鸚鵡洲長江大橋中塔大直徑鉆孔樁施工技術(shù)研究
2017-07-31
1 概述
直徑大于或等于2.5m的鉆孔灌注樁即為大直徑樁，目前特大型橋梁水上墩基礎(chǔ)越來越多的采用大直徑鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)，本文結(jié)合鸚鵡洲長江大橋中塔水上施工大直徑鉆孔樁施工技術(shù)，對該地質(zhì)條件下水上墩鉆孔樁施工方案進(jìn)行研究分析。
2 工程概況
2.1 橋式布置
武漢市鸚鵡洲長江大橋全長3420m。其中：主橋長2100m，采用200+2×850+200m三塔四跨鋼板結(jié)合梁懸索橋；大橋跨漢陽江灘進(jìn)入長江，于武昌造船廠鲇魚套附近上武昌岸。
2.2 中主塔墩基礎(chǔ)概況
2#墩為鸚鵡洲長江大橋的中主塔墩，中心里程ZK10+850.000?；A(chǔ)為39根φ2.8m鉆孔灌注樁，樁基采用行列式布置，縱橋向布置5排，橫橋向布置9列，樁底標(biāo)高-19～-25.4m（黃海高程，下同），樁長20～26.4m。
2.3 地質(zhì)情況
據(jù)鉆孔揭示及區(qū)域地質(zhì)資料，2#墩基礎(chǔ)位置覆蓋層為粉砂，基巖多為微風(fēng)化生物碎屑灰?guī)r，主要為方解石，巖質(zhì)硬。個別孔位有少量破碎生物碎屑灰?guī)r。由于圍堰吸泥下沉過程中形成鍋底，部分位置已至巖面頂，在-5.0～巖面多為回填砂覆蓋層，在高程-9.26～-12.9m以下為微風(fēng)化生物碎屑灰?guī)r，基巖埋藏淺，巖面傾斜，巖體較完整，承載力高。
3 施工總體方案
2#塔為水上施工，采取水上鉆孔平臺的方式。首先施工鉆孔樁施工平臺，形成平臺后采用大型振動打樁機(jī)進(jìn)行鋼護(hù)筒插打，采用大直徑鉆頭開孔，再采用大型振動打樁機(jī)進(jìn)行鋼護(hù)筒復(fù)打跟進(jìn)，跟進(jìn)完成后采用常規(guī)鉆頭進(jìn)行成孔施工，混凝土采用水上攪拌站供應(yīng)，垂直導(dǎo)管法灌注成孔。
4 施工方案及施工步驟
4.1 鉆孔平臺搭設(shè)及護(hù)筒插打
鉆孔平臺基礎(chǔ)采用萬能桿件進(jìn)行拼裝，鉆孔平臺橫向分配梁采用大型鋼等強(qiáng)焊接而成，縱向主梁采用貝雷梁組拼。本工程鉆孔樁直徑達(dá)到φ2.8m屬于大直徑鉆孔樁，鋼護(hù)筒插打在圍堰內(nèi)進(jìn)行，屬于靜水施工，因此鋼護(hù)筒選擇壁厚δ=20mm，內(nèi)徑φ3.0m可以滿足，由于鋼護(hù)筒直徑大承載要求高，因此鋼護(hù)筒圍堰下沉到位后，利用兩臺200t浮吊作為起重設(shè)備。吊裝鉆孔平臺貝雷梁，然后在貝雷梁上安置導(dǎo)向架，導(dǎo)向架精確定位后，利用200t浮吊起吊APE400B振動打樁機(jī)插打鉆孔樁鋼護(hù)筒。
4.2 泥漿
4.2.1 泥漿拌制及循環(huán)
由于水上施工場地狹小，現(xiàn)場的泥漿制備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足施工需要，因此在岸上采用集中拌漿的方式進(jìn)行泥漿制備，同時采用機(jī)駁作為泥漿船漿拌制好的泥漿運(yùn)輸?shù)剿隙瘴惶?。泥漿循環(huán)系統(tǒng)由沉渣池、泥漿泵、泥漿管、空壓機(jī)組成，采用鄰近插打好的鋼護(hù)筒作為沉渣池。
4.2.2 泥漿性能指標(biāo)
泥漿在沖擊鉆孔中起護(hù)壁和懸浮鉆碴的作用。應(yīng)備用足夠的造漿優(yōu)質(zhì)粘土紅土等進(jìn)行泥漿制備。泥漿性能指標(biāo)應(yīng)符合表1要求。
