60 mm和40 mm方鋼，欄桿高1.2 m。

3.2 樁基施工

1）鉆機型號。結(jié)合地質(zhì)條件和成孔深度進行考慮，決定選擇扭矩和壓力較高、排渣能力較強的反循環(huán)鉆機GF-400L進行施工[3]，該類鉆機有200 kW的額定功率，可有效滿足施工需要。

2）施工準備。為制定鉆孔樁施工時鉆孔設(shè)備的安裝和操作計劃，需做好如下準備工作：（1）樁位放線。在平臺上放出樁位中心，并做4個護樁以標識；（2）收集并準備用于鉆孔樁的材料和設(shè)備（鉆機，膨潤土攪拌機，起重機，鋼筋制造等）；（3）檢查設(shè)備、混凝土、電力、水、膨潤土的供應(yīng)系統(tǒng)的運行情況。

3）鋼筋籠制作。鋼筋籠嚴格按設(shè)計和規(guī)范要求分節(jié)制作，每根樁分為11節(jié)鋼筋籠，標準節(jié)長12 m，總質(zhì)量75 t。鋼筋籠由內(nèi)至外使用41 mm、51 mm鋼筋作為內(nèi)側(cè)、外側(cè)縱向主筋，由內(nèi)至外使用13 mm、16 mm、19 mm鋼筋作為3層箍筋，主要箍筋間距自100~300 mm規(guī)律設(shè)置[4]。由于鋼筋籠直徑大，為防止鋼筋籠在儲存、運輸、安裝過程中變形，鋼筋籠內(nèi)設(shè)置三角支撐筋及斜支撐筋。內(nèi)設(shè)鋼筋內(nèi)支撐骨架。每節(jié)鋼筋籠之間使用鋼套筒連接，鋼筋的套筒試驗應(yīng)每500個進行1次試驗，鋼筋使用套絲機打絲。鋼筋籠在加工廠內(nèi)使用特制的模具進行集中加工，使用汽車運輸至現(xiàn)場，暫存于鋼棧橋上。鋼筋應(yīng)符合相關(guān)的規(guī)定，并應(yīng)滿足設(shè)計文件的要求。鋼筋應(yīng)有出廠合格證，外觀檢查合格后每批應(yīng)按要求抽取試樣。

4）護筒埋設(shè)。本工程鉆孔灌注樁鋼護筒埋設(shè)采用振動錘施沉。為了便于反循環(huán)鉆機鉆頭施工，且考慮到鋼護筒安裝過程中可能會出現(xiàn)的規(guī)范內(nèi)的垂直度偏差，本項目鋼護筒內(nèi)徑由原設(shè)計的2.5 m擴大至2.66 m，壁厚20 mm，總長48 m，標準段長10 m，總質(zhì)量約20 t，護筒之外部分樁基孔徑維持2.5 m。由專業(yè)加工廠進行加工制作，汽運至現(xiàn)場。通過采用護筒下放導(dǎo)向架來控制護筒下放垂直度及用于孔口進行對接，接口采用坡口焊。采用龍門吊利用240振動錘下放，下放過程隨時檢查護筒垂直度及位置是否正確，必要時拔出重下。在完成后由現(xiàn)場工程師確認買入深度是否達到設(shè)計要求。此外，在打樁時，應(yīng)通過鉛錘檢查鋼套管的垂直度，確保其處于誤差范圍內(nèi)。連接鋼護筒時，為確保連接時穩(wěn)定，應(yīng)將護筒和導(dǎo)向架固定在4個角落，并在護筒頂附近安裝3~5 mm厚、3~7 cm寬的墊板，以保證焊接質(zhì)量，另一護筒通過吊車起吊至指定位置，并以20個等距將鋼板進行8 mm的焊接，以確保垂直度。兩個護筒在焊接時使用的焊接方法為藥芯焊絲電弧焊或氣體保護金屬極弧焊，坡口焊?，F(xiàn)場焊縫每10個接頭進行一次檢測，工廠焊縫進行10%的測驗。

