淺析劍江特大橋大口徑超深鉆孔灌注樁施工
2017-09-04
一、概述
1.地形、地貌
本項目地處貴州省黔南布依族苗族自治州,為云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶,地勢總體西高東低,溝壑縱橫,山勢陡峻,高差較大,雞爪地形密布,峽谷深切,河道彎曲。山岳和谷地多呈南北向排列,與路線走向總體斜交。地貌以低山為主,次為丘陵。地貌類型為溶蝕、侵蝕地貌,屬淺、中等至深切割丘陵及中低山區(qū)。進(jìn)一步劃分為中低山區(qū)、丘陵區(qū)和河谷區(qū)三個次級地貌單元。
2.氣候
都勻?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)溫濕氣候區(qū),夏長冬短,四季分明,夏無酷暑,冬無嚴(yán)寒。
路線所跨河流的洪水成因主要為暴雨,系雨源型河流。區(qū)域內(nèi)降雨量充沛,河流洪水薄漲暴落,洪峰歷時短,來勢猛,漲落迅速,洪枯水位變幅大。夏秋兩季易形成洪水、滑坡、崩坍等自然災(zāi)害。
年平均氣溫15.9℃,極端最高氣溫34.4℃,極端最低氣溫-7.9℃。年均無霜期294天,年均冰凍期7天。年均降水1448.1毫米,多集中在5~8月。
3.水文
劍江發(fā)育于都勻市區(qū)西北22公里處的斗篷山,橋位處控制集水面積482平方公里。該河在橋位處呈寬淺的“U”型,河道順直,有常流水,三百年一遇設(shè)計流量2618m3/s。
路線設(shè)線較高,橋梁不受洪水位控制。
4.大橋基本情況
劍江特大橋位于都勻市小圍寨,為路線跨越劍江的一座特大橋。橋址屬劍江侵蝕堆積地貌區(qū)。河谷橫斷面呈開闊“U”型,谷坡較緩連續(xù)發(fā)育變階地,階面相對較寬。小圍寨溝底寬250-300米。橋梁起點樁號為K202+545.5,終點樁號為K203+488.00。橋梁全長942.5米,最大橋高98米,主橋最大墩高82米。主橋上部結(jié)構(gòu)為(105+200+105)米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu),下部主墩為雙薄壁空心墩、分隔墩為單薄壁空心墩,樁基礎(chǔ);引橋上部結(jié)構(gòu)為(5×40+8×40)米預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T型梁,下部結(jié)構(gòu)為空心墩及柱式墩、樁基礎(chǔ)。橋臺為重力式及柱式臺、擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)。主橋6、7號橋墩采用雙薄壁空心墩,橫橋向?qū)?米,順橋向厚3.5米。分隔墩采用單薄壁空心墩。主橋橋墩均采用直徑2米的鉆孔灌注樁基礎(chǔ),其中6#墩設(shè)計樁長為54米、7#墩為65米。
二、工程地質(zhì)
根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探資料,橋址區(qū)地基土主要由第四系全新統(tǒng)沖洪積的卵石土、亞粘土、殘坡積的亞粘土及二疊系的灰?guī)r、砂巖及頁巖組成。按巖土的成因時代、室內(nèi)試驗及地基土的工程性能等對橋址區(qū)地基土進(jìn)行工程分層,將橋址區(qū)地基土共分為17個工程地質(zhì)層,詳見橋位工程地質(zhì)縱斷面圖。
三、施工方案優(yōu)化和實施
