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
?。?）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)，設計長度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樁徑為橋臺樁），上部構(gòu)造為20～40m預應力T梁。
?。?）橋址范圍內(nèi)原為河道，兩側(cè)橋臺位于崗丘，東橋臺山體坡度約150～200，地形較平緩，覆蓋層較薄，西橋臺山體斜坡中部，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高在60m～62m間，洪水期水位可達64m標高。
?。?）區(qū)內(nèi)地層依次為粉質(zhì)粘土、園礫土、卵石土、塊石、全風化粉砂巖、強風化礫巖、中風化礫巖，樁尖持力層進入中風化礫巖。
2.工程施工難點
2.1施工棧橋與平臺的搭設。工程地質(zhì)勘察時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。設計的樁徑較大，施工機具及配套設施相應也較復雜，這給施工便橋與作業(yè)平臺的搭設帶來較大難度。
2.2鋼護筒下置困難。因水深、樁徑大，所用鋼護筒必然大且長，其制作、運輸和安裝有一定的難度。樁位布置為排架樁型，對鋼護筒就位偏差要求高。其地形東面較為平緩，覆蓋層薄，護筒埋深淺；西面較陡，坡度最大處在400～500之間，部分湖床基巖裸露，護筒下置困難且無覆蓋層，施工過程中極易造成護筒底漏漿和串孔。特殊情況下水下對接鋼護筒，滿足密封和沖擊鉆孔過程中的抗振動要求，也是施工的又一難點。
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)
針對以上施工難點，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)平臺的搭設。
（1）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為施工通道，鉆機施工平臺采用了鋼平臺方案。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輸成型鋼護筒和鋼筋籠的需要；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為一標準跨，保證其穩(wěn)定性。樁頂墊梁采用2I25a工字鋼，其上縱向鋪設貝雷桁架做主梁，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I22a工字鋼作橫向分配梁，間距0.75m；其上縱向鋪設I12.6工字鋼作縱向分配梁，間距30cm；頂面鋪設厚8mm鋼板作橋面板。
?。?）鉆機平臺為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，其上橫橋向鋪設貝雷桁架做主梁；貝雷桁架頂部縱向布設I28a工字鋼作分配梁，間距0.75m；頂面鋪設厚8mm鋼板作橋面板，因水中墩左、右幅的樁徑不同，每個平臺布設兩臺沖擊鉆機同時施工。水上作業(yè)平面布置及棧橋斷面如圖1、圖2所示。
圖1棧橋與平臺平面布置示意 圖2A-A棧橋斷面 （3）重型鋼棧橋和鋼平臺所用鋼管樁的插打深度、承載力均以滿足鋼棧橋和鋼平臺的穩(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。在無覆蓋層的地段利用船舶上安放潛孔鉆，對應橋墩位置，均勻布置若干個150mm～180mm的孔，鉆孔深1.0m以上，預埋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水中鋼護筒的下置。在平臺施工結(jié)束后，利用全站儀放出每根樁的準確位置并做出標記。鋼護筒的內(nèi)徑定為樁徑+20cm，鋼護筒采用壁厚為14mm的鋼板，用卷板機卷制，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長的加強板，以最長焊接9m長的鋼護筒為一節(jié)，采用50T汽車吊進行吊裝。為保證鋼護筒的平面偏差及垂直度滿足規(guī)范及設計要求，利用重力原理兩點定線，即在搭設完畢的施工平臺上焊制框架式導向架，導向架為上下二層正方形井字架，井字架中心為樁位中心，導向架采用I40的工字鋼制作，上層導向架焊制在施工平臺上，下層導向架則低于施工平臺頂面4m以上，導向架內(nèi)部預留4cm的空間作為鋼護筒的下放空間。鋼護筒的安裝，首先利用吊車在施工平臺上將第一節(jié)鋼護筒提升，順導向架下放，利用上層導向架固定鋼護筒于中心位置，待第一節(jié)鋼護筒穩(wěn)定后，進行第二節(jié)的焊接，為保證鋼護筒中心與樁中心一致，第一節(jié)的鋼護筒可以焊接固定在上層導向架，焊接完成后進行整節(jié)鋼護筒的下放，如仍不能滿足要求，則進行第三節(jié)鋼護筒的焊接，依此類推，當鋼護筒下放至河床穩(wěn)定后，測量護筒中心，調(diào)整無誤后先用120KW振動錘振動下沉，鋼護筒頂標高控制在不小于設計樁頂標高1m范圍，鋼護筒振動到位后，使用全站儀及坡度尺檢查并確認平面偏差及垂直度，割除多余鋼護筒。