5）泥漿制備和處理。本工程的護壁泥漿以膨潤土造漿為主，泥漿通過自然沉淀或凈化裝置回收重復(fù)利用。所用膨潤土為緬甸當(dāng)?shù)嘏驖櫷?，現(xiàn)場在專用的攪拌桶或泥漿箱內(nèi)配制泥漿，鉆孔時根據(jù)地質(zhì)情況選定泥漿比重，控制泥漿黏度。

水上平臺泥漿系統(tǒng)由鉆機、泥漿箱、循環(huán)管路、泥漿凈化裝置等組成。施工準備階段既需要在現(xiàn)場準備泥漿箱[5]。將成組的鋼護筒打入后，將其與鋼管連接起來，循環(huán)使用膨潤土。同時在棧橋上布置3個6.0 m×3.0 m×1.5 m的泥漿箱（容積27 m3），分別作為沉降池、制備箱、膨潤土箱，并設(shè)置泥漿凈化裝置對沉降后的泥漿進行處理。

在鉆井過程中，反向循環(huán)排出的鉆井泥漿和泥渣首先在沉淀池中沉淀，泥漿通過立式泥漿泵泵送到ZX-200泥漿分離裝置，未沉淀的細顆粒通過離心機進行凈化。凈化后的泥漿返回孔中，并將自然沉淀的鉆渣使用挖掘機和自卸車從沉淀池中運出。廢渣和未使用的細砂通過自卸車運輸?shù)綇U物處理場。具體如圖1所示。

圖1 泥漿循環(huán)流程圖

6）鉆機就位和復(fù)測。鉆機就位前，由測量班負責(zé)測量護筒頂標高及樁位中心，由鉆機班組長按照樁位中心拉“十”字控制線，鉆機按照十字控制線標示的樁位中心就位。鉆機就位后，調(diào)整各液壓支腿使鉆臺平整。在鉆機動力頭下的驅(qū)動短節(jié)上掛線錘至“十”字線交點，復(fù)測鉆機就位偏差。經(jīng)測量符合偏差要求后方可開始鉆進。

7）鉆進成孔。結(jié)合背景項目的地質(zhì)特點，選擇三翼或四翼刮刀鉆頭進行施工，鉆頭上部增設(shè)導(dǎo)正器，有效確保垂直度。在護筒內(nèi)鉆進時，在原有鉆頭外側(cè)安裝4個翼板形成專用鉆頭，使鉆頭直徑接近護筒直徑。此外，在護筒內(nèi)鉆進時，先刷除護筒內(nèi)側(cè)的黏土，當(dāng)鉆至距護筒底口0.5 m處，提鉆更換直徑為2.4 m鉆頭，重新下鉆。當(dāng)鉆進至護筒底口部位時，應(yīng)采用輕壓、慢轉(zhuǎn)施工。待鉆頭進入穩(wěn)定地層2 m后，再恢復(fù)正常鉆進速度。在正常鉆進時應(yīng)控制鉆進速度，宜采用減壓鉆進的方式，并隨時觀察鉆桿、塔架的擺動與震動情況，在變層時放慢鉆速，并上下提動鉆具進行掃孔，確保鉆孔垂直度，避免出現(xiàn)臺階孔。

考慮到本項目主墩有2.5 m直徑和116 m最大樁長，有較高的垂直度要求，因此，在成孔施工時，需通過如下措施對鉆孔垂直度進行控制：（1）鉆機就位后，需采用水平儀進行測量，以確保鉆機水平；（2）鉆進過程中，需采用減壓鉆進的施工工藝，鉆進時根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整鉆進參數(shù)，尤其是遇到變層及軟硬不均的地層情況；（3）鉆進過程中，應(yīng)隨時觀察鉆桿在鉆臺中的位置，如發(fā)現(xiàn)有鉆孔偏斜的趨勢時，應(yīng)減慢鉆孔速度進行掃孔；（4）鉆進過程中，每鉆完1根鉆桿時，應(yīng)進行一次掃孔，確保孔壁圓滑。

