山區(qū)懸索橋超深樁基施工技術(shù)研究

摘要 樁基施工為橋梁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)橋梁的性能及壽命，橋梁樁基深埋在地表之下，現(xiàn)場(chǎng)管理稍有不慎，極易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，樁基鉆孔、鋼筋籠安裝、灌注混凝土等施工工序，為樁基施工中質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。該文結(jié)合四川卡哈洛金沙江大橋工程實(shí)例，重點(diǎn)對(duì)橋梁超深樁基施工技術(shù)展開(kāi)綜合分析，經(jīng)研究，采取合理的施工技術(shù)及管理方法，能夠提高類似工程的建設(shè)質(zhì)量、工程進(jìn)度，減少成本投入。

關(guān)鍵詞 山區(qū)懸索橋、超深樁基；施工技術(shù)；清孔

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）18-0107-03

0 引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)超深樁基研究的課題逐年增多，如梁森等[1] 針對(duì)恒大中心工程，研究表明，選擇最佳的機(jī)械組合，優(yōu)選原材料、配合比，嚴(yán)控工藝參數(shù)，能保證工程樁樁基施工質(zhì)量，提高施工效率和節(jié)約成本。王洪濤[2] 研究表明，在實(shí)施軟土層灌注的時(shí)候，假如沒(méi)有控制好泥漿的濃度，可能導(dǎo)致軟土層的塌陷事故。毛賢強(qiáng)等[3]結(jié)合濟(jì)南第三黃河大橋施工項(xiàng)目，研究表明，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況和鉆孔直徑、鉆孔深度選擇適當(dāng)?shù)你@孔機(jī)械設(shè)備。

1 工程概況

四川卡哈洛金沙江大橋?yàn)檠亟咚夙?xiàng)目中，最具挑戰(zhàn)性的工程，跨徑組合為8×41 mT形梁＋1 030 m單跨鋼桁梁懸索橋＋11×41 mT形梁，橋梁全長(zhǎng)約1 817 m。采用鋼管混凝土組合橋塔，四川岸塔高175 m，為摩擦樁，樁徑為2.5 m，采用C35水下混凝土澆筑。左側(cè)樁基長(zhǎng)度72.0 m，右側(cè)樁基長(zhǎng)度為65.0 m，在承臺(tái)標(biāo)高以下37.5 m范圍內(nèi)，樁基采用雙層鋼筋籠，其余段為單層鋼筋籠。

2 項(xiàng)目重難點(diǎn)

（1）地質(zhì)主要以碎石土和塊石土為主，地質(zhì)較差，樁身位于易塌地層，塌孔風(fēng)險(xiǎn)高。

（2）施工場(chǎng)地狹小，機(jī)械設(shè)備距孔口距離近，孔口易出現(xiàn)坍塌，單根樁基鋼筋籠重量大，需大型起重設(shè)備吊裝，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

（3）單根樁基混凝土方量大，澆筑過(guò)程施工組織要求高。

（4）樁基較深，鋼筋籠下放時(shí)間長(zhǎng)，樁底沉渣過(guò)厚，易出現(xiàn)樁底、樁身質(zhì)量缺陷風(fēng)險(xiǎn)。

3 質(zhì)量控制

3.1 鉆孔設(shè)備管理

采用對(duì)泥漿需求小、環(huán)境污染小的旋挖成孔工藝，增加泥漿壓濾設(shè)備，實(shí)現(xiàn)泥漿零排放，主塔樁基采用徐工XR400E大型旋挖機(jī)成孔，其最大鉆孔直徑2.8 m，最大鉆孔深度103 m。為確保施工效率及成孔質(zhì)量，特定制高強(qiáng)輕質(zhì)鉆桿用于成孔施工，鉆桿重量比常規(guī)鉆桿輕30%。

3.2 技術(shù)交底

嚴(yán)格要求施工單位實(shí)行“三級(jí)”技術(shù)交底，確?，F(xiàn)場(chǎng)每一位管理人員和操作人員熟練掌握工程要點(diǎn)和技術(shù)要求。

3.3 首件工藝試驗(yàn)

嚴(yán)格落實(shí)首件工藝制度，選取S36樁基作為項(xiàng)目的鉆孔灌注樁首件工程，通過(guò)首件確定鉆進(jìn)速度、鋼筋下放速度、泥漿指標(biāo)、正循環(huán)清孔速度、孔底沉渣、混凝土擴(kuò)展度等6項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。

