洪屋渦大橋樁基礎(chǔ)施工克服潮汐影響的技術(shù)
2017-03-20
1 概述
洪屋渦大橋地處沿海地區(qū)，上跨洪屋渦水道，主橋部分位于R＝1500m的圓曲線上，部分邊跨位于R＝1100m的緩和曲線上，引橋位于R＝1100m的圓曲線和緩和曲線上，主橋（106+182+106）為連續(xù)剛構(gòu)，引橋上部采用預(yù)應(yīng)力混凝土T梁；下部結(jié)構(gòu)主墩采用薄壁墩，引橋采用雙柱式橋墩；基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。高速公路標(biāo)準(zhǔn)，雙向八車道，橋?qū)?×19.85米，通航河道施工。
本橋地處珠江三角洲平原區(qū)，地形平坦，主要經(jīng)過(guò)洪屋渦水道及蕉園。橋址上覆第四系人工填筑土、全新統(tǒng)海陸交互相沉積層（淤泥、淤泥質(zhì)土、沙層）、第四系下更新統(tǒng)河流沖洪積相沉積層（粉質(zhì)粘土、沙層），第四系殘積層（粉質(zhì)粘土）、下伏基巖為下第三系泥巖、泥灰?guī)r。不良地質(zhì)為液化土<2－5>粉細(xì)砂。液化砂土層<2－5>層分部于大里程一側(cè)，厚4～5m，埋深一般約為3～7m。特殊巖土為軟土（<2－2>），<2－2>層埋深一般約為0～10m，厚度5～17m，對(duì)樁周摩阻力有較大影響。橋區(qū)覆蓋層一般厚18～25m；厚薄不均，全風(fēng)化基巖層缺失，強(qiáng)風(fēng)化基巖4～8m，弱風(fēng)化基巖埋深24～27m；基巖風(fēng)化層遇水易軟化，基底為緩傾斜巖層，基底穩(wěn)定。
橋址區(qū)域基本上一年四季都會(huì)發(fā)生較大的風(fēng)速，受珠江潮汐的影響，每天有3～4m的波動(dòng)。潮汐屬于不正規(guī)半日混合潮，漲潮和落潮歷時(shí)不等，平均潮差為2.5m。其水上灌注樁施工質(zhì)量除受地質(zhì)因素影響外，還受風(fēng)速、水流、潮汐的影響，而潮汐對(duì)施工的影響尤其嚴(yán)重。其潮汐變化高差給水上樁基施工帶來(lái)極大的破壞力，如果采取處理措施不適當(dāng)，施工過(guò)程中容易發(fā)生錨繩斷裂、鋼護(hù)筒沖歪、鉆孔漏漿塌孔等事故，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。為保證洪屋渦大橋灌注樁施工質(zhì)量，現(xiàn)就如何處理潮汐給施工帶來(lái)的影響進(jìn)行分析與討論，并提出其解決方法。
2 潮汐對(duì)施工準(zhǔn)備的影響
洪屋渦大橋水上灌注樁施工準(zhǔn)備工作包括水上施工平臺(tái)的安裝、定位、插打鋼護(hù)筒。其中潮汐對(duì)施工平臺(tái)、鋼護(hù)筒影響較大，因此，施工準(zhǔn)備過(guò)程中對(duì)施工平臺(tái)的平穩(wěn)控制和插打鋼護(hù)筒要求較嚴(yán)。
2.1 水上施工平臺(tái)的平穩(wěn)控制
水上施工平臺(tái)一般由浮箱、拼裝船與固定、活動(dòng)梁聯(lián)結(jié)而成，當(dāng)潮汐變化大、流速超過(guò)2m/s時(shí)，水上施工平臺(tái)的橫向平衡措施已不能滿足穩(wěn)定要求，自備的錨重量不夠，必須增加大錨，防止走錨，并且在施工平臺(tái)的豎向（流水方向）增加錨重以防潮汐影響施工平臺(tái)的平衡和穩(wěn)定。
2.2 鋼護(hù)筒的插打
