淮河特大橋深水樁基施工技術
張成三
六公司汶馬專案部
摘要：以京滬高速鐵路淮河特大橋深水樁基施工為例，重點針對水中工作平臺、鑽孔灌注樁的主要施工方法及質量控制等關鍵技術進行闡述。
關鍵詞：深水 鑽孔灌注樁 施工工藝
京滬高速鐵路為我國在建的第一條高速鐵路，時速達到350km/h，而淮河特大橋主橋是京滬高鐵全線三個工期控制的重點工程之一，全橋長85公里，跨越淮河、懷洪新河、澮河等河流，現以中鐵十五局集團施工的淮河特大橋深水樁基施工為例，重點針對水中工作平臺、鑽孔灌注樁的主要施工方法及質量控制等關鍵技術進行闡述。
1、工程概況
淮河特大橋位於京滬高速鐵路安徽省蚌埠市淮河上,主橋跨越淮河上.全橋長85公里。該段水深約20~40m,河床淤泥覆蓋層厚達10m以上。該墩為深水及高樁承臺基礎,樁基為12根<2.8m大直徑、深嵌巖的鑽孔摩擦 樁,順橋向3排,橫橋向4列,樁距6m,樁長65m,嵌巖深度約50 m。承臺底距水面14m。
橋址河面寬800m,施工水位38 m,最大流速2251 m/s,最大漲落潮差達4.3 m,百年一遇洪水位55.4 m,洪峰流量為18.6 m3/s。地層表層為第四系沉積為主的海陸混合相沉積,以下主要為灰白色、黃色、灰色、灰黑色流塑狀淤泥土,中部夾有粉細砂、圓礫土,大部分地段厚30~50 m,最厚大於80 m。下伏基岩為細砂岩、泥質粉砂岩,強風化-弱風化。
2 總體施工方案
綜合考慮各種因素, 確定搭設水中工作平臺,施工鑽孔樁,拼裝、下沉雙壁鋼吊箱圍堰施工方案。採用駁船運載混凝土、材料及機械裝置至水中工作平臺,樁基鋼筋籠採用130t汽車吊吊放。
3 水中工作平臺施工
水中工作平臺為41.2m×40m,靠下游側設25m×11m臨時碼頭,見圖1。平臺頂標高為6.3m.在35號主墩和樁之間,採用浮吊吊掛振動錘插打鋼管樁,並用槽鋼將鋼管樁聯成整體,再在其上架設工字鋼、加強型貝雷樑、型鋼及鋼板構成起始水中工作平臺。利用水中工作平臺放置鋼護筒定位導向架,浮吊吊掛振動錘插打鋼護筒到位,並用型鋼把鋼護筒與鋼管樁連成整體,形成樁基施工水中工作平臺,見圖2。水中工作平臺按功能分為:臨時碼頭區為駁船運載裝置、材料、人員等提供上下平 臺;輔助作業區為臨時辦公和電力裝置的佈置,還為機具、車輛、起吊裝置、施工人員等提供作業場 地;中心工作區是鋼護筒下沉定位的導向鋪助平臺,可滿足4臺 鑽機同時鑽孔和水下混凝土灌注的要求。
3.1 鋼管樁插打
鋼管樁採用Q235A鋼板在加工廠卷制而成,直徑1000mm,壁厚1mm。製成6 m長的標準節段,由拖車運至臨時碼頭。為保證鋼管樁對接質量,確定在水中打樁只對接一次,第一節樁長36m,第二節長為6 m,第一節在岸邊臨時碼頭分節接好,送到現場。採用交會法控制鋼管樁平面位置,用80t浮吊懸掛120 t振動錘插打施工,鋼管樁打入深度約8m。鋼管樁(兩根以上)到位後,在距樁頂25cm處和水面處分別焊接耳板,再在其上焊[20槽鋼水平連線杆件,並設[20槽鋼剪刀撐,使鋼管樁縱橫向成整體。
3.2 工作平臺搭設
根據設計洪水位確定鋼管樁樁頂標高,測量放線後,切割或接長鋼管樁,使其頂面處於同一水平標高位置。在放置橫樑的樁頂開口處,用焊牛腿予以加固,開口必須水平,再置兩根I45 a工字鋼作橫樑,於上焊加強肋 後架貝雷樑,其上架I28a工字鋼,間距30cm,再鋪10mm的防滑鋼板。臨時碼頭採用在
鋼管樁上鋪兩根 I45a工字鋼作橫樑,於其上鋪I28a工字鋼作縱梁,間距20cm,縱梁上鋪10mm防滑鋼板。並在平臺四周安裝欄杆,照明燈杆和警示燈。
4 鑽孔灌注樁施工
4.1 鋼護筒施工
鋼護筒長42 m,直徑3.2m,壁厚20mm。統一製作,先卷單件,再製成節段,節段長12m。施工用的籠式導向架,比鋼護筒大5 cm,導向架由上下兩層水平正六邊形框架與豎向桁架連線形成。下放鋼護筒前先將導向架垂直沉入水下,再沿導向架埋設鋼護筒,並用全站儀校核鋼護筒的.傾斜度。採用80 t浮吊懸掛160t振動錘進行插打。完成後,採用型鋼把鋼護筒與鋼管樁連成整體,形成水中工作平臺。
4.2 鑽機裝置
對於大直徑、深長、深嵌巖的鑽孔摩擦樁,、結合地質和鑽機效能對鑽孔樁裝置比選結果,採用正迴圈衝擊鑽機成孔方案,選用鑄鋼五瓣實心衝錘,重10~12t。鑽孔平臺佈置4臺衝擊鑽機鑽孔,按樁位交錯進行防止偏載。
