紅巖潭特大橋深水區(qū)大直徑鉆孔灌注樁成孔施工技術(shù)
2017-03-20
1.概述
（1）在建的永武高速紅巖潭大橋位于江西省武寧縣巾口鄉(xiāng)境內(nèi)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度800m，跨徑為20～40m，跨越柘林湖汊。下部結(jié)構(gòu)為樁基礎(chǔ)，樁徑為2.00m、2.20m、2.50m三種（其中2.50m樁徑為左幅加寬段、2.20m樁徑為右幅、2.00m樁徑為橋臺(tái)樁），上部構(gòu)造為20～40m預(yù)應(yīng)力T梁。
?。?）橋址范圍內(nèi)原為河道，兩側(cè)橋臺(tái)位于崗丘，東橋臺(tái)山體坡度約150～200，地形較平緩，覆蓋層較薄，西橋臺(tái)山體斜坡中部，坡度400～500，地形高差較大，基巖裸露，植被發(fā)育較差。水面寬度約700m，最大水深約27m，施工期間湖水水位標(biāo)高在60m～62m間，洪水期水位可達(dá)64m標(biāo)高。
?。?）區(qū)內(nèi)地層依次為粉質(zhì)粘土、園礫土、卵石土、塊石、全風(fēng)化粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化礫巖、中風(fēng)化礫巖，樁尖持力層進(jìn)入中風(fēng)化礫巖。
2.工程施工難點(diǎn)
2.1施工棧橋與平臺(tái)的搭設(shè)。工程地質(zhì)勘察時(shí)已查明其湖床覆蓋層薄，且極不均勻，部分墩位基巖完全裸露。設(shè)計(jì)的樁徑較大，施工機(jī)具及配套設(shè)施相應(yīng)也較復(fù)雜，這給施工便橋與作業(yè)平臺(tái)的搭設(shè)帶來(lái)較大難度。
2.2鋼護(hù)筒下置困難。因水深、樁徑大，所用鋼護(hù)筒必然大且長(zhǎng)，其制作、運(yùn)輸和安裝有一定的難度。樁位布置為排架樁型，對(duì)鋼護(hù)筒就位偏差要求高。其地形東面較為平緩，覆蓋層薄，護(hù)筒埋深淺；西面較陡，坡度最大處在400～500之間，部分湖床基巖裸露，護(hù)筒下置困難且無(wú)覆蓋層，施工過(guò)程中極易造成護(hù)筒底漏漿和串孔。特殊情況下水下對(duì)接鋼護(hù)筒，滿足密封和沖擊鉆孔過(guò)程中的抗振動(dòng)要求，也是施工的又一難點(diǎn)。
2.3巖溶區(qū)段的施工。在作業(yè)部分樁孔位置巖溶發(fā)育，且大小不一。雖然多為充填溶洞，但有的溶洞高度達(dá)7～8m，施工中極易產(chǎn)生埋鉆和偏孔及掉鉆頭等孔內(nèi)事故。
3.施工工藝技術(shù)
針對(duì)以上施工難點(diǎn)，我們主要采取了以下工藝措施。
3.1水上施工便橋與作業(yè)平臺(tái)的搭設(shè)。
?。?）為滿足施工要求及安全生產(chǎn)需要，水上施工采用了重型鋼棧橋?yàn)槭┕ねǖ?，鉆機(jī)施工平臺(tái)采用了鋼平臺(tái)方案。棧橋橋面寬為4.5m，棧橋的位置在橋梁的左側(cè)，主要是考慮橋梁左幅為加寬段，樁基直徑較大，橋面寬度是為了確保運(yùn)輸成型鋼護(hù)筒和鋼筋籠的需要；因湖床覆蓋層薄且不均勻，棧橋基礎(chǔ)采用穩(wěn)定性高的雙排4根820×8mm鋼管樁，兩排縱向間距為3m，鋼管樁間采用剪刀撐連接，橫樁間距為1.55m，縱樁間距為3m，以15m為一標(biāo)準(zhǔn)跨，保證其穩(wěn)定性。樁頂墊梁采用2I25a工字鋼，其上縱向鋪設(shè)貝雷桁架做主梁，貝雷梁采用單層雙片，共兩組，貝雷桁架每組間用90cm花架連接；貝雷桁架頂部橫向布設(shè)I22a工字鋼作橫向分配梁，間距0.75m；其上縱向鋪設(shè)I12.6工字鋼作縱向分配梁，間距30cm；頂面鋪設(shè)厚8mm鋼板作橋面板。
