馬寧特大橋深水鉆孔灌注樁施工技術(shù)的探討
2017-09-04
1 工程概況
馬寧特大橋是佛山市北�至均安公路主干線高贊至均安南沙段二標關(guān)鍵控制工程項目，為佛山市干線公路網(wǎng)中規(guī)劃“縱五”公路主干線的一部分。全長1707米，橋梁下部結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、高樁承臺、空心薄壁墩，上部結(jié)構(gòu)及跨徑組合為：16×30m[簡支轉(zhuǎn)連續(xù)小箱梁]＋3×50m[現(xiàn)澆連續(xù)箱梁]＋（76＋2×130＋76）m[續(xù)剛構(gòu)]＋3×50m[現(xiàn)澆連續(xù)箱梁]＋17×30m[簡支轉(zhuǎn)連續(xù)小箱梁]。主橋上跨容桂水道，為廣東省一級通航航道，橋位處水面寬約400m，水深10m～23m，三個主墩20#、21#、22#均為20m左右的深水樁基。
主橋主墩左右幅分開設(shè)置，每幅墩布置有6根D220鉆孔灌注樁，樁頂標高0.2m、樁長45m～47m，為嵌巖樁，樁底嵌入微風(fēng)化巖不小于5m。
2 施工方案及工藝研究
主墩水中樁基采取在墩位處搭建鋼平臺的方式施工，按照棧橋及平臺設(shè)計圖，于墩位處搭建平臺，將20#墩平臺與北岸相聯(lián)、將21#、22#墩平臺與南岸相聯(lián)，預(yù)留20#至21#墩間水道通航，每個平臺上布置2～3臺沖孔樁機進行鉆孔樁施工，鋼筋籠在岸上集中制作、用駁船運至樁位處、用50噸浮吊起吊安裝。鉆孔灌注樁施工流程如圖1所示。
2.1 施工場地準備
施工前應(yīng)將場地平整好，以便安裝鉆機進行鉆孔。在場地平整好后，按照設(shè)計圖紙利用全站儀測放各鉆孔灌注樁樁孔位置，并在樁周設(shè)置護樁。
2.2 鋼護筒定位沉放
2.2.1 施工流程
平臺搭建后，于平臺上加工制作鋼護筒定位導(dǎo)向架，用50噸浮吊起吊鋼護筒置于導(dǎo)向架內(nèi)，用振動錘振動下沉。
2.1.2 振動錘選擇
按激振力(P)大于土的動摩阻力(R)減去鋼護筒與振動錘自重(G)的和進行計算分析（即P>R-G），確定選擇BDH-25型振動錘。
2.2.3 導(dǎo)向架制作與安裝
導(dǎo)向架上下層導(dǎo)向之間的間距不小于5m，具有足夠的剛度，在測量人員的指揮下，將導(dǎo)向架安裝在平臺上，并以電焊固定。
2.2.4 鋼護筒下沉
鋼護筒全長35m，于岸灘加工，上船運至樁位處，以50噸浮吊起吊送入導(dǎo)向架內(nèi)，使其自由下沉，起吊船脫鉤，起吊船吊起振動錘至鋼護頂口，校正鋼護平面位置和垂直度符合要求后起振下沉。
鋼護筒下沉至上層導(dǎo)向口時停振，拆除上層導(dǎo)向口，再次振動下沉至下層導(dǎo)向口，拆除導(dǎo)向架，繼續(xù)振動下沉直至設(shè)計標高處，并再次測量復(fù)核護筒位置。
2.3 鉆孔灌注樁成孔
2.3.1 鉆機選型
由于鋼護筒入河床深度達14m，可有效抵抗鋼護筒處局部沖刷，且入粘土層有1m，做好沖孔時泥漿制備與循環(huán)，可保證護筒底不至塌孔。根據(jù)在珠三角地區(qū)鉆孔灌注樁施工經(jīng)驗，選擇沖擊成孔鉆機進行樁基施工。
2.3.2 鉆孔編號與施工順序
各墩樁基編號詳如圖2所示，每墩布置3臺沖孔鉆機，按先左幅后右幅進行施工，各墩單幅樁基施工時，首輪三臺樁機分別對Z20-1、Z20-4、Z20-5三根樁進行施工，而后再對Z20-2、Z20-3、Z20-6樁 基進行施工，其它各幅樁基施工順序同此進行。
2.3.3 泥漿制備及循環(huán)
