青島海灣大橋深水高樁水中基礎施工技術

田加法

1 工程概況

青島海灣大橋位于膠州灣北部,是我國北方寒冷海域一座大型海上橋梁集群工程,主線全長26.767 km,其中跨海大橋25.880 km。青島海灣大橋土建工程某合同段起點為紅島互通西終點,順接紅島互通的標準跨徑60 m主線非通航孔橋。橋墩采用群樁基礎,一個承臺下設4根直徑為1.6 m鉆孔灌注樁,均為摩擦樁,樁長51.0 m～59.0 m,樁底持力層為弱風化安山巖和弱風化角礫巖。承臺采用四邊形圓倒角承臺,頂標高全部為0.30,承臺厚3.0 m,平面尺寸為6.9 m×6.9 m;橋墩身均采用花瓶墩。

2 施工方案簡介

樁基施工時采用搭設固定式鉆孔平臺,埋設鋼護筒,采用旋轉鉆機反循環(huán)法施工,導管法灌注樁基水下混凝土,混凝土采用搭設棧橋,罐車運送;承臺采用鋼組合式吊箱圍堰進行施工,先在預制廠進行底節(jié)混凝土吊箱的預制,然后將上節(jié)防浪板和底節(jié)進行組合,利用大型浮吊整體吊裝,止水后進行常規(guī)的承臺施工。

3 樁基施工方案

3.1 鉆孔平臺的搭設

鉆孔平臺采用固定平臺,鉆孔平臺平面大小為14.5 m×14.6 m,采用φ 600 mm×8 mm鋼管樁作基礎,鋼管頂安裝Ⅰ32a工字鋼做分布梁,Ⅰ32a工字鋼鋪設貝雷架,貝雷架頂鋪設Ⅰ25a工字鋼及8 mm鋼板作為平臺工作平面。采用打樁船打樁、浮吊架設上部結構的施工方法,采用運輸船進行鋼管樁、型鋼、貝雷梁、橋面板等的運輸。鋼管樁下沉采用打樁船施工。鋼管樁完成后,采用浮吊安裝鋼管頂Ⅰ32a工字鋼分布梁,然后鋪設貝雷架和Ⅰ25分配梁及鋼板平臺面,最后安裝防滑鋼筋、護欄立桿、護欄扶手等防護設施。

3.2 鉆孔灌注樁施工方法

3.2.1 反循環(huán)旋轉鉆機成孔

選用GPS-25型反循環(huán)旋轉鉆機成孔,鉆頭采用菠蘿鉆頭,鉆機就位對位后,用全站儀進行復核轉盤中心與鉆架上吊滑輪是否在同一垂直線上,若有偏差進行調(diào)整。

開鉆前檢查是否有彎曲鉆桿,彎曲的鉆桿不得使用。連接好循環(huán)系統(tǒng),開動泥漿泵循環(huán)2 min～3 min,然后開動鉆機,在循環(huán)溝內(nèi)放置細砂篩,使泥漿經(jīng)過篩子過濾后漏回孔中。施工中,按照抽檢頻率檢查泥漿指標情況,確保不塌孔。鉆孔過程中應注意觀察地質(zhì)情況并做好原始記錄,如果發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與地質(zhì)勘探報告不一致,應及時報告,以便采取措施。

3.2.2 清孔

鉆孔至設計標高后開始清孔,清孔時,將孔底鉆渣及泥砂等沉淀物清除,不得用加深孔底深度代替清孔,同時保持孔內(nèi)水位在地下水位或河流水位以上1.0 m～1.5 m,防止坍孔。鉆孔樁在終孔和清孔后,對孔徑、孔型和傾斜度采用專用超聲波儀器測定,檢測結果上報監(jiān)理工程師復查。

3.2.3 鋼筋籠制安

鋼筋下料要準確控制下料長度。鋼筋籠制作采用鋼筋加工場集中制作,每節(jié)長度不大于18 m,對于大于18 m的鋼筋籠分節(jié)時應考慮主筋接頭按規(guī)范要求錯開及能在一定范圍內(nèi)移動主筋,對接端預留一段螺旋筋不綁扎。樁基主鋼筋籠各段之間主筋采用直螺紋吊筒連接。