?。?）鉆機(jī)平臺(tái)為15m×30m，共16根820mm鋼管樁承重，鋼管樁間同樣采用了剪刀撐連接，樁頂墊梁為2I25a工字鋼，其上橫橋向鋪設(shè)貝雷桁架做主梁；貝雷桁架頂部縱向布設(shè)I28a工字鋼作分配梁，間距0.75m；頂面鋪設(shè)厚8mm鋼板作橋面板，因水中墩左、右幅的樁徑不同，每個(gè)平臺(tái)布設(shè)兩臺(tái)沖擊鉆機(jī)同時(shí)施工。水上作業(yè)平面布置及棧橋斷面如圖1、圖2所示。
圖1棧橋與平臺(tái)平面布置示意 圖2A-A棧橋斷面 （3）重型鋼棧橋和鋼平臺(tái)所用鋼管樁的插打深度、承載力均以滿足鋼棧橋和鋼平臺(tái)的穩(wěn)定性和最不利荷載的要求為目的，鋼棧橋橋墩鋼管樁插打深度，在覆蓋層較厚的地段為不小于6m，在覆蓋層較淺的地段插打深度最低為不小于3m。在無(wú)覆蓋層的地段利用船舶上安放潛孔鉆，對(duì)應(yīng)橋墩位置，均勻布置若干個(gè)150mm～180mm的孔，鉆孔深1.0m以上，預(yù)埋75～100mm的鋼樁，外露60cm，安放組焊鋼管樁橋墩（鋼管樁底部30cm處加焊錨固型鋼），澆注水下凝混凝土，固定鋼管樁橋墩，確保了其穩(wěn)定性。
3.2水中鋼護(hù)筒的下置。在平臺(tái)施工結(jié)束后，利用全站儀放出每根樁的準(zhǔn)確位置并做出標(biāo)記。鋼護(hù)筒的內(nèi)徑定為樁徑+20cm，鋼護(hù)筒采用壁厚為14mm的鋼板，用卷板機(jī)卷制，一片鋼板寬度為1.5m，采用平接方法焊接，兩端頭部位加焊四道10cm寬20cm長(zhǎng)的加強(qiáng)板，以最長(zhǎng)焊接9m長(zhǎng)的鋼護(hù)筒為一節(jié)，采用50T汽車吊進(jìn)行吊裝。為保證鋼護(hù)筒的平面偏差及垂直度滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，利用重力原理兩點(diǎn)定線，即在搭設(shè)完畢的施工平臺(tái)上焊制框架式導(dǎo)向架，導(dǎo)向架為上下二層正方形井字架，井字架中心為樁位中心，導(dǎo)向架采用I40的工字鋼制作，上層導(dǎo)向架焊制在施工平臺(tái)上，下層導(dǎo)向架則低于施工平臺(tái)頂面4m以上，導(dǎo)向架內(nèi)部預(yù)留4cm的空間作為鋼護(hù)筒的下放空間。