壽縣淮河特大橋大直徑厚砂層超長鉆孔灌注樁施工
2017-09-04
1、工程概況
1.1壽縣淮河特大橋橋位距離焦崗湖入淮口2.5km，距離上游方家坎人渡2.64km，下游毛集港區(qū)碼頭2.5km，其間無其他碼頭、橋梁。全橋長11.8km，其中主橋長440m。其中19號墩（主墩）、20號墩（主墩）位于淮河主河槽上。19#、20#主墩各采用20根直徑2.0m鉆孔樁灌注樁，樁底標高為-82.13m，樁頂標高為5.87m，單樁樁長88m，樁底持力層位于粗砂層中，均為摩擦樁設計。
1.2地質鉆探資料表明，在勘探所達深度范圍內，場地土層第①～⑦層為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al），第⑧～⑩層為第四系上更新統(tǒng)沖積層（Q3al）。橋位區(qū)發(fā)育有軟土，屬特殊性巖土。軟土層厚1.50～7.70m，天然含水量30.5～42.7%，天然孔隙比0.917～1.305，液性指數(shù)0.88～2.08，壓縮系數(shù)0.36～1.02MPa-1，標準貫入錘擊數(shù)一般3.0～7.0擊，其承載力基本容許值為70～80kPa，極限摩阻力標準值為20～25kPa，工程性質差，基礎設計采用樁基礎穿過軟土層。同時勘察發(fā)現(xiàn)有一層孔隙型潛水，勘察期間地下水位埋深在0.00～8.2m之間，含水量豐富；河床內土質含砂量大，砂層比較厚，樁基處鉆探柱狀圖顯示砂層高達40m，地質條件差，施工難度大。
2、鉆機選型及鉆孔施工工藝
2.1 鉆機選型
施工樁位區(qū)域工程的鉆孔深度為88m，加上平臺搭設高度（樁底標高-82.13m，平臺頂部標高23.5m）所以鉆機的最大鉆孔深度達110m。樁直徑最大為Φ200cm，根據(jù)地質條件分析，故鉆頭宜備用刮刀、牙輪兩套鉆頭，刮刀鉆頭在亞砂土層中施工，所以施工時的鉆機選用自有的GPS-25D，鉆頭采用有良好扶正導向性的雙腰帶籠式鉆頭，鉆桿剛度要足夠，該鉆機可正反循環(huán)施工，而且適用于各種地層該機最大輸出扭矩達120KN.m，鉆孔深度最大130m，完全能夠滿足主墩樁基橋施工需要。
2.2 鉆孔平臺施工
主橋19#、20#墩位于淮河主航道兩側水中，鉆孔樁采用水上平臺方案進行施工。鉆孔平臺采用鋼管支撐樁+鋼護筒+型鋼梁+貝雷梁+鋼面板結構形式。鉆孔平面尺寸30m×24.2m，平臺于與棧橋連接成整體。主棧橋寬度為8m，保證兩部罐車同行，減少錯車，節(jié)約澆筑時間；平臺兩側設置6m寬支棧橋，作為履帶吊吊裝作業(yè)區(qū)及材料堆放區(qū)，配合插打鋼板樁等，節(jié)約成本。鉆孔平臺采用履帶吊配合插打安裝。履帶吊位于棧橋上，按鋼管支撐樁→樁間橫向聯(lián)系→貝雷梁→分配梁→鋼面板→欄桿附屬設施的順序安裝。
2.3鋼護筒施工
按設計要求，本工程在承臺以下設永久性護筒，長度為8m，外壁防腐，鋼護筒內徑為2.3m，鋼護筒的筒壁厚度取18mm，采用Q235C鋼。護筒頂面與平臺頂面齊平，長度為25.63m，鋼護筒沉放先在加工場將卷制好的短節(jié)拼焊成吊裝節(jié)，為保證垂直度和平面位置，預先安裝導向架，分階段插打鋼護筒，過程中加強測量控制，發(fā)現(xiàn)偏斜及時調整，用DZ120型振動錘錘至設計標高。
2.4鉆孔施工
a.泥漿