1.選擇設(shè)備和成孔工藝 根據(jù)地層情況和鉆孔深度選配鄭州QJ-250型鉆機(jī)(扭矩120kN.m),選用防斜梳齒鉆頭,并采取措施增加鉆頭的穩(wěn)定性、剛度和耐磨性能,提高鉆進(jìn)效率。采用雙壁大通徑高強度抗扭氣舉鉆桿,φ273mm,每節(jié)鉆桿設(shè)2個剪力銷。根據(jù)地質(zhì)條件和鉆具性能,確定配重塊重量為10t。
2.泥漿配制方案 (1)泥漿用水的選用為保證工程順利進(jìn)行,制定了直接抽取平臺位置地下承壓水、并與淡水勾兌成氯離子含量小于1100mg/L的泥漿用水的方案。 (2)泥漿配置在鋼護(hù)筒內(nèi)自然造漿,出護(hù)筒后根據(jù)泥漿性能在砂質(zhì)粘土層或粉細(xì)砂層中利用反循環(huán)人工造漿,同時加入純堿對膨潤土進(jìn)行鈉化改良。純堿具有充分分解膨潤土,增加PH值、提供成孔所需的堿性環(huán)境、有效減少沉淀速度和沉渣厚度的作用。根據(jù)經(jīng)驗和試驗結(jié)果,在本工程中添加優(yōu)質(zhì)純堿量為膨潤土量的1.8～4%左右較為合適,摻量較常規(guī)泥漿高。鉆進(jìn)過程中,泥漿比重控制在1.10～1.25,使泥漿具有一定的液柱壓力,以達(dá)到平衡孔壁外圍地層壓力、穩(wěn)定孔壁、滿足反循環(huán)施工工藝的要求;粘度控制在18～25s,以滿足鉆進(jìn)護(hù)壁和二次清孔的要求;PH值維持在8～9左右,使泥漿處于堿性狀態(tài),提高粘土的分散度。 (3)泥漿循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計由于施工平臺場地狹小,無法布置較長的多級沉淀池,故采用粗顆粒砂沉淀桶和旋流除渣器彌補循環(huán)系統(tǒng)的不足。粗顆粒沉淀桶上設(shè)計4mm間隙的篩網(wǎng),將大于4mm的渣粒從泥漿中完全分離;過濾后的泥漿再通過旋流除渣器進(jìn)行懸流處理,將5mm以下的砂礫分離出來。通過沉淀桶和旋流除渣器后的泥漿比重可以降至1.15以下,砂率減低至2～3%左右。
3.鋼筋籠制作安裝工藝
(1)主筋連接工藝。主筋連接形式有3種:焊接、擠壓套筒連接和直螺紋連接,采取直螺紋連接工藝。
(2)卡板臺座生產(chǎn)工藝。 鋼筋籠在自重作用下可產(chǎn)生較大的變形,給鋼筋籠制作帶來很大的困難,而且直螺紋連接工藝對主筋間距和位置要求極為嚴(yán)格,為此,本工程專門設(shè)計卡板臺座加工和堆放鋼筋籠,有效消除鋼筋籠的自重變形,同時有效控制主筋間距和位置,保證制作質(zhì)量。臺座總長度36m,卡板根據(jù)加強筋間距每2m鋪設(shè)一道,用經(jīng)緯儀布設(shè),保證兩節(jié)鋼筋籠能在臺座上對接預(yù)拼裝?？ò迳细鶕?jù)主筋直徑和間距布設(shè)限位以固定主筋,隨后安裝加強筋,最后安裝其余主筋和螺旋筋。
(3)預(yù)拼裝技術(shù)。為克服直螺紋連接工藝對主筋長度偏差和平面偏差的特殊要求,保證孔口對接順利,故在鋼筋籠制作時采取預(yù)拼裝技術(shù)。當(dāng)?shù)谝还?jié)24m鋼筋籠制作完成后,直接將下節(jié)籠的上半節(jié)12m鋼筋籠進(jìn)行預(yù)拼裝對接,該12m鋼筋籠全部制作完成后再解除直螺紋連接;隨后將第一節(jié)鋼筋籠吊走,并將12m鋼筋籠吊至臺座端部完成第二節(jié)鋼筋籠的制作。解除預(yù)拼裝前在每節(jié)鋼筋籠上標(biāo)出一根對位鋼筋,確?？卓谥鹘钅茼樌麑印?