鋼護(hù)筒的安裝，首先利用吊車在施工平臺(tái)上將第一節(jié)鋼護(hù)筒提升，順導(dǎo)向架下放，利用上層導(dǎo)向架固定鋼護(hù)筒于中心位置，待第一節(jié)鋼護(hù)筒穩(wěn)定后，進(jìn)行第二節(jié)的焊接，為保證鋼護(hù)筒中心與樁中心一致，第一節(jié)的鋼護(hù)筒可以焊接固定在上層導(dǎo)向架，焊接完成后進(jìn)行整節(jié)鋼護(hù)筒的下放，如仍不能滿足要求，則進(jìn)行第三節(jié)鋼護(hù)筒的焊接，依此類推，當(dāng)鋼護(hù)筒下放至河床穩(wěn)定后，測(cè)量護(hù)筒中心，調(diào)整無(wú)誤后先用120KW振動(dòng)錘振動(dòng)下沉，鋼護(hù)筒頂標(biāo)高控制在不小于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高1m范圍，鋼護(hù)筒振動(dòng)到位后，使用全站儀及坡度尺檢查并確認(rèn)平面偏差及垂直度，割除多余鋼護(hù)筒。
3.3沖擊鉆孔成樁施工。
（1）鋼護(hù)筒安放就緒后，同一平臺(tái)安裝兩臺(tái)機(jī)組以完成兩種不同樁徑的鉆孔。為做到互不干擾，同時(shí)預(yù)留進(jìn)出的通道，兩機(jī)組均以垂直與橋中心軸線間隔擺放。受平臺(tái)場(chǎng)地限制，我們將泥漿循環(huán)系統(tǒng)安放在平臺(tái)的下方，利用安放鋼護(hù)筒時(shí)的第二層導(dǎo)向架為依托，設(shè)置泥漿循環(huán)溝槽和二層簡(jiǎn)易平臺(tái)，取一節(jié)高1.5m的鋼護(hù)筒做循環(huán)池自然懸浮于水面上，并用28mm鋼絲繩吊掛在平臺(tái)固定。泥漿的循環(huán)采用渦流泵從護(hù)筒內(nèi)將泥漿抽上經(jīng)簡(jiǎn)易泥漿除渣裝置除渣后流入循環(huán)池，然后在循環(huán)池內(nèi)經(jīng)3PNL泥漿泵送入孔底，形成泥漿循環(huán)。 （2）鋼護(hù)筒下置完后根據(jù)護(hù)筒空段長(zhǎng)度倒入一定的粘土，然后開(kāi)鉆施工。因湖床覆蓋層薄且不均勻，部分墩位地形坡度大，有的無(wú)覆蓋層，施工中極易產(chǎn)生漏漿和串孔。為避免該現(xiàn)象發(fā)生，在泥漿正循環(huán)鉆孔過(guò)程中，我們首先采取始終保持鉆孔內(nèi)外既定的水位差和泥漿濃度，起到護(hù)壁、固壁作用，防止坍孔。即利用護(hù)筒內(nèi)的渦流泵根據(jù)孔內(nèi)外的壓力差調(diào)節(jié)護(hù)筒內(nèi)的泥漿液面，實(shí)現(xiàn)液壓平衡鉆進(jìn)。穿過(guò)護(hù)筒后孔內(nèi)泥漿漏失量大時(shí)，則下入導(dǎo)管，灌注適量的水下混凝土并用鉆錘搗實(shí)后回填一定量的造漿粘土，待混凝土凝固48小時(shí)以后透孔鉆進(jìn)，將裂隙充填和松散巖層固結(jié)。
3.3.1護(hù)筒底串孔的處理。護(hù)筒底發(fā)生串孔、孔內(nèi)泥漿大量漏失時(shí)，我們先將鉆孔回填至護(hù)筒底50～60cm，下入導(dǎo)管向護(hù)筒底灌注水下混凝土，同時(shí)用水文測(cè)繩在護(hù)筒外圍根據(jù)深度變化大小找出串孔位置，補(bǔ)灌適量的水下混凝土，達(dá)到堵漏的目的。對(duì)18＃墩左幅樁孔，由于基巖完全裸露，我們先將護(hù)筒下置在離巖面2m左右位置，用加大的鉆錘清水沖擊鉆進(jìn)，后下入一根高壓水槍至孔底進(jìn)行吹洗排渣，反復(fù)鉆進(jìn)排渣多次，使擴(kuò)孔孔深達(dá)2～3m后下置鋼護(hù)筒，同時(shí)向孔底灌注水下混凝土封堵固結(jié)，其護(hù)筒外60～80cm四周由潛水員下潛壘一高1.5m左右的砂袋墻，對(duì)護(hù)筒外也灌注水下混凝土加固，待混凝土凝固后轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。