3.3沖擊鉆孔成樁施工。
?。?）鋼護筒安放就緒后，同一平臺安裝兩臺機組以完成兩種不同樁徑的鉆孔。為做到互不干擾，同時預留進出的通道，兩機組均以垂直與橋中心軸線間隔擺放。受平臺場地限制，我們將泥漿循環(huán)系統(tǒng)安放在平臺的下方，利用安放鋼護筒時的第二層導向架為依托，設置泥漿循環(huán)溝槽和二層簡易平臺，取一節(jié)高1.5m的鋼護筒做循環(huán)池自然懸浮于水面上，并用28mm鋼絲繩吊掛在平臺固定。泥漿的循環(huán)采用渦流泵從護筒內(nèi)將泥漿抽上經(jīng)簡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）鋼護筒下置完后根據(jù)護筒空段長度倒入一定的粘土，然后開鉆施工。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，起到護壁、固壁作用，防止坍孔。即利用護筒內(nèi)的渦流泵根據(jù)孔內(nèi)外的壓力差調(diào)節(jié)護筒內(nèi)的泥漿液面，實現(xiàn)液壓平衡鉆進。穿過護筒后孔內(nèi)泥漿漏失量大時，則下入導管，灌注適量的水下混凝土并用鉆錘搗實后回填一定量的造漿粘土，待混凝土凝固48小時以后透孔鉆進，將裂隙充填和松散巖層固結(jié)。
3.3.1護筒底串孔的處理。護筒底發(fā)生串孔、孔內(nèi)泥漿大量漏失時，我們先將鉆孔回填至護筒底50～60cm，下入導管向護筒底灌注水下混凝土，同時用水文測繩在護筒外圍根據(jù)深度變化大小找出串孔位置，補灌適量的水下混凝土，達到堵漏的目的。對18＃墩左幅樁孔，由于基巖完全裸露，我們先將護筒下置在離巖面2m左右位置，用加大的鉆錘清水沖擊鉆進，后下入一根高壓水槍至孔底進行吹洗排渣，反復鉆進排渣多次，使擴孔孔深達2～3m后下置鋼護筒，同時向孔底灌注水下混凝土封堵固結(jié)，其護筒外60～80cm四周由潛水員下潛壘一高1.5m左右的砂袋墻，對護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。
3.3.2巖溶區(qū)鉆進。
（1）施工巖溶區(qū)樁孔時，每當鉆進至溶洞頂板時，盡量降低鉆進沖程，防止因沖程過大，鉆穿頂板時阻力突然變小，瞬時沖力過大產(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)段鉆進時控制鉆進速度，出現(xiàn)倒錘、粘錘等孔內(nèi)異常情況及時提錘停鉆，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，如此反復，直至鉆穿該溶洞。對鉆進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行護壁固結(jié)。即在大溶洞中，因回填的孔段較長，孔壁的穩(wěn)定性相對較差，為防止再一次的坍塌，適量灌入水下混凝土，同時下入鉆錘到孔內(nèi)搗實，待混凝土凝固48小時以后重新鉆進，基本能夠順利通過該段。
?。?）施工至17＃平臺左幅2.5m樁時，湖水水位處在最高位，鉆進時鋼護筒承受的內(nèi)外液壓差相對較大，當鉆頭剛鉆穿護筒底部后，護筒內(nèi)泥漿突然漏失，因孔內(nèi)水位下降過大導致鋼護筒擠壓變形，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筒在距湖床1.5m位置割斷，取出變形鋼護筒，在湖水恢復到常水位時，重新加工一護筒，在其下端做一段長1.5m、直徑比原有直徑大10cm的部分，當該部分罩入水下原有預留護筒50cm左右時，由潛水員在護筒外沿罩入段的四周塞入棉胎止水密封，然后將對接護筒下置到位，為防止護筒外再次漏漿，同時為進一步密封接頭部位，我們沿護筒外1.5m壘一高1.0m左右的砂袋墻，并灌注水下混凝土。通過這種方法處理的兩個樁孔，鉆進過程中均未出現(xiàn)串孔漏漿現(xiàn)象。
?。?）當沖擊成孔達設計孔深后，即進行清孔。清孔時先用除渣篩網(wǎng)將粒徑2mm以上的大粒徑鉆渣排除，安裝旋流除砂器進行進一步除砂（泥漿旋流除砂器如圖3所示），并同時調(diào)整泥漿性能指標至規(guī)范范圍內(nèi)則及時進行鋼筋籠孔內(nèi)安裝與水下砼的灌注工作。
4.結(jié)束語
紅巖潭大橋鉆孔灌注樁，樁徑大、地形條件相對復雜、湖床覆蓋層薄、局部基巖裸露、部分地段巖溶發(fā)育，施工難度相對較大，遇到的困難也多，但通過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。
