深水區樁基施工水上平臺的設計

胡增云

(浙江省溫州市路港集團有限公司)

1 工程概況

淮陰船閘 D合同段上游引航橋總長度為 230.23m。,墩位于淮陰船閘二線閘、三線閘中間,全橋上部采用 13.06 m預制 T梁 21跨、。全橋下部有兩種不同結構形式,即重力式混凝土墩臺和群樁基礎加鋼筋混凝土承臺的矩形鋼筋混凝土墩臺。本橋施工難點主要是全橋段位于交通流量大、行船密度大的京杭大運河上,不能斷航施工。水下地形復雜,水下障礙物多且不明確,受船閘通航干擾大。引航橋橋墩各有4根Ф1 200 cm(共 24根)的鉆孔灌注樁,鋼筋混凝土承臺尺寸均為 4.80m×4.80m×1.20m,承臺頂面標高為 11.20m(廢黃河基準面),樁身設計長度為 22.00m。群樁地處為陡坡層,坡比 1∶3,土質為砂質粉土,成孔較為復雜。

2 樁基施工平臺的搭設

2.1 浮動平臺的結構形式

樁基施工平臺的設計綜合考慮了墩臺所處的地形、地質、水深、水位的情況,以及能滿足樁基施工要求和能為后續承臺施工提供方便等因素,經方案比選,決定采用浮動式水上鉆孔工作平臺。平臺縱向由兩只浮箱構成,浮箱尺寸為25.00m×3.00m×1.80m,承載力各為 100 t。

在浮箱兩端設置橫向由承載能力各為 10 t的二道貝雷主桁架片組成,貝雷主桁架片固定于兩艘浮箱端面處,同時用[220槽鋼橫跨,與貝雷主桁架片焊接。貝雷主桁架片由水平與斜的∠63×63×8的角鋼固定,確保主桁架片的穩定。鉆孔的平臺工作板采用[220槽鋼鋪筑,形成一個25.00m×12.00m牢固的水上平臺。

2.2 平臺的固定形式

施工過程,要求平臺隨水位的升降過程做上下運動,而不允許任何水平上的變化。平臺固定方案是:在平臺 4個角各用震動打樁機打 1根Φ220、δ=10mm的無縫鋼管,利用浮箱上的型鋼焊成一個井字架卡住鋼管,確保浮動平臺由于水位變化只能整體以 4根無縫鋼管為導軌做上、下運動,限制平臺水平方向的移動,同時為確保施工時減少搖盍,每根無縫鋼管上方各拉兩根人字型的纜風,以確保導軌的豎直度。

3 基礎的施工

根據施工平臺的承載力及墩距,為加快施工進度,在浮動平臺上用兩部鉆機均布于工作平臺上,同時施工。鉆孔樁施工工藝:測量放樣→鉆機準確就位 →埋設鋼護筒 →泥漿系統設置,調制泥漿 → 鉆孔、加工鋼筋籠 →成孔、清孔、檢孔 →鋼筋籠就位、安裝 →灌水下混凝土→樁頭處理 →樁基檢測。

3.1 測量放樣

根據實際地形進行測量放樣。通過導線點的加密,在一、二線閘間導航墻端,三線閘上游導航墻上,一線閘主導航墻上,引測出施工階段控制樁。

按設計部門提供的各墩的樁基中心坐標,采用徠卡ZTS602全站儀進行各樁中心的放樣與恢復。

3.2 鋼護筒加工與埋設

鋼護筒的埋設是施工成敗的關鍵。根據墩位具體地質情況,采用一般常規埋設方案是難于實現的,特別是樁位位于陡坡上且樁位地質為砂質粉土,極容易塌孔,同時為滿足后期鋼套箱施工的要求,經過綜合考慮,采用開挖 +沖擊筑窩的埋置方案,即在樁位處根據鋼套箱安放的位置水下開挖6m×6m的水下平臺,一是為埋設鋼護套,二是為后期安設鋼套箱,同時用Φ1 200mm的鉆頭焊上合金鋼,直徑加大至Φ1 300mm,先沖擊使原各面形成一個直徑約 1 500mm、深度約 2 500mm的孔洞,而后回填粘土,就位鋼護筒。

鋼護筒的頂面標高控制比淮陰船閘上游通航控制水位高 0.80m,同時考慮到水位受水利部門調水的影響升降范圍一般在 2.00m左右,因此在護筒頂部增設一段2.00m高可拆式(帶有法蘭羅)的護筒,2.00m以下的護筒為整體式采用 δ=10mm,A 3普通鋼板卷成直徑 Φ1 350mm護筒。護筒在車間加工后每節高1.80m,共 7節,運到碼頭吊運至浮動平臺上進行拼焊,再由鉆機直接安裝就位。鋼護筒安裝時,在平臺上精確測定護筒位置,安裝導向架,確保其垂直度,將鋼護筒多次駁按下沉,直到鋼護筒的刃腳自然沉入回填粘土內,在護筒頂部墊枕木,用鉆頭輕輕地使其嵌緊于孔洞之中。在鉆孔過程,要特別注意觀察護筒有無變形、內部水頭有何變化。