3.3.2巖溶區(qū)鉆進(jìn)。
?。?）施工巖溶區(qū)樁孔時(shí)，每當(dāng)鉆進(jìn)至溶洞頂板時(shí)，盡量降低鉆進(jìn)沖程，防止因沖程過(guò)大，鉆穿頂板時(shí)阻力突然變小，瞬時(shí)沖力過(guò)大產(chǎn)生掉鉆、拉斷鋼絲繩等可能發(fā)生的孔內(nèi)事故和其它意外事故。溶洞區(qū)段鉆進(jìn)時(shí)控制鉆進(jìn)速度，出現(xiàn)倒錘、粘錘等孔內(nèi)異常情況及時(shí)提錘停鉆，向孔內(nèi)回填片石、黃土，待將該段回填至高出原孔段1～2m后，再下鉆重新鉆進(jìn)，如此反復(fù)，直至鉆穿該溶洞。對(duì)鉆進(jìn)中極易垮塌的孔段除回填片石、黃土外，有的還灌入水下混凝土進(jìn)行護(hù)壁固結(jié)。即在大溶洞中，因回填的孔段較長(zhǎng)，孔壁的穩(wěn)定性相對(duì)較差，為防止再一次的坍塌，適量灌入水下混凝土，同時(shí)下入鉆錘到孔內(nèi)搗實(shí)，待混凝土凝固48小時(shí)以后重新鉆進(jìn)，基本能夠順利通過(guò)該段。
?。?）施工至17＃平臺(tái)左幅2.5m樁時(shí)，湖水水位處在最高位，鉆進(jìn)時(shí)鋼護(hù)筒承受的內(nèi)外液壓差相對(duì)較大，當(dāng)鉆頭剛鉆穿護(hù)筒底部后，護(hù)筒內(nèi)泥漿突然漏失，因孔內(nèi)水位下降過(guò)大導(dǎo)致鋼護(hù)筒擠壓變形，該墩左幅兩根樁都遇到了同樣的情況。為此，我們采取先將水下鋼護(hù)筒在距湖床1.5m位置割斷，取出變形鋼護(hù)筒，在湖水恢復(fù)到常水位時(shí)，重新加工一護(hù)筒，在其下端做一段長(zhǎng)1.5m、直徑比原有直徑大10cm的部分，當(dāng)該部分罩入水下原有預(yù)留護(hù)筒50cm左右時(shí)，由潛水員在護(hù)筒外沿罩入段的四周塞入棉胎止水密封，然后將對(duì)接護(hù)筒下置到位，為防止護(hù)筒外再次漏漿，同時(shí)為進(jìn)一步密封接頭部位，我們沿護(hù)筒外1.5m壘一高1.0m左右的砂袋墻，并灌注水下混凝土。通過(guò)這種方法處理的兩個(gè)樁孔，鉆進(jìn)過(guò)程中均未出現(xiàn)串孔漏漿現(xiàn)象。
?。?）當(dāng)沖擊成孔達(dá)設(shè)計(jì)孔深后，即進(jìn)行清孔。清孔時(shí)先用除渣篩網(wǎng)將粒徑2mm以上的大粒徑鉆渣排除，安裝旋流除砂器進(jìn)行進(jìn)一步除砂（泥漿旋流除砂器如圖3所示），并同時(shí)調(diào)整泥漿性能指標(biāo)至規(guī)范范圍內(nèi)則及時(shí)進(jìn)行鋼筋籠孔內(nèi)安裝與水下砼的灌注工作。
4.結(jié)束語(yǔ)
紅巖潭大橋鉆孔灌注樁，樁徑大、地形條件相對(duì)復(fù)雜、湖床覆蓋層薄、局部基巖裸露、部分地段巖溶發(fā)育，施工難度相對(duì)較大，遇到的困難也多，但通過(guò)我們采取以上綜合技術(shù)后，順利完成了大橋的樁基礎(chǔ)施工。