鉆孔施工前首先在泥漿船上采用泥漿攪拌機攪拌膨潤土泥漿,泥漿純攪拌時間不得少于3分鐘,新制泥漿經(jīng)膨化24小時后方可使用,達到要求的泥漿利用3PNL泵泵送至鋼護筒內(nèi),當鋼護筒內(nèi)泥漿性能滿足施工要求后即可開孔沖進。
選用膨潤土、分散劑、降失水增粘劑和聚丙烯酰氨等制漿材料制備符合表1所要求。
采用泥漿凈化器進行除渣處理后的泥漿,滿足指標要求的可進行重復(fù)利用,經(jīng)多次重復(fù)使用的泥漿,如果指標降低,應(yīng)采取措施進行調(diào)整,嚴重超標的應(yīng)廢棄更換。進行泥漿消耗量統(tǒng)計,測試出單根樁和每立方米成孔工程量的泥漿消耗量,以便更準確的為鉆孔施工準備泥漿。
以鄰近鋼護筒作泥漿池，將待鉆孔鋼護筒與相鄰鋼護筒通過鋼板制作的流槽相連，在作泥漿池的鋼護筒內(nèi)安裝泥漿泵，將泥漿抽入待鉆孔鋼護筒內(nèi)，鉆孔內(nèi)的泥漿經(jīng)流槽流入相鄰鋼護筒內(nèi)如此形成泥漿循環(huán)。
在泥漿流槽處安置存渣平臺，沖孔進行中，安排專人在泥漿流槽內(nèi)撈取鉆渣，將鉆渣存在平臺上，待到一定量時再轉(zhuǎn)入泥漿船上，從各孔內(nèi)鉆出來的鉆渣必須經(jīng)運輸船運到指定地點處理。
2.3.4 鉆機安裝、調(diào)試及移位
鉆機經(jīng)船泊運至樁位處，用浮吊起吊安置在鋼平臺上，經(jīng)測量、對中、調(diào)平后，將鉆機固定在平臺上。
在平臺上放出樁中心護樁，鉆孔過程中，每間隔一定時間要進行校核，發(fā)現(xiàn)偏位立即糾正。
2.3.5 鉆進成孔
主墩樁基處，表層河床均為砂層，鉆進前須在鋼護筒內(nèi)注滿符合指標的泥漿，以小沖程沖進，隨著進尺不斷檢查泥漿指標，當泥漿指標不符合要求時，要及時調(diào)整。
當鉆進在鋼護筒內(nèi)進行時，要經(jīng)常校正鋼絲繩中心與樁中心偏差，及時糾正，防止沖錘碰撞鋼護筒。
沖孔中要注意渣樣的撈取，一般地質(zhì)每進尺一米要取一次渣樣留存，在進入不同地層交界處附近時要加大取樣頻率，通過渣樣與地質(zhì)勘探資料比對，繪制實際地質(zhì)柱狀圖。尤其要加強接近進入弱風(fēng)化或微風(fēng)化巖時的取樣工作，一旦進入弱風(fēng)化或微風(fēng)化巖，要及時通知監(jiān)理工程師現(xiàn)場核實，并報設(shè)計單位，以共同確定樁基入巖深度，為下一步終孔提供依據(jù)。
2.3.6 清孔
孔深達到設(shè)計標高，孔徑、豎直度符合設(shè)計及技術(shù)規(guī)范要求。終孔后立即進行清孔，清孔時以低稠度泥漿逐漸替換孔內(nèi)泥漿，同時使用濾砂器，并以人工配合清除泥漿內(nèi)巖渣，并確保清孔后泥漿性能符合表2。
2.4 鋼筋籠制作與安裝
主墩各樁基單根鋼筋籠總重25噸左右，鋼筋籠主筋由80根HRB400φ28mm鋼筋構(gòu)成，并且每二根沿縱向間隔180cm點焊成一束。鋼筋籠螺旋筋為HRB400φ12mm。主筋可采用搭接焊、綁條焊、直螺紋連接、機械連接，但不論采用哪種方式都要符合技術(shù)規(guī)范要求。每個斷面的接頭數(shù)量不大于50%，相鄰斷面間距不小于150cm，在鋼筋籠主筋數(shù)量發(fā)生改變的斷面上下各150cm范圍內(nèi)避免出現(xiàn)接頭。
鋼筋籠經(jīng)船運至孔位處，用浮吊起吊，按從底節(jié)到頂節(jié)的順序逐一接長，在鋼護筒兩側(cè)堆碼砂包，砂包高出護筒10cm，砂包頂橫置一條28號槽鋼，先將底節(jié)鋼筋籠放入孔內(nèi)，用兩根鋼扁擔(dān)將底節(jié)鋼筋籠擱置在槽鋼上，再吊起上一節(jié)鋼筋籠，緩慢下放并通過人工轉(zhuǎn)動使之與孔內(nèi)鋼筋籠主筋對齊，然后逐一連接，連接完成后連同底節(jié)鋼筋籠吊起，取出鋼扁擔(dān)，將鋼筋籠下放，如上法連接各節(jié)鋼筋籠。鋼筋籠是懸吊在孔內(nèi)，鋼筋籠底距孔底20cm，為保證鋼筋籠在孔內(nèi)居中，除在鋼筋籠周圍安裝有定位鋼筋外，在鋼筋籠頂部加筋箍四周對稱焊8根φ28mm鋼筋，使之支撐在鋼護筒壁上。
