汕湛高速公路西江特大橋樁基成孔施工技術(shù)

徐梅州,劉紅勝

(保利長大工程有限公司,廣州 510640)

樁基工程是建筑工程項目施工的基礎(chǔ)部分,其施工水平對工程的整體質(zhì)量具有決定性作用。結(jié)合廣東汕湛高速公路西江特大橋工程實例,介紹了主體橋梁在工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜、水位變化大的條件下樁基成孔施工技術(shù),并對樁基施工中的困難給出了相應(yīng)的解決方法。

1 工程概況

西江特大橋位于汕(頭)湛(江)高速公路清遠清新至云浮新興段西江特大橋設(shè)計施工總承包SSZB合同段(清云高速公路西江特大橋項目),起訖點樁號K113+300～K116+300,總長3 km。全橋共3聯(lián):2×47 m+(202 m+738 m)+4×45 m,主橋為邊跨202 m(清遠側(cè))+主跨738 m的雙塔雙跨吊鋼箱梁懸索橋,主橋下部結(jié)構(gòu)采用大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。兩側(cè)引橋(悅城東互通主線橋、魚鰓坑大橋)上部構(gòu)造為預應(yīng)力混凝土小箱梁和T梁,下部構(gòu)造采用柱式墩和薄壁墩,鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。悅城東互通C、D匝道橋上部構(gòu)造采用現(xiàn)澆混凝土箱梁,下部構(gòu)造采用柱式墩,鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

橋區(qū)屬西江流域,位于亞熱帶,氣候溫和,多年平均日照時數(shù)為1 282～2 243 h,多年平均氣溫在14～22 ℃之間,年際變化不大,全流域最低和最高的氣溫記錄分別為-9.8 ℃和42.5 ℃。西江流域徑流主要由降雨形成,流域內(nèi)干、支流的洪、枯水期出現(xiàn)與降雨時空分布具有一定的規(guī)律性,汛期為5～10月,枯水期為11月～次年4月。常年水位變化大,設(shè)計最高通航水位17.630 m,最低通航水位0.730 m,枯水期水位+1～+5 m。土壤多為在第四紀沉積質(zhì)上發(fā)育形成的赤紅壤。地質(zhì)為西江河套地帶沉積階地,地勢起伏較大,地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要為四層:軟土+粘性土+砂層+基巖結(jié)構(gòu)。地下水位高,上部為素填土層,層厚約2～3 m,中部為殘積土層,下層為風化巖層。全橋橋位處覆蓋層厚度變化大,呈不連續(xù)分布,直接影響到護筒埋設(shè)深度和成孔方式的選擇。

2 鉆孔施工方案

根據(jù)鉆機性能及土層厚、入巖深、巖石堅硬等橋區(qū)地質(zhì)情況分析來確定樁基礎(chǔ)施工的形式,對于兩個主墩采用回旋鉆及沖機成孔。南引橋樁基數(shù)量少,采用沖機成孔;北引橋樁基數(shù)量多,采用旋挖鉆成孔;北岸索塔部分樁基最初采用回旋鉆成孔。由于卵石、粗砂層較厚,容易造成鉆桿堵管,雖然進尺速度較沖機快,但是總的時間更長,因此北塔樁基改為以沖機為主、回旋鉆為輔。

3 旋挖鉆施工工藝

3.1 施工準備

針對工程所處地理位置及特點,在北引橋樁基施工前,必須做好以下幾項施工準備工作:1)修筑便道:北引橋14號、15號墩位于西江北岸灘涂區(qū),灘涂區(qū)地面標高為+4～+9 m;從地連墻周邊便道靠下游向灘涂區(qū)放坡修建便道至墩位處,并在C匝道及北引橋0號承臺至6號墩沿主線修筑一條施工便道,如圖1所示。2)將水、電引進現(xiàn)場。3)裝配泥漿池,泥漿池布置考慮4～5個墩共用。

3.2 鋼護筒打設(shè)

鋼護筒用15 mm鋼板卷制而成,直徑比設(shè)計樁徑大20 cm,長度不小于3 m。鋼護筒頂部焊接兩個吊環(huán),供拔護筒時使用。護筒埋設(shè)前先根據(jù)樁位引出四角控制樁,以控制護筒埋設(shè)位置?？刂茦队忙?2 mm鋼筋制作,打入土中至少30 cm。護筒埋設(shè)采用旋挖鉆機,先用鉆機鉆一個和護筒同口徑的孔,而后將護筒下放對正,再用鉆機下壓到位。護筒周圍要填土、搗實,避免漏漿,護筒中心與樁位中心偏差不大于50 mm,并保證護筒垂直、穩(wěn)定?；炷凉嘧⒔Y(jié)束,并排盡水泥漿至新鮮混凝土,使用起重設(shè)備緩緩提出護筒,防止落入大土塊,影響樁頂混凝土質(zhì)量。護筒全部拔出后,如有變形,需重新整修達到相關(guān)要求后,再埋設(shè)到其它樁位,重復使用。