4.3 沖擊鉆砸孔施工
鉆機(jī)布置在鉆孔平臺上，根據(jù)施工作業(yè)面大小、樁基平面布置情況、進(jìn)度安排、動力供應(yīng)情況綜合考慮鉆機(jī)數(shù)量，初步考慮共擺設(shè)13臺鉆機(jī)分3個循環(huán)完成39根鉆孔樁，全部采用沖擊鉆鉆孔正循環(huán)鉆進(jìn)，采用氣舉反循環(huán)清渣。
4.3.1 鉆機(jī)擺放要平整、穩(wěn)固、平面位置偏差要符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求；位置要結(jié)合平臺受力支承情況，合理布置，開鉆順序要統(tǒng)一安排，避免干擾。由于2#塔巖層傾斜且?guī)r層頂面無強(qiáng)風(fēng)化層，同時巖層頂覆蓋層為粉細(xì)砂及回填砂，鉆孔樁施工過程中會出現(xiàn)護(hù)筒底口漏砂的鉆孔泥漿流失的現(xiàn)象，因此2#塔鉆孔施工分三步驟進(jìn)行，第一步用于護(hù)筒直徑接近的大鉆頭進(jìn)行開孔，開孔滿足一定深度（護(hù)筒刃腳可全部嵌入巖層），第二步采用APE400B振動打樁機(jī)進(jìn)行護(hù)筒復(fù)打跟進(jìn)，第三步采用正常的鉆頭進(jìn)行常規(guī)沖擊鉆成孔施工。
4.3.2 鉆孔前應(yīng)對鉆孔的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢查，鉆孔時應(yīng)按設(shè)計(jì)資料及實(shí)際地質(zhì)情況繪制地質(zhì)剖面圖，在鉆進(jìn)過程中，進(jìn)尺的快慢根據(jù)土質(zhì)情況來控制；根據(jù)設(shè)計(jì)資料和工程特點(diǎn)，各地層鉆進(jìn)沖程和泥漿比重見表2
4.3.3 在鉆孔過程中要時刻監(jiān)控鉆渣取樣，復(fù)核實(shí)際地質(zhì)情況是否與設(shè)計(jì)相符，如遇和地勘資料出入較大情況出現(xiàn)，及時向設(shè)計(jì)單位報(bào)告，調(diào)整樁基結(jié)構(gòu)。
4.3.4 當(dāng)鉆進(jìn)至接近鋼護(hù)筒底口位置1-2m左右時，為防止護(hù)筒底部偏移和入巖時斜孔，采用小沖程（0.5-0.8m）密擊（8-12/分鐘）、低轉(zhuǎn)數(shù)鉆進(jìn)，并控制進(jìn)尺，以確保護(hù)筒底口位置地基的穩(wěn)定；當(dāng)鉆頭鉆出護(hù)筒底口2-3m時，再恢復(fù)正常鉆進(jìn)狀態(tài)。升降鉆具應(yīng)平穩(wěn)，尤其是當(dāng)鉆頭處于護(hù)筒底口位置時，必須謹(jǐn)慎操作、防止鉆頭鉤掛、沖撞鋼護(hù)筒擾動鉆孔孔壁；
4.3.5 終孔前要慢速鉆進(jìn)，加強(qiáng)鉆渣取樣頻率，進(jìn)行地質(zhì)核對。
4.4 清孔
鉆孔至設(shè)計(jì)高程后進(jìn)行清孔。清孔后泥漿指標(biāo)按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。
4.5 鋼筋籠制作、安裝
2#塔鉆孔樁鋼筋籠主筋直徑為Φ36，采用直螺紋連接。鋼筋籠在鋼筋籠加工車間進(jìn)行下料并在鐵駁上加工成整節(jié)鋼筋籠，用鐵板駁浮運(yùn)到墩位處，由浮吊整體起吊安裝。
4.5.1 鋼筋籠的制作