2.5 水下混凝土施工
2.5.1 灌注混凝土
水下混凝土灌注是鉆孔灌注樁的主要工序，也是影響樁身質(zhì)量的關(guān)鍵，要通過試配確定滿足強度、和易性、流動性及膠凝等要求的混凝土配合比,灌注前要仔細測量沉渣，只有沉渣厚度滿足設(shè)計及規(guī)范要求時，才能進行灌注施工。
導(dǎo)管采用壁厚12mm、內(nèi)徑280mm的無縫鋼管，螺紋連接，且導(dǎo)管須經(jīng)水密試驗驗證不漏水，考慮擴孔因素，主墩單根鉆孔灌注樁混凝土方量約200m3，采用泵送混凝土灌注，預(yù)計灌注時間7小時。
經(jīng)計算首盤混凝土方量10m3，為避免首盤混凝土灌注時孔內(nèi)泥漿上涌，污染江水，灌注前將孔內(nèi)泥將抽出15m3左右。
采用剪球法灌注水下混凝土，用雙層編織袋包裹混凝土、用8mm鐵絲捆綁牢固，成圓球形，外徑比導(dǎo)管內(nèi)徑略小，空隙用編織袋堵塞，阻水球安置在導(dǎo)管口下30cm左右，鐵絲綁扎在上方吊鉤上，與導(dǎo)管口同軸。
利用沖孔樁機卷楊機提起灌漿斗，將灌漿斗與導(dǎo)管相連，連同灌漿斗與導(dǎo)管一起放入孔內(nèi)，確認導(dǎo)管底接觸孔底，做好標記，再將導(dǎo)管提高40cm，拉緊卷楊機手剎。
將儲料斗安置在灌漿斗一側(cè)，出料口對準灌漿斗，先將混凝土注滿儲料斗，再注滿灌漿斗，用鋼絲鉗剪斷阻水球鐵絲，待灌漿斗內(nèi)混凝土面下降1/3時打開儲料斗出料口閘門，使儲料斗內(nèi)混凝土快速流入灌漿斗內(nèi)，并連續(xù)不間斷地灌入孔內(nèi)。
灌注過程中，導(dǎo)管埋深不大于6m，每次拆管后導(dǎo)管埋深不小于3m，以確保導(dǎo)管不至被拔出混凝土面。
主墩鉆孔灌注樁頂設(shè)計標高位于承臺底面上20cm，為保證樁頂質(zhì)量，混凝土灌注高度要高出樁頂設(shè)計面不小于150cm。
平臺上灌注混凝土示意圖如圖3所示。
2.5.2 水下混凝土灌注過程中應(yīng)注意的問題
?。?）混凝土灌注前，料場合格的砂、碎石、水泥、外加劑等材料不少于設(shè)計用量的2倍。
?。?）對混凝土拌合機械、輸送泵進行檢查、維護，保持性能良好。
?。?）嚴格控制進行儲料斗內(nèi)混凝土的坍落度，坍落度太小，混凝土流動性差，易造成堵管。坍落度太大，混凝土易泌水離析，也會造成堵管。
?。?）嚴格按設(shè)計配合比投放外加劑，避免混凝土提前初凝造成堵管。
（5）灌注過程中，應(yīng)不時上下緩慢提升導(dǎo)管，避免導(dǎo)管埋置太深混凝土初凝后提不動或混凝土假凝而堵管。
?。?）供電設(shè)備、混凝土拌合設(shè)備和泵送設(shè)備必須是雙套，防止機械故障造成斷樁。
結(jié)語
鉆孔灌注樁技術(shù)以其適應(yīng)強、抗震性能好、操作方便、施工安全等優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用于跨徑橋梁建設(shè)工程中。然而，鉆孔灌注樁施工工序繁多，隱蔽性強，且大多在水下施工，這進一步增加了鉆孔灌注樁施工的難度。因此，對鉆孔灌注樁的施工工藝要求和質(zhì)量控制顯得尤為重要。
參考文獻
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