3.3 泥漿制備與循環(huán)

泥漿的質(zhì)量控制是旋挖鉆機成孔的關(guān)鍵因素。鉆機鉆進過程不能造漿,也不能進行泥漿的循環(huán)。開孔前需制備足夠的高性能泥漿,以確保孔壁的安全。為保證泥漿的性能指標,該工程在泥漿池內(nèi)集中制備泥漿,灌注過程進行回收后集中凈化處理,重復使用,以降低施工成本,保證現(xiàn)場文明施工。

該項目土層基本情況為素填土、粘土、沙礫、風化花崗巖等,采用膨潤土、純堿配制優(yōu)質(zhì)泥漿,泥漿配置如表1所示。制備時先將泥漿池清理干凈,加入一定配比的膨潤土和純堿經(jīng)泥漿泵抽水進行拌和形成,過程中檢測泥漿指標是否符合要求,隨時進行調(diào)整,泥漿指標參數(shù)如表2所示。為了增加泥漿的粘度,減少其失水率,在配置泥漿時可加入適量的羧甲基纖維素(CMC),CMC為一種粘合劑可增加泥漿的粘度。

表1 泥漿制備表(質(zhì)量比)

表2 泥漿指標參數(shù)

3.4 旋挖鉆機鉆進成孔

3.4.1 成孔工藝

旋挖鉆機成孔工藝與其它樁基不同[1]。旋挖鉆機采用靜態(tài)泥漿護壁鉆斗取土的工藝,是一種無沖洗介質(zhì)循環(huán)的鉆進方法,但鉆進時為保護孔壁穩(wěn)定,孔內(nèi)要注滿優(yōu)質(zhì)泥漿(穩(wěn)定液)。

旋挖鉆機工作時能原地作整體回轉(zhuǎn)運動。旋挖鉆機鉆孔取土時,依靠鉆桿和鉆頭自重切入土層,斜向截齒在鉆斗回轉(zhuǎn)時切下土塊向斗內(nèi)推進而完成鉆取土;進入巖層時,自重力不足以使截齒切入巖層,此時可通過加壓油缸對機鎖鉆桿加壓,強行將截齒切入巖層,完成鉆孔取渣。鉆斗內(nèi)裝滿土后,由起重機提升鉆桿及鉆斗至地面,拉動鉆斗上的開關(guān)即打開底門,鉆斗內(nèi)的土依靠自重作用自動排出。鉆桿向下放關(guān)好斗門,再回轉(zhuǎn)到孔內(nèi)進行下一斗的挖掘。旋挖鉆機行走機動、靈活,終孔后能快速的移位或至下一樁位施工。

3.4.2 鉆頭

根據(jù)不同土層選用不同型號的旋挖鉆頭[2],以適應(yīng)土層旋挖壓力的變化。成孔選用挖泥鉆頭、挖砂鉆頭、截齒鉆頭三種鉆頭,如圖2所示。選擇依據(jù)為:1)對粘性土層使用挖泥鉆頭,挖泥鉆頭的底蓋為單層。2)對砂層則采用挖砂鉆頭,挖砂鉆頭和挖泥鉆頭的結(jié)構(gòu)基本一致。但為保證鉆頭的密封性,這種鉆頭的底部為雙層底,施工時通過雙層底的旋轉(zhuǎn)打開和閉合。3)在風化花崗巖層鉆進時,采用截齒雙底鉆頭。

3.4.3 孔底沉淤控制

旋挖鉆斗的切削、提升上屑的機理與常見回轉(zhuǎn)鉆進的正、反循環(huán)成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通過鉆斗把孔底原狀土切削成條狀載入鉆斗提升出土,后者是通過鉆頭把孔底原狀土打碎由泥漿循環(huán)帶出土面。前者底部面緩,鉆至設(shè)計標高對土的擾動很小,沒有聚淤漏斗,所以要加強泥漿的管理,控制固相含量,提高粘度,防止快速沉淀,還要控制終孔前兩鉆斗的旋挖量。成孔深度達到設(shè)計要求后,繼續(xù)進行鉆機移位、終孔驗收工作。

3.4.4 清孔檢孔

成孔達到設(shè)計標高后,檢查孔深、孔徑、垂直度是否滿足要求。成孔質(zhì)量符合圖紙和規(guī)范要求并經(jīng)監(jiān)理工程師批準,并立即進行第一次清孔。一次清孔采用鉆頭掏渣方式進行,直到泥漿主要性能指標滿足要求,孔底基本無沉渣。