3.3 泥漿系統設置與泥漿調制

由于受地形和通航條件的限制,泥漿池采用兩艘200 t的鐵質駁船改制而成.本橋墩共配兩部鉆機,設置兩個泥漿池,泥漿池分為沉淀池與貯漿池。清孔一律采用正循環浮渣清孔。

為了提高泥漿的排鉆渣能力,泥漿泵選用上海探礦機械廠生產的 BW-850型產品。

3.4 鉆孔、成孔、清孔、驗孔

本墩的樁基采用直徑為 Φ1 200mm(重量 2.0 t)的鉆頭施工,當孔底標高達到設計標高后,經監理工程師和設計代表確認符合設計要求、同意終孔后,即可進行下一道工序的施工。

清孔:清孔是確保成樁質量的重要一環。清孔時要確保孔底沉渣厚度,循環液中含鉆渣量,循環液的濃度等符合樁孔質量要求。

驗孔:清孔完畢后,采用自制的驗孔器進行驗孔。驗孔器采用 Φ22 mm鋼筋焊制,外徑 1 200 mm,有效長度8 000mm。驗孔時檢查孔徑大小,有無縮徑和有無偏位與傾斜。在各種指標均滿足要求的下,經監理工程師檢查符合設計、規范要求后,可以進行下道工序鋼筋籠的安裝。鋼筋籠在陸地分段制作后,吊至水上工作平臺上堆放,由鉆機分節吊運焊拼安裝固定。

3.5 混凝土運輸罐車的確配備

橋墩樁基的長度約 22.00m,水下混凝土量約 30 m3。為確保混凝土灌注質量,澆筑時間是關鍵。本工程按 4h來控制,由于采取商品混凝土,根據拌合站混凝土與澆灌現場的距離、運輸路途的交通流量、澆灌時間等因素確定。本項目混凝土運輸采用二次轉運才能到達澆灌現場,第一次從拌合站用混凝土運輸罐車運至一號閘上游右側主導航墻需50min,然后轉 300 t鐵船上的混凝土罐內,利用水路運至澆灌現場來回 50min。

3.6 水下混凝土澆筑工藝

鋼筋籠按設計要求安裝后,進行導管的組拼,繼而進行混凝土灌注。

(1)導管要求。

采用 Φ22剛性導管,導管之間的連接采用 Φ12高強螺栓連接。導管使用前要對導管進行除銹、清洗、量長度、編號,使用有序。進行水密性和承壓試驗,并檢驗防水膠墊是否完好,有無老化現象,以保證灌注混凝土過程中不漏水、破裂。

(2)拔球。

導管安裝后控制導管底部與孔底高差約 20 cm,利用導管進行二次清孔,使孔內沉淀度滿足要求。二次清孔后安裝漏斗,漏斗與導管用Φ16高強螺絲連接。在漏斗口涂上黃油,墊上兩層塑料紙后再堵上頂部安有鐵環的 Φ35 cm木球。鐵環連接于 1 t卷揚機的鋼絲繩上,安好木球用Φ40mm的鋼管固定于漏斗上,防止混凝土進入漏斗木球上浮。在安裝漏斗的同時進行儲料斗的安裝。

(3)灌注混凝土。

儲料斗與漏斗混凝土總儲量約 5.3m3,確保了拔球后導管底部埋置深度超過 1.0m的要求。在混凝土灌注過程中,設專人測量混凝土面的標高并記錄,以掌握混凝土面上升速度、判斷灌注過程孔壁的穩定情況,嚴格控制導管埋深在 2～6m范圍,防止發生埋管過深提不起來或埋管過淺脫空的質量事故。

(4)潑漿。

混凝土面灌注高出設計樁頂1.0m后停止灌注,拆去導管與漏斗等設備,清除樁頂沉渣和多余的混凝土(留下比樁頂高 20 cm)待混凝土強度達到設計 70%,人工鑿除樁頂以上的混凝土,恢復樁中心,為樁基檢測與承臺施工做準備。

4 樁基檢測結果

淮陰船閘 D合同段上游引航橋橋墩共 24根樁基,經超聲波檢測結果,Ⅰ類樁 24根,符合合同要求,其中 24-1#樁由業主指定鉆芯取樣檢測,芯樣達Ⅰ類樁,質量符合設計要求。