沖擊鉆孔咬合樁圍堰在深水基礎中的施工技術

尹智勇

1 工程概況

達成鐵路擴能改造工程成遂段九龍灘沱江大橋,全長377.18 m,基礎形式有明挖擴大基礎,挖井基礎,樁基礎,孔跨布置為(2×24+1×32)預應力混凝土現澆簡支箱梁+(68+120+68)預應力混凝土連續箱梁+(1×24)預應力混凝土簡支箱梁。5號墩,6號墩是連續梁主墩位于水中,其中5號墩基礎設計為直徑11 m,高13.5 m挖井基礎,基礎頂面位于水面以下6 m,一側靠近岸邊運營公路僅2.7 m,河床覆蓋層約1 m,其下為強風化及弱風化泥巖,巖面與水平面夾角約為17°(見圖 1)。

2 方案比選

2.1 鋼筋混凝土圍堰

設計開挖防護采用鋼筋混凝土圍堰,圍堰內徑為15 m,先在墩位處筑島,然后在島上制作鋼筋混凝土圍堰,分節制作及下沉,直至嵌入巖層2 m。鋼筋混凝土圍巖制作、下沉周期長;并且墩位處位于坡地上,巖床實際標高由于覆蓋層泥土不好確定,不能根據實際情況制作異形刃腳;在圍堰下沉過程中孤石、樹根等都將給圍堰下沉帶來實際困難;圍堰勘巖爆破也容易造成圍堰刃腳破損;基坑開挖后,圍堰內滲水量大小無法把握。

2.2 鋼圍堰

鋼圍堰能有效減短制作周期,刃腳強度也能有效保證,但其他鋼筋混凝土圍堰施工存在的問題鋼圍堰也無法有效克服。

2.3 帷幕注漿

帷幕注漿不但對水庫水質造成污染,且注漿工藝難以把握注漿擴散范圍,客觀造成開挖后注漿范圍內受力不均勻,在水位差有17 m的情況下,存在很大的安全風險。

2.4 沖擊咬合樁圍堰

沖擊咬合樁圍堰地質適應性強,工程造價較低,施工速度快,對場地要求低,特別是在抗滲漏水,對墩位旁既有公路穩定的保護上具有優勢,需要注意的是控制鉆孔泥漿對水庫的污染。

3 施工工藝原理

鉆孔咬合樁是采用機械鉆孔施工,使樁與樁之間相互咬合排列的一種基坑圍護結構,如圖2所示。為便于切割施工并考慮結構穩定,樁的排列方式設計為一個素混凝土樁(A樁)和一個鋼筋混凝土樁(B樁)間隔布置。一般咬合樁施工先施工A樁后施工B樁,利用鉆頭沖擊的能力切割掉相鄰A樁相交部分混凝土,實現咬合。為保證沖擊位置準確,受力均勻,先將A樁全部施工完畢,再間隔施工B樁,如圖3所示。

施工順序:

第一步:A1→A2→A3→A4……

第二步:B1→B3→B5→B7……

第三步:B2→B6→B10……

第四步:B4→B8→B12……

4 沖擊鉆孔咬合樁圍堰施工

4.1 地基處理

地基處理對施工場地進行平整,清除地表附著物,探明移除地下及空中管線,尤其應對鉆機施工位置進行加固,必須確保鉆機成孔過程中不因地基軟弱影響孔位準確及成孔的垂直度。

4.2 測量放線

根據計算確定樁位布置,施工中采用環形閉合布置,鉆孔灌注樁采用1.25 m樁徑,相鄰樁之間咬合厚度20 cm,通過放樣精確定位。

4.3 埋設護筒

根據放樣位置準確埋設護筒,施工素混凝土樁時護筒埋測2 m(成樁樁頂在筑島平面下1 m),施工 B樁時護筒長1 m,置于兩素混凝土樁樁頂之上,護筒采用6 mm厚鋼板卷制而成,護筒中心必須與設計樁位中心一致,精確度控制在5 mm以內。

4.4 就位鉆進

護筒埋設好后,鉆機就位,鉆機采用普通沖擊型鉆機,沖擊高度控制在3 m以下,每分鐘沖擊6次～8次,泥巖層平均鉆進速度9 cm/h～12 cm/h,砂巖層平均鉆進速度 8 cm/h～9 cm/h。鉆孔過程中需對成孔垂直度采用全過程監控,施工中采用全站儀檢測,確保成孔精度在3‰以內。

4.5 灌注混凝土

鉆孔到位后再次檢查孔位準確度及成孔垂直度,不符合時采取局部切削措施保證咬合厚度,合格后有鋼筋籠時分節吊裝鋼筋籠,水下灌注混凝土。圍堰中心開挖泥漿池,通過水溝連接,禁止直接排入水庫。

4.6 基坑開挖

圍堰內筑島部分和河床覆蓋層采用長臂挖機出渣,進入巖層部分采用淺臺階控制爆破,注意爆破后碎石粒徑,方便長臂挖機出渣。開挖至基礎底部,應根據滲流水量大小就近布置集水井,方便下步施工。

4.7 圍堰加固

為保證5號墩旁既有公路交通安全和基礎施工人員安全,在鉆孔咬合樁圍堰頂和5號墩基礎底面各設一道圈梁,圈梁施工時暫時停止開挖基礎作業。樁頭和底部圈梁具體尺寸如圖4所示。

5 結語

九龍灘沱江大橋5號墩挖井基礎采用沖擊鉆孔咬合樁取得了成功,鉆孔樁平均樁長15 m(入巖3 m),開挖后滲水量極少,并保證了公路運營及施工安全,體會如下:

1)沖擊鉆孔咬合樁對樁位及垂直度要求較高,需使用全站儀全程監控鉆頭的垂直度,同時保證鉆機在鉆進過程中不發生位移。2)開挖基床巖石部分應控制爆破后巖石粒徑,以便提高長臂挖機效率。3)鉆孔咬合樁作為基坑圍護的支擋結構,在工程實踐中有著越來越廣泛的應用,傳統的沖擊成孔鉆孔灌注樁引入到咬合樁施工,咬合樁深度不宜超過20 m,超過20 m后對施工設備套管鉆機及混凝土緩凝有較高的要求。

[1] 徐成宇.粉噴樁水泥土圍堰施工技術[J].山西建筑,2008,34(13):106-107.