鋼筋籠制作采用長線法整體加工制作。制作時，按照設(shè)計(jì)尺寸采用做好定位圈鋼筋，標(biāo)出主筋位置，然后將主筋依次點(diǎn)焊在加勁筋上，要確保主筋與加勁筋相互垂直，不變形并在定位圈鋼筋上焊接十字鋼筋支撐。
4.5.2 鋼筋籠的存放
鋼筋籠在駁船上整體加工制作完成后，部分可存放在鐵駁上，其余由機(jī)駁倒運(yùn)至2#墩，利用已經(jīng)插打的護(hù)筒進(jìn)行存放。
4.6 水封導(dǎo)管的安裝及二次清孔
4.6.1 水封導(dǎo)管安裝
樁身混凝土灌注采用垂直提升導(dǎo)管法施工。采用Φ325mm快速卡口接頭導(dǎo)管，導(dǎo)管使用前組裝編號后進(jìn)行水密承壓、接頭抗拉試驗(yàn)，合格后下放，然后吊裝混凝土灌注架?；炷凉嘧⒓苡眯弯摻M拼而成，上設(shè)儲料總槽，保證砍球時首次灌注有足夠的混凝土儲備量。
導(dǎo)管在使用前和使用一個時期后，除應(yīng)對其規(guī)格、質(zhì)量和拼裝構(gòu)造進(jìn)行認(rèn)真檢查外，應(yīng)做拼接、拉力、水密試驗(yàn)。導(dǎo)管使用前按順序組裝編號，進(jìn)行水密、承壓試驗(yàn)和接頭抗拉試驗(yàn)，嚴(yán)禁用壓氣試壓，并編寫試驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)行水密試驗(yàn)的水壓應(yīng)為孔底靜水壓1.3倍壓力，經(jīng)過15min不漏水即為合格。確保導(dǎo)管狀態(tài)良好。
導(dǎo)管可在鉆孔旁預(yù)先分段拼裝，在吊放時再逐段拼裝。分段拼裝時應(yīng)仔細(xì)檢查。變形和磨損嚴(yán)重的不得使用，導(dǎo)管內(nèi)壁和法蘭盤表面如粘附有灰漿和泥沙應(yīng)擦拭干凈。
4.6.2 二次清孔
導(dǎo)管安裝到位后進(jìn)行二次清孔，采用換漿法向?qū)Ч軆?nèi)注入新鮮泥漿，換出孔底沉碴，清孔時所換新鮮漿液達(dá)到孔內(nèi)泥漿含沙量逐漸減少至穩(wěn)定不沉淀為度，確?？椎壮恋淼暮穸炔淮笥?0mm。
4.7 鉆孔樁混凝土施工
4.7.1 混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸
由于是水上施工無法采用陸上混凝土，因此2#塔混凝土由水上混凝土工廠“大橋海天3號”供應(yīng)，由其自帶泵機(jī)泵送至平臺頂面，利用布料機(jī)和導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土灌注。
4.7.2 混凝土的灌注
開始灌注水下混凝土?xí)r，導(dǎo)管底口離孔底0.4m左右。砍球前要安裝隔水栓，砍球后保證初灌混凝土導(dǎo)管埋深在1.0-3.0m。灌注過程中，導(dǎo)管的埋深測量采用同步多測點(diǎn)的辦法，避免因孔徑大產(chǎn)生大的誤差和測量錯誤。
結(jié)語
通過對本工程中主塔2#墩大直徑鉆孔樁施工的深入研究和總結(jié)，解決了水中鉆孔樁施工方法，解決了斜巖面地層下的大直徑鉆孔樁的鉆孔、成孔施工方法，可以為同類施工提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]《公橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/F50-2011.
[2]《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》CJJ 2-2008.