4 施工過(guò)程管理

4.1 施工工藝流程

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，研究形成樁基施工工藝流程，如圖1所示。

4.2 泥漿控制

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖400 m3基坑作為造漿池，采用優(yōu)質(zhì)黃土造漿，泥漿指標(biāo)嚴(yán)格控制：比重、pH酸堿度、含砂率、黏度、泥皮厚度、失水量。

泥漿比重：泥漿比重大有利于孔壁穩(wěn)定和懸浮鉆渣，不利于混凝土的澆筑質(zhì)量。施工中，S39號(hào)樁泥漿比重為1.22，循漿過(guò)程中，由于比重太小，無(wú)法有效地懸浮出渣，將泥漿比重提高至1.3后，才順利清孔。

泥漿黏度：黏度大的泥漿，護(hù)壁、防滲、堵漏、懸浮、攜渣能力較強(qiáng)，但混凝土澆筑困難。旋挖鉆進(jìn)黏度控制在18～22 s、循環(huán)控制在19～28 s、清孔后控制在17～20 s。

含砂率：澆筑混凝土前含砂率控制在3%以下。

膠體率：控制在95%以上，燒堿摻入量3‰～4‰，pH值控制在8～10之間。利用NaOH溶于水后形成微電離子吸附在渣粒表面，使鉆渣不易沉淀固結(jié)，易于隨漿帶出。

泥皮厚度：小于2 mm。

失水率：失水率過(guò)高易形成厚泥皮，在泥巖地層易造成地層軟化膨脹，造成縮徑和塌孔。

4.3 孔口防護(hù)

在施工過(guò)程中，旋挖機(jī)、履帶吊車距離孔口較近，為了防止塌孔，對(duì)孔口防護(hù)進(jìn)行研究，分析對(duì)比鋼護(hù)筒及混凝土鎖口優(yōu)缺點(diǎn)，如表1所示。

采用力學(xué)模型計(jì)算兩種鎖口形式的最不利荷載，如圖2、圖3所示。

經(jīng)計(jì)算，2 cm厚鋼護(hù)筒水平變形達(dá)7 cm，20 cm厚混凝土鎖口水平變形僅0.5 mm。采用混凝土鎖口更為有利，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制鎖口高程及中心位置。

4.4 旋挖成孔

（1）鉆孔樁位控制：樁位測(cè)量放樣，設(shè)置護(hù)樁，鉆進(jìn)3 m深，復(fù)測(cè)樁位，施工混凝土鎖口，鎖口施工完成后復(fù)測(cè)樁位，埋設(shè)護(hù)樁，鉆機(jī)就位開(kāi)孔，平均成孔周期3 d。

（2）施工中嚴(yán)格控制成孔速度：1）碎石土層鉆進(jìn)速度1.8 m/h，巖石土層鉆進(jìn)速度0.7 m/h，減壓鉆進(jìn)，使鉆桿在整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中維持豎直狀態(tài)。2）進(jìn)行分級(jí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)施工，按孔徑1.8 m、2.5 m兩次擴(kuò)孔。

（3）成孔過(guò)程按時(shí)取樣：對(duì)照地勘圖進(jìn)行對(duì)比，與設(shè)計(jì)不符地質(zhì)情況進(jìn)行位置、高度記錄，繪制地質(zhì)柱狀圖。

4.5 清孔

工程起初采用氣舉反循環(huán)，進(jìn)行清理孔底成渣，由于反循環(huán)清孔過(guò)程孔底泥漿損失嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件差，發(fā)生了局部垮孔現(xiàn)象，對(duì)清孔循漿方案進(jìn)行對(duì)比分析，如表2所示。

經(jīng)過(guò)對(duì)比，該工程采用正循環(huán)清孔，并針對(duì)正循環(huán)循漿效率低的缺點(diǎn)進(jìn)行改良：（1）增大泥漿泵，22 kW泥漿泵升高為37 kW泥漿泵；（2）導(dǎo)管口直徑改小，增大流速，增加清渣效果。

4.6 檢孔及驗(yàn)收

先用鋼絲測(cè)繩測(cè)量孔深，平均2 d使用鋼卷尺校核一次，孔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求后再使用檢孔儀檢孔，采用成孔超聲波全面檢測(cè)，控制要點(diǎn)：檢查孔徑、垂直度、沉渣厚度。