由于在水中平臺上施工，無法開挖泥漿池，且是反循環(huán)成孔鉆渣數(shù)量較大，需及時清理鉆渣。為提高鉆進效率和成孔速度，在平臺上制作鉆渣沉淀箱，在配備泥漿箱的同時，用400mm的鋼管將5個鋼護筒串聯(lián)起來，組成泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿采用淡水制備PHP泥漿。制漿用原材料；制漿采用膨潤土，選用以蒙脫石為主的膨潤土，保證土具有較好的分散懸浮性和造漿性。開鉆時慢速鉆進，待導鉆頭全部進入地層后，方可加速鉆進。整個過程采用減壓鉆孔，成孔后將鉆具提離孔底。停止運轉并保持泥漿循環(huán)10～20min清洗孔底，將孔底鉆渣徹底排凈。為保證鉆孔的垂直，應隨時校正磨盤水平和每根鉆桿的連接，鉆進一氣呵成，不在中途停頓，如確因故障停止鉆進時，將鉆頭提升放至外，以免被鉆渣埋住鉆頭。
b.檢孔：
現(xiàn)場配備一臺灌注樁孔徑檢測儀進行鉆孔樁的孔徑、孔深、垂直度等指標的檢測。
2.5 清孔
清孔工作分兩次進行。第一次清孔時，當鉆進深度接近孔底標高時，放慢轉速鉆至設計標高，進行第一次換漿，并提鉆空鉆，反吸孔內鉆渣。當泥漿箱中無明顯鉆渣沉淀，且泥漿指標滿足比重為1.05～1.15、粘度為19s～24s，含砂率小于4%為止。然后提鉆并用灌注樁孔徑檢測儀檢孔，合格后下放鋼筋籠。
2.6 鋼筋籠制作及安裝
主橋樁基鋼筋籠采用長線加工法在定位胎具上分段制作鋼筋籠，采用專業(yè)胎座式鋼筋籠加工模具，多節(jié)段同時加工，控制鋼筋籠軸線偏差，保證鋼筋匹配對接精度。
根據(jù)吊車起吊能力和施工現(xiàn)場情況，盡量減少鋼筋籠接頭數(shù)量，以縮短鋼筋籠下放時間，鋼筋籠每節(jié)18m，共五節(jié)（4*18+18.3）m，采用套筒連接。為防止鋼筋籠吊裝運輸過程中變形，在鋼筋籠內環(huán)加強圈處用鋼筋加焊三角形支撐；為方便施工鋼筋籠安裝時用80T履帶吊裝，頂端用起吊扁擔防止主筋彎曲保證主筋垂直，確保上、下節(jié)鋼筋籠對接時中心線保持一致，主筋對位后準確后使用鐓粗直螺紋連接接頭。為確保鋼筋保護層，鋼筋籠環(huán)向加強筋處設置保護層耳筋并安設混凝土預制墊塊，且在2.3m鋼護筒里準確設置耳筋，以保證鋼筋籠居中。為了檢測成樁質量，在鋼筋籠內側設置通長塑鋼檢測管，每根樁基內設置4根聲測管，聲測管頂端伸出樁頂15米，以便提早進行主橋樁基檢測，縮短工期。
2.7灌注水下砼
灌注混凝土之前應利用導管和泥漿箱循環(huán)系統(tǒng)進行二次清孔，作業(yè)注意以下3點：
1）配制一池比重小，膠體率高（粘度、剪力大），含砂率小的優(yōu)質泥漿專為清孔所用；2）多次量取鉆孔深度，使沉渣厚度滿足規(guī)范要求；3）掌握清孔時間，當導管出口泥漿的含砂率與進口泥漿的含砂率（本工程規(guī)定這4%）相近時即可停止，以防止吸塌孔壁。 滿足要求后立即開始灌注混凝土。灌注水下混凝土采用300mm大內徑導管，在導管使用前按要求對導管進行水密試驗。首灌混凝土用自制的大料斗連續(xù)灌注，保證初灌對導管底口的足夠埋深。灌注開始后，應緊湊、連續(xù)地進行，嚴禁中途停工。在灌注過程中應注意觀察管內混凝土下降和孔內水位升降情況，及時測量并記錄導管埋置深度和混凝土面高度，正確指揮導管的提升和拆除。導管提升時應保持軸線豎直和位置居中，逐步提升，導管的埋深一般控制在2～6m范圍內。
為確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上加灌一定高度，增加的高度為1.0m。此段混凝土在承臺開挖后鑿除，鑿除時須防止損毀樁身。由于樁頂距離平臺的高度太大，無法用測繩準確測出，為保證成樁質量及測距的準確性，特采用鋼絞線制作的測桿配合測繩測量。
3、施工總結技術措施
3.1 孔內事故多，施工難度大