8）清孔。成孔后應(yīng)分兩次清孔。第一次清孔在終孔提鉆前進行，將鉆具提離孔底20 cm，上、下活動鉆桿，低速回轉(zhuǎn)，待孔內(nèi)返出的泥漿性能指標符合驗收要求，方可提鉆；第二次清孔在鋼筋籠下放完成后進行，采用灌注水下混凝土的導(dǎo)管作為吸渣管。二次清孔采用氣舉反循環(huán)工藝，補漿時采用新制備的優(yōu)質(zhì)泥漿，以加快清孔速度。清孔完成后，及時使用測繩測量鉆孔深度和孔底沉渣厚度。清孔后沉渣厚度及泥漿指標應(yīng)滿足成孔驗收指標要求。

9）鋼筋籠安裝。分節(jié)吊裝鋼筋籠，主墩鉆孔樁采用100 t龍門吊進行吊裝，鋼筋籠起吊時，采用大小鉤同步配合四點起吊的方法進行，起吊后應(yīng)對準孔位。分節(jié)制作的鋼筋籠端頭放置定制的鋼筋定位器，以便于與下一節(jié)準確對接。在孔口連接時，在保證連接質(zhì)量前提下，應(yīng)盡量減少孔口作業(yè)時間。兩節(jié)鋼筋籠連接時，應(yīng)在兩個相互垂直的方向觀察鋼筋籠是否垂直，調(diào)整好后采用套筒機械連接，連接完成自檢合格后報驗收。鋼筋籠下放前，應(yīng)及時去除鋼筋籠內(nèi)側(cè)的臨時支撐筋，去除過程中應(yīng)拿緊扶穩(wěn)，防止支撐筋落入孔內(nèi)。在下放鋼筋籠過程中，鋼筋籠要保持豎直挺立，鋼筋籠中心線與樁中心盡量重合，向下放送時速度要慢，減少鋼筋籠對孔壁的剮蹭。鋼筋籠安放時輔助固定及吊裝的鋼筋應(yīng)延伸至地面，采用扁擔(dān)固定至設(shè)計標高，防止鋼筋籠掉落孔底。鋼筋籠安放完畢后，采用測錘對每根聲測管進行測量，確認聲測管暢通后，及時對聲測管進行密封。

10）灌注混凝土?；炷劣砂韬驼景凑张鷾实呐浜媳劝柚?，罐車運送至現(xiàn)場。施工現(xiàn)場準備好后立即澆筑初始混凝土，用于直徑2.5 m樁的首盤澆筑。首批混凝土方量約為11.11 m3，采用6 m3大料斗和6.5 m3存料斗，澆筑時使用8 m3混凝土攪拌車1輛，在灌注前放入氣球隔水塞。首先需將儲料斗提起并置于鉆孔旁，再通過大料斗裝滿存料斗，隨后連接大料斗使用導(dǎo)管，最后通過斜槽連接存料斗與大料斗。在首盤澆筑后，應(yīng)用鉛錘測量孔底混凝土深度，確保導(dǎo)管埋設(shè)深度2.0~5.0 m。在澆筑施工時，每次均應(yīng)緩慢且均勻地提起導(dǎo)管，嚴禁快速提起導(dǎo)管。

4 結(jié)語

作為橋梁基礎(chǔ)，樁基質(zhì)量對橋梁施工質(zhì)量和安全有較大影響。相比于普通樁基，深孔大直徑鉆孔灌注樁有著更高的施工要求，且施工質(zhì)量把控難度較高，在施工時常出現(xiàn)較多問題。本文針對達拉大橋的施工重難點，重點制訂了翔實的施工方案，為達拉大橋的順利完工提供了施工保障。