3.5 鋼筋籠制作及安裝

鋼筋籠采用分節(jié)加工及安裝。樁基鋼筋籠在陸地上鋼筋加工廠內(nèi)制作,由平板車運輸及貨船的運輸方式到達至施工平臺后,用汽車吊逐節(jié)下放進行安裝。主筋均采用直螺紋套筒連接。在鋼筋籠下方安裝鋼筋籠下放平臺,其目的一是為了提供鋼筋籠下放時的操作平臺,二是在鋼筋籠下放平臺上設(shè)有可伸縮的牛腿,用于每節(jié)鋼筋籠下放時的臨時固定。鋼筋籠下放到位后,為防止鋼筋籠偏位,采用連接鋼筋+套筒+墊板的形式固定在雙拼槽鋼上。

3.6 二次清孔

清孔的導管選用無縫鋼管制作,管內(nèi)直徑為30 cm,壁厚8 mm。導管使用前和使用一定時間后對其進行水密承壓和接頭抗拉試驗,并檢查防水膠圈是否完好,有無老化現(xiàn)象。試驗要求接頭抗拉強度不低于母材強度,水密試驗水壓不小于1.3倍孔底水壓且不應(yīng)小于導管壁和焊縫可能承受灌注混凝土時最大內(nèi)壓力的1.3倍。經(jīng)計算,水密試驗壓力為1.0 MPa。二次清孔采用正循環(huán)方式清孔[3]。由于一次清孔使用優(yōu)質(zhì)泥漿置換,且鋼筋籠下放時間短,孔底基本干凈,使用正循環(huán)方式清孔可以滿足要求。

3.7 混凝土澆筑

樁基采用C30水下混凝土。樁基采用水下導管灌注法施工,單根鉆孔樁的混凝土方量最大約為180 m3?；炷劣砂韬险旧a(chǎn),混凝土運輸車運輸。根據(jù)計算,混凝土運輸車混凝土容量為9～10 m3,能滿足首盤混凝土方量要求(6.5 m3),因此采用混凝土運輸車直灌的方式進行。灌注水下砼的分水球采用“封堵鋼板+籃球”的方式,在砼灌注過程中設(shè)專人測量孔深并記錄,用測錘在不同方向量測。嚴格控制導管埋深在2～6 m之間,防止埋管過深提不起來或埋管過淺脫空產(chǎn)生斷樁事件。拆除導管前,還需測量準確砼灌注高度,同時每拆管一次前都要同攪拌站砼攪拌方量進行復核,以推算埋管深度是否合理[4]。

4 樁基鉆孔施工中的困難及解決方法

由于西江特大橋的南索塔位于河灘斜坡處,巖面傾斜大且?guī)r石強度高,容易造成斜孔并易卡鉆、錘裂,處理將大大影響工期。針對實際情況,項目及時采取以下措施:1)要求專業(yè)隊采購備用錘,以減少錘裂后焊錘過程中沖機停機時間;2)制定檢查表格,要求現(xiàn)場施工員、專業(yè)隊管理人員在沖進過程中定期提錘,檢查沖錘有無裂紋、沖錘側(cè)邊牙有無磨損嚴重等;3)若發(fā)現(xiàn)斜孔跡象,及時回填片石重新鉆進,減少偏孔的深度,降低修孔的難度;4)在巖層交界面沖進時,采用低沖程、勤檢查的方法進行沖進;5)定期檢查泥漿性能指標,定期清渣,防止泥漿過濃后造成沖錘不轉(zhuǎn)、而導致梅花孔。

在北引橋樁基采用旋挖鉆機施工,在施工過程中:1)由于原計劃泥漿池太小影響進度,必須等上一條樁基澆筑以后才能開鉆下一條,所以提出改進措施:新加泥漿池,增加人員造漿,使現(xiàn)場有250 m3的泥漿儲存量;2)為保證成孔的垂直度,提出以下措施:首先利用護樁確定鉆頭的平面位置,然后根據(jù)鉆機上的電子設(shè)備調(diào)整鉆桿垂直度,鉆進過程中測量組利用全站儀復核鉆桿垂直度;同時要求專業(yè)隊在鉆孔過程中及時檢驗地基沉降情況。

5 結(jié) 語

汕湛高速公路西江特大橋跨越西江,地勢起伏較大,全橋橋位處覆蓋層厚度變化大,呈不連續(xù)分布,直接影響到護筒埋設(shè)深度和成孔方式的選擇。根據(jù)不同橋段的地質(zhì)情況,采用不同的鉆孔方式,其中對北引橋樁基采用旋挖鉆機施工,并對樁基護筒、泥漿、鉆進等關(guān)鍵環(huán)節(jié),采用相應(yīng)的工藝對策,并解決了施工中遇到的各種難題,確保了施工順利進行,保證了樁基工程質(zhì)量。該橋樁基施工已完成,成孔后各樁基孔深、孔徑、孔斜及沉渣厚度均達到工程質(zhì)量檢驗評定標準,主墩樁基Ⅰ類樁比例100%,全橋樁基Ⅰ類樁比例95.3%。