a. 鉆桿選擇 在水位較深，有通航要求的易坍塌地層施工超長、大直徑鉆孔樁必須嚴格按施工規(guī)范及工藝要求施工，加強組織管理，各施工班組協(xié)同作戰(zhàn)，方能確保成孔、成樁質量。因此，施工中應注意的問題有：鉆桿剛度要足夠，因為105m深、200cm大直徑深樁鉆桿長，鉆進過程中受的扭矩大，若鉆桿柔度大鉆進過程中易造成變形甚至折斷。鋼護筒埋置深度要能防止護筒底發(fā)生涌砂現(xiàn)象，保證筒底不漏水、坍塌。
b.護筒底鉆孔控制 鉆進過程中注意孔內水位，隨時補漿，維持護筒內的水頭高度，防止孔壁塌。升降鉆具應平穩(wěn)，尤其是當鉆頭處于護筒底口位置時，必須防止鉆頭鉤掛護筒。加接鉆桿時，應先停止鉆進，將鉆具提離孔底50～100cm，維持沖洗液循環(huán)10分鐘以上，以清除孔底并將管道內的鉆渣攜出排凈，然后停泵加接鉆桿。鉆桿連接螺栓應擰緊上牢，認真檢查密封圈，以防鉆桿接頭漏水漏氣，使反循環(huán)無法正常工作。鉆進過程應連續(xù)操作，不得中途長時間停止。
c.清除雜物 為了防止鉆進過程中遇到障礙物（槽鋼、工字鋼等），首先在插打鋼護筒之前采取必要的措施對鉆孔平臺范圍內的河床進行清理，做到提前控制；其次鉆機就位后用大型電磁鐵在護筒內吸附一遍，發(fā)現(xiàn)了及時處理；若遇到大的槽鋼或鐵，用筒狀鉆具打撈，最后很難解決的話用潛水員水下切割打撈，但是此項費用太高，效果好且節(jié)省時間。所以在施工過程中應加強管理，遇到掉物及時打撈并注意井口的維護，防止鉆進前落物進護筒。
d.護筒漏水處理 針對鉆進過程中鋼護筒漏水導致穿孔的情況，施工過程中在進尺至護筒底2～4m位置采用正循環(huán)鉆進，待順利通過后改用反循環(huán)繼續(xù)進尺。本次施工過程中有發(fā)現(xiàn)19#主墩2-1樁基穿孔情況，立即停止鉆進回填粘土，放置兩天后接長鋼護筒并跟進插打，一段時間穩(wěn)固后重新鉆孔，過程中加強控制，最終順利成樁，此次事故處理妥當對成樁質量及節(jié)點工期要求沒造成影響。
3.2 超長樁垂直度的控制
a.優(yōu)選鉆機 鉆頭采用有良好扶正導向性的雙腰帶籠式鉆頭；
b.三點一線 鉆機就位后，必須保證樁中心、轉盤中心及天車中心三點一線，鉆進過程中應加強轉盤水平的控制；
c.減壓鉆孔 在正常施工過程中，為保證鉆孔的垂直度，采用減壓鉆進，始終讓加在孔底的鉆壓小于鉆具總重（扣除泥漿浮力）的80%；
d.軟硬地層處控制 當鉆至軟硬地層變化處應控制鉆進速度防止鉆頭偏斜。鉆孔偏斜時，可提起鉆頭，上下反復掃鉆幾次，以便削去硬土，如糾正無效，應于孔中局部回填粘土至偏孔處0.5m以上，重新鉆進。
由于加強了施工過程中各個環(huán)節(jié)的控制，成孔后通過灌注樁孔徑檢測儀對傾斜度、孔徑、沉渣進行檢測，均滿足設計及規(guī)范要求。該儀器操作簡單方便，且檢測結果數(shù)據(jù)化。如下例：
4.結束語
在壽縣淮河特大橋樁基施工過程中，在開鉆前準備工作充分的條件下，通過對各個工序環(huán)節(jié)的控制和對設備能力的加強及改進，大大提高了鉆機的施工能力，完全適應了工程超深厚砂層樁的施工。成樁過程中利用先進儀器進行檢測，進一步保證了成孔的質量，使工程施工質量完全滿足設計和規(guī)范要求，達到了預期的效果，按照業(yè)主要求的節(jié)點工期圓滿完成南北岸主墩樁基施工。為以后的淮河橋樁基礎施工進一步積累了經驗和參考依據(jù)。
參考文獻：
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