3.2.4 二次清孔

鋼筋籠下放到位固定后,立即安放導管。混凝土導管安放完后,若孔底沉渣厚度不滿足設計要求,利用氣舉反循環(huán)進行二次清孔,使沉渣厚度、孔內(nèi)泥漿性能滿足設計及規(guī)范要求。清孔時及時向護筒內(nèi)補充優(yōu)質(zhì)泥漿,確保護筒內(nèi)水頭,并取樣檢測,經(jīng)監(jiān)理工程師現(xiàn)場檢驗合格后,立即拆除吸泥彎頭,開始澆筑水下混凝土。

3.2.5 水下混凝土灌注

在灌注混凝土開始時,導管底口到樁底的距離有250 mm～400 mm的空間,首批封底混凝土采用大容量料斗灌注(混凝土量經(jīng)過計算確定,滿足導管初始埋置深度不小于1.0 m),封底成功后改用小容量料斗進行連續(xù)灌注,直至完成整根樁的澆筑。

3.2.6 質(zhì)量檢驗

混凝土質(zhì)量的檢查和驗收,嚴格符合規(guī)范要求,混凝土強度試件每根鉆孔樁至少取4組,如換班工作時,每工作班至少制取2組試件。

4 承臺的施工方案

4.1 鋼筋混凝土組合式吊箱施工

4.1.1 鋼筋混凝土組合式吊箱結構組成

鋼筋混凝土組合式吊箱主要由以下四部分組成：混凝土吊箱、鋼質(zhì)防浪板、吊掛系統(tǒng)、止水膠囊。

4.1.2 鋼筋混凝土組合式吊箱和防浪板的連接

混凝土吊箱屬于永久性結構,防浪板屬于施工期間圍水構件。混凝土吊箱與防浪板的連接采用螺栓栓接,同時為保證海水滲入,在混凝土吊箱與防浪板放置幾何尺寸為2 cm×3 cm的遇水膨脹橡膠條,橡膠條受壓產(chǎn)生彈性變形,填塞滿吊箱和防浪板之間的空隙,其次橡膠條遇水膨脹,完全阻止了海水的滲入。

4.2 鋼筋混凝土組合式吊箱的安裝

在混凝土吊箱達到吊裝強度后,開始安裝吊桿和吊架,在安裝的過程中根據(jù)實測數(shù)據(jù)微調(diào)吊桿的長度,以確定吊架擱放在鋼護筒上后,可以滿足混凝土吊箱在設計的標高位置。

4.3 吊箱的下放安裝

200 t浮吊掛鉤提起吊架,通過吊桿將吊箱提起,安裝時將吊箱底部高于鋼護筒頂1 m～1.5 m左右(安全高度),同時使每個混凝土底板預留孔對準每根鋼護筒,然后緩緩、勻速下放吊箱。吊箱吊架支撐到鋼護筒頂上后,測量人員立即用全站儀觀測吊箱的偏位情況,隨時將結果報給指揮人員,以指揮浮吊進行各項微調(diào),保證吊箱的平面位置準確。

4.3.1 吊箱的準確定位

標高的控制：吊箱標高在安裝前通過鋼護筒標高和吊桿長度控制,安裝后即滿足要求。平面位置的控制：選擇在潮位低于+0 m時安放8個5 t的千斤頂進行精確調(diào)位,測量人員在海上測量平臺上觀測,指揮吊箱的調(diào)位。

4.3.2 反壓牛腿焊接

吊箱平面位置確定后,在鋼護筒上焊接反壓牛腿反壓在防浪板頂部,防止在止水后吊箱在浮力的作用下上浮,每根鋼護筒上焊接兩個反壓牛腿,共計8個。在高潮位時,單個反壓牛腿受載約30 t,根據(jù)計算反壓牛腿采用2Ⅰ25a加工制作,并焊接2[14a斜撐。

4.3.3 氣囊充水止水

反壓牛腿焊接完畢后,選擇在低潮位進行氣囊充水止水,將氣囊的氣悶管與充水機出水管對接后,開動充水機對氣囊充水,依次完成4個氣囊的充水。氣囊充水應由有施工經(jīng)驗的操作人員完成,防止充水過多導致氣囊爆裂,沖水過程中不斷停止,不斷用壓力表測壓力,且壓力控制在0.3 MPa～0.4 MPa之間。

4.3.4 鋼護筒與底板預埋