4.3 泥漿製備
鑽孔前先用泥漿攪拌機攪拌膨潤土泥漿,再用泥漿泵泵入鋼護筒,當其泥漿效能指標(比重G為1.3~1.8g/cm3)滿足施工要求後開孔鑽進。
4.4 鑽孔施工
檢查鑽機確認裝置良好,做好測量標記及鑽孔記錄準備。開孔前在孔內投放粘土, 並加適量粒徑不大於15 cm 的小片石,頂面整平。開始時採用小衝程開孔,鑽進0.5~ 1.0m後再回填粘土,繼以小衝程衝擊,如此反覆。鑽孔中應據地質情況採用不同衝程, 勤鬆繩,防止空錘,避免鋼絲繩因承受過大荷載而遭受破壞;勤抽碴,使鑽頭能衝擊新鮮地層;勤補漿,以保證鋼護筒內泥漿面高於水面2.0m以上。
4.5 檢查鑽孔和清孔
鑽孔達到設計標高後,對孔徑、孔深、孔位、豎直度和孔底地質情況進行全面檢查。合格後,速用泥漿正迴圈加高壓射風快速清孔,要求含砂率<2%泥漿比重:1.1g/cm3,稠度17~20s。
4.6 鋼筋籠製作與下放
單樁鋼筋籠重約65t,在岸上製作,節長12.0m,運至現場後用130t汽車吊分節下放。主筋採用直螺紋套筒連線,同截面內接頭面積不大於主筋總截面的50% ,相臨接頭間距不小於1.5 m。為檢測成樁質量,在鋼筋籠內側四周均勻設定四根超聲波檢測管。鋼筋籠安裝後,用型鋼將鋼筋籠固定在鋼護筒上,以承受鋼筋籠自重和防止混凝土灌注中鋼筋籠上浮,並確保鋼筋骨架中心與孔中心吻合。
4.7 水下混凝土灌
(1)鋼筋籠到位固定後,立即下放導管。導管採用<mm鋼管,以快速螺紋接頭連線,導管使用前應做水密性試驗和承壓試驗、並保證止水膠墊的完好性。
(2)混凝土導管下沉到位後,進行二次清孔,直至孔底沉碴厚度在0~50 mm 範圍內。
(3)根據配合比和混凝土方量備足砂、碎 石、水泥、粉煤灰和外加劑, 保養好裝置,保證混凝土灌注不間斷。為保證首批混凝土入孔後導管埋入混凝土深度2m以上,應確保儲料斗內首批混凝土初存量不少於15m3。當漏斗內灌滿混凝土後立 即砍球,使混凝土下落, 同時保持儲料斗內混凝土不間斷地通過漏斗導管灌注至水下, 完成首批灌注。
(4)灌注過程中,隨時測量混凝土面的高度,正確計算導管埋深。為確保樁頂混凝土強度,應超灌混凝土1m左右,多餘部分在承臺施工前鑿除。灌注過程中認真記錄混凝土的灌入數量,以核校 所測混凝土的高度是否準確,當確定混凝土的頂面標高到位後,停止灌注,拆除導管。
4.8 施工問題及對策
(1)擴孔、坍孔的處理。在砂層和淤泥質土層中鑽孔易發生擴孔、坍孔事故,在鑽進過程中應根據不同的地層控制鑽進速度,在土層變更位置應採取小衝程鑽進;加強泥漿指標控制,並適時往孔內補充新鮮泥漿,以保證孔壁的穩定。一旦發生擴孔、坍孔事故,分別採取:輕微坍孔時,可增大泥漿黏度及比重穩定孔壁;坍孔較嚴重時, 採取回填粘土、片石或灌注水下混凝土,待穩定後再重新鑽孔。
(2)鋼護筒底漏漿處理。由於覆蓋層下的巖面起伏不平,鋼護筒在插打過程中扭曲變形較大,鋼護筒底容易漏漿,併發生卡鑽事故。由於施工中採取往護筒內投放適量片石和粘土,邊衝邊投等措施。
(3)掉錘的處理。在施工中，因樁較長、衝程過大,鑽桿與鑽頭的連線承受不了扭矩或自重,導致接頭脫落和斷裂,以及因鋼絲繩磨損折斷,導致掉錘發生採 取:鋼絲繩使用一次,全面檢查保養一次;低速鑽孔,嚴禁高速以減小扭矩;發生掉錘時,及時用打撈鉤帶掛,鑽機輕輕向上提拉,避免塌孔。
(4)混凝土堵管的處理。由於樁徑大,樁長,混凝土方量大,混凝土灌注容易堵管。採取:選擇合理的配合比,保證混凝土較好的和易性和穩定性,避擴音前初凝造成堵管;灌注時應及時緩慢地上下提升導管,防止導管埋置過深或混凝土初凝,提不動導管而堵管;一旦堵管,採取在漏斗中裝滿混凝土後快速提升導管,再迅速下放,或少量提升導管再快速下落,通過沖擊疏通導管,但在提升導管時必須保證導管的最小安全埋深。
5 結語
淮河特大橋主墩施工完成後,每根樁基均採用超聲波檢測,並隨機抽取3根樁基進行抽芯 取樣檢測,檢測結果,全部樁均為Ⅰ類樁。證實其施工技術是成功的。
參考文獻:
[1]張鴻,劉先鵬.特大型橋樑深水高樁承臺基礎施工技術[M]. 北京:中國建築工業出版社,2008.