4.7 循漿

成孔后立即用灌注導(dǎo)管接37 kW泥漿泵進(jìn)行循漿清渣，直至鋼筋籠下放完畢循漿不停歇，循漿過(guò)程中孔底沉渣一般在30 cm以內(nèi)；鋼筋籠下放完畢后利用22 kW泥漿泵接入自制高壓水槍泵入優(yōu)質(zhì)泥漿沿鋼筋籠按0.5～0.7 m間距對(duì)孔底沉渣進(jìn)行清洗，確保鋼筋籠內(nèi)外沉渣清理干凈；37 kW泥漿泵接入灌注導(dǎo)管循漿，確保沉渣能快速帶出孔外，灌注前沉渣一般在10 cm以內(nèi)。

4.8 鋼筋籠加工檢查及吊裝

（1）在加工廠內(nèi)加工成半成品，運(yùn)輸至胎座長(zhǎng)線法制作成鋼筋籠，再分節(jié)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼裝后，現(xiàn)場(chǎng)吊裝下放。采用預(yù)拼裝下放鋼筋籠，大大減少了下放次數(shù)及下放時(shí)接頭連接數(shù)量，如表3所示。

每根樁縮短下放時(shí)間10 h以上，降低了塌孔的風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工速度。

（2）設(shè)計(jì)十字形吊具，鋼筋籠采用4吊點(diǎn)下放，防止吊裝過(guò)程變形設(shè)計(jì)下放支架，下放鋼筋籠過(guò)程中，采用4根φ32鋼繩臨時(shí)固定鋼筋籠，如圖4所示。

4.9 混凝土澆筑

首ppYlHo3X9WV1Lr1VGTmo9Q==盤(pán)混凝土澆筑采用14 m3料斗和2臺(tái)80型地泵進(jìn)行施工，待首盤(pán)混凝土澆筑完成后，將泵管與導(dǎo)管連接進(jìn)行澆筑。另備好3臺(tái)10 m3罐車，在出現(xiàn)意外情況下保證樁基連續(xù)澆筑，澆筑時(shí)注意事項(xiàng)：

（1）采用Φ325型快速接口管作為灌注導(dǎo)管，按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）要求，在澆筑前進(jìn)行密封耐壓試驗(yàn)、長(zhǎng)度測(cè)量標(biāo)碼等工作[4]。

（2）混凝土在澆筑時(shí)，工序需要緊密銜接、按部就班，在清孔達(dá)到要求后，緊跟下放鋼筋籠，立即下放導(dǎo)管。

（3）澆筑混凝土之前，需要對(duì)孔底沉渣厚度仔細(xì)檢查，如清孔尚達(dá)不到要求，則應(yīng)馬上利用導(dǎo)管，展開(kāi)二次清孔。

4.10 質(zhì)量檢驗(yàn)

灌注完成后，規(guī)范要求樁頂?shù)默F(xiàn)場(chǎng)標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)高程高出不小于0.5 m，該工程控制在0.8 m。在澆筑完成的混凝土終凝后，采用人工鑿除法，將樁頭多余的混凝土鑿除，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)成樁整體質(zhì)量利用超聲波檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)合格后，開(kāi)始后續(xù)墩臺(tái)施工工序[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

該文結(jié)合四川卡哈洛金沙江大橋工程，針對(duì)橋梁超深樁基施工過(guò)程中的重難點(diǎn)，對(duì)鉆機(jī)、泥漿、鋼護(hù)筒、吊具、鋼筋籠等進(jìn)行研究分析，設(shè)計(jì)改良，最終縮短了成樁工期，減少了成本，經(jīng)超聲波檢測(cè)，全部為一類樁，質(zhì)量均合格。

參考文獻(xiàn)

[1]梁森，袁譽(yù)飛，舒波，等.超大直徑超深樁基施工技術(shù)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2020（S2）：910-915.

[2]王洪濤.對(duì)軟土地基中橋梁深樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的研究[J].黑龍江交通科技，2011（1）：100+102.

[3]毛賢強(qiáng)，吳國(guó)利，張偉.氣舉反循環(huán)鉆孔技術(shù)在125 m深樁中的應(yīng)用[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（1）：75-77.

[4]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T 3650—2020[S].北京：人民交通出版社，2020.

[5]郝子業(yè).橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)要點(diǎn)[J].交通世界，2023（16）：120-122.