(4)固定架輔助孔口安裝。鋼筋籠采用三點吊,吊裝設(shè)備為兩臺履帶吊雙機(jī)抬吊。由于吊車微調(diào)能力差,上下節(jié)鋼筋籠無法順利實現(xiàn)準(zhǔn)確對接,給施工帶來較大困難。為此專門設(shè)計鋼筋籠固定架予以克服。鋼筋籠固定架上均勻掛設(shè)4個20t手拉葫蘆,用以懸掛已完成下放的鋼筋籠。用手拉葫蘆微調(diào)下節(jié)鋼筋籠,使其與吊機(jī)吊住的上節(jié)鋼筋籠的所有主筋完全對中。
4. 樁端后注漿工藝及承載力測試
壓漿管道直接利用樁基超聲波檢測管,砼澆筑完畢后先用高壓水進(jìn)行劈樁,將壓漿孔以下的樁端砼壓破,形成大量的壓漿通道。
壓漿分兩次循環(huán)進(jìn)行。第一次壓漿使?jié){液順壓漿通道向外擴(kuò)散,在外圍形成漿―土結(jié)合體,將樁端包圍;第二次壓漿則直接對樁底和四周的砼―沉渣混合體進(jìn)行加固,并與砼塊體相互結(jié)合形成較為致密的結(jié)構(gòu),以提高樁端極限摩阻力。另外,由于樁身與地層之間的泥漿護(hù)壁層強度較弱,強大的水泥漿壓力可以通過劈樁產(chǎn)生的通道順護(hù)壁層上溯,對樁底以上一定范圍的樁側(cè)進(jìn)行加固,達(dá)到提高樁側(cè)極限摩阻力的目的。 試樁采用靜載試驗法――樁承載力自平衡測試(OTSBURG)方法。在荷載箱內(nèi)布置大噸位千斤頂,根據(jù)計算將荷載箱放在樁身指定位置,通過測試直觀地反映荷載箱上下兩段各自的承載力。將荷載箱上段樁的側(cè)摩阻力經(jīng)處理后與下段樁端阻力相加,即為樁極限承載力。
四、試樁施工成功實踐
1.泥漿性能控制
泥漿采用高效鈉基堿性膨潤土,純堿摻量為5%左右,采用淡水配置。鉆進(jìn)過程中,泥漿比重控制在1.10~1.25,粘度控制在19~25秒, PH值維持在8~9左右。經(jīng)施工實踐證明,泥漿性能滿足鉆進(jìn)要求,能保證鉆孔和成孔后的孔位安全。
2.防止孔斜措施
鉆機(jī)就位時,應(yīng)嚴(yán)格保證鉆塔天車、轉(zhuǎn)盤中心、樁孔中心三者在同一鉛垂線上。為防止因地層軟硬不均出現(xiàn)的孔斜事故,鉆進(jìn)過程中,在配備足夠鉆頭配重壓力的同時,采用“減壓鉆進(jìn)”以保證鉆孔垂直精度。
3.鋼筋籠制作安裝工藝
本工程鋼筋要求采用套筒擠壓連接,鋼筋籠制作時應(yīng)首先確保主筋長度和間距統(tǒng)一、接頭斷面嚴(yán)格一致并與鋼筋籠身垂直。應(yīng)制作時事先擠壓數(shù)根定位主筋固定上下兩節(jié)鋼筋籠,其余主筋應(yīng)在孔口對接成功后連接,鋼筋籠應(yīng)利用手拉葫蘆進(jìn)行微調(diào)對接。
五、施工方面的一些成功經(jīng)驗
1.水下灌注砼的性能參數(shù)
(1)砼初凝時間
一般砼初凝時間僅3～5小時,只能滿足淺孔小樁徑灌注要求,而深樁灌注時間約為5～7小時,因此應(yīng)加緩凝劑,使砼初凝時間大于8小時。
(2)砼攪拌方法和攪拌時間
為使砼具有良好的保水性和流動性,應(yīng)按規(guī)定的配合比將水泥、石子、砂子倒入料斗后,先開動攪拌機(jī)并加入30%的水,然后與拌合料一起均勻加入60%的水,最后再加入10%的水(如砂、石含水率較大時,可適當(dāng)控制此部分水量),最后加水到出料時間控制在60～90秒內(nèi)
(3)坍落度選擇
坍落度應(yīng)控制在200±20毫米之間,砼灌注距樁頂約5米處時,坍落度控制在160～170毫米,以確保樁頂浮漿不過高。
2.砼灌注操作技術(shù)
(1)首批砼灌注
應(yīng)加大設(shè)備的起重能力,以便迅速向漏斗加砼,然后再稍拉導(dǎo)管,若起重能力不足,則應(yīng)用卷揚機(jī)拉緊漏斗晃動,這樣能使砼順利下滑至孔底,下灌后,繼續(xù)向漏斗加入砼,進(jìn)行后續(xù)灌注。
(2)后續(xù)砼灌注
后續(xù)砼灌注中,當(dāng)出現(xiàn)非連續(xù)性灌注時,漏斗中的砼下落后,應(yīng)當(dāng)牽動導(dǎo)管,并觀察孔口返漿情況,直至孔口不再返漿,再向漏斗中加入砼,
3.砼灌注速度
應(yīng)做好灌注前的各項準(zhǔn)備工作,以及灌注過程中各道工序的密切配合工作,控制砼初凝時間的同時,必須合理地加快灌注速度。