插打鋼護(hù)筒時(shí)，應(yīng)控制好護(hù)筒埋設(shè)的頂端和底端深度?？刂谱o(hù)筒頂端高度的目的是為了提高孔內(nèi)水位，形成水頭(孔內(nèi)與潮水位之差)，保持孔壁穩(wěn)定。護(hù)筒的頂端應(yīng)高出漲潮時(shí)的最高水位1.5~2.0m以上，并采取穩(wěn)定護(hù)筒水頭的措施。防止水頭波動(dòng)過(guò)大，影響孔壁完整；控制護(hù)筒底端埋設(shè)深度主要是防止護(hù)筒內(nèi)水位較高時(shí)，護(hù)筒腳出現(xiàn)冒水，同時(shí)防止在松軟的土層中塌孔，減少潮汐變化帶來(lái)的影響。就孔壁穩(wěn)定性而言，當(dāng)孔壁土受到土壓力和水壓力同時(shí)作業(yè)時(shí)，由于地層的環(huán)箍效應(yīng)，減小了把孔壁土推向鉆孔中心的徑向壓力，而環(huán)箍效應(yīng)作用由地層土的抗剪強(qiáng)度所決定，在松軟地層中，地層的環(huán)箍效應(yīng)作用小，所以其他層的孔壁土受到徑向壓力就大，再加上受潮汐變化的影響，其孔壁的支護(hù)應(yīng)力變化大，鉆進(jìn)過(guò)程中很易造成塌孔埋鉆事故。因此，當(dāng)?shù)貙訛檐浲?、淤泥、砂土等巖土層時(shí)，應(yīng)盡可能使護(hù)筒底穿越其土層至少大于3m，以減少潮汐的影響。對(duì)有沖刷影響的河床，護(hù)筒底端應(yīng)埋入局部沖刷線以下不少于1.0~1.5m。并在施工過(guò)程中，隨時(shí)測(cè)量河床的沖刷變化情況，以便及時(shí)在護(hù)筒外側(cè)拋填片石，增強(qiáng)護(hù)筒抗潮汐能力。
3 潮汐對(duì)成孔工藝的影響
灌注樁水上施工，潮汐對(duì)成孔過(guò)程影響最為突出。當(dāng)潮汐到來(lái)時(shí)，會(huì)造成鉆孔的反向滲漏，當(dāng)潮汐退后，鉆孔內(nèi)泥漿面下降，漏失量增大，很易造成塌孔并埋鉆。為避免這種事故發(fā)生，施工過(guò)程中主要通過(guò)選擇成孔工藝，控制水頭高度和泥漿指標(biāo)這三個(gè)因素來(lái)采取措施。
3.1 選擇恰當(dāng)?shù)某煽坠に?
灌注樁施工中，成孔工藝比較普遍的有兩種：正循環(huán)與反循環(huán)。反循環(huán)與傳統(tǒng)的正循環(huán)施工相比較，具有鉆進(jìn)速度快、排渣效果好、清孔效果好等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)潮汐的變化情況，合理變換成孔方法，可以有效消除潮汐給鉆進(jìn)帶來(lái)的影響，并保證工期。當(dāng)潮汐到來(lái)時(shí)，水面水位升高，造成鉆孔的反向滲漏，如果在此時(shí)使用反循壞鉆進(jìn)，將會(huì)進(jìn)一步加劇鉆孔反向滲漏，影響鉆進(jìn)。因此，在潮汐高潮時(shí)應(yīng)采用正循環(huán)鉆進(jìn)，以減輕反向滲漏的程度。而在退潮時(shí)，水面水位下降，會(huì)造成鉆孔的正向滲漏，此時(shí)應(yīng)采用反循環(huán)鉆進(jìn)，以減輕正向滲漏的程度。對(duì)潮汐穩(wěn)定期（平潮時(shí)），宜采用反循環(huán)鉆進(jìn)，可有效提高鉆進(jìn)效率，縮短成孔時(shí)間。
3.2 穩(wěn)定護(hù)筒水頭差
鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)進(jìn)尺深度、地層情況、水面水位變化情況有效地控制泥漿的液面高度。當(dāng)潮汐變化時(shí)，一般將泥漿面保持高于水面的一定高度上（一般1.0~1.5m），穩(wěn)定護(hù)筒水頭，維持孔壁的穩(wěn)定性成施工關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。如地層存在砂夾卵石等透水層時(shí)，應(yīng)將護(hù)筒水頭適當(dāng)降低。因?yàn)榇藭r(shí)如提高水頭，雖然對(duì)不透水層有利，但對(duì)于透水地層的孔壁，將會(huì)產(chǎn)生比支護(hù)應(yīng)力大得多的滲漏壓力，水頭越高，滲漏壓力越大，漏漿量就越大?？妆诜€(wěn)定性越差，較易造成塌孔事故，因此施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整控制泥漿液面。
3.3 調(diào)整泥漿指標(biāo)
泥漿指標(biāo)主要關(guān)注泥漿比重和膠體率，其中膠體率尤其重要，通過(guò)泥漿指標(biāo)的調(diào)整，可以有效減輕潮汐對(duì)孔壁穩(wěn)定性的影響。鉆進(jìn)過(guò)程中，正確掌握好潮汐到達(dá)的時(shí)間和潮高，潮汐到達(dá)時(shí)，及時(shí)提鉆、停鉆，根據(jù)潮高變化情況及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)漿，適當(dāng)加大泥漿的密度和粘度可有效地防止塌孔，同時(shí)保持一定的水頭高度，并注意觀察孔內(nèi)泥漿面，隨時(shí)檢測(cè)泥漿指標(biāo)，進(jìn)行調(diào)整。潮汐退時(shí)，如漿液漏失嚴(yán)重，可通過(guò)向漏水層投適量泥球進(jìn)行堵漏的補(bǔ)救措施。
4 潮汐對(duì)砼灌注的影響
4.1 砼澆注的準(zhǔn)備
水下砼澆注準(zhǔn)備工作要充足，電力系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)要認(rèn)真檢查，確保其正常。應(yīng)備有后備灌注砼設(shè)施，以防不測(cè)事故發(fā)生時(shí)，能連續(xù)灌注作業(yè)，以免遭受到潮汐的影響而造成斷樁事故的發(fā)生。
4.2 砼澆注
水下砼灌注應(yīng)選擇潮汐的間歇期進(jìn)行，在砼灌注的過(guò)程，如因意外事故發(fā)生導(dǎo)致灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，遇上漲潮時(shí)，就要被迫中斷灌注，極易造成斷樁事故。因此，除選擇在潮汐的間歇期進(jìn)行水下砼灌注施工外，還應(yīng)防止意外事故的發(fā)生，盡可能提高灌注砼效率，縮短灌注時(shí)間。
5 結(jié)語(yǔ)
洪屋渦大橋水上灌注樁施工完后，經(jīng)檢測(cè)全部為Ⅰ類樁，表明以下施工方法是成功的：
5.1穩(wěn)固水上施工平臺(tái)，適當(dāng)?shù)匿撟o(hù)筒頂端高度和底端埋設(shè)深度是施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
5.2 適當(dāng)采用反循環(huán)施工工藝可以提高鉆進(jìn)效率，并縮短成孔時(shí)間。
5.3 根據(jù)潮汐變化，合理選擇正、反循環(huán)成孔方法，可以有效減輕和消除潮汐給鉆進(jìn)帶來(lái)的嚴(yán)重影響。
5.4 采取適當(dāng)處理措施，可以克服潮汐給灌注樁水上施工帶來(lái)的影響，保證成樁質(zhì)量并能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 JTJ041-20 00[S]. 北京：人民交通出版社，2000.
[2] 交通部第一公路工程總公司. 橋涵[M]. 北京：人民交通出版社，2000.
作者簡(jiǎn)介：
吳智慧（1977―），女，路橋工程師，主要從事施工技術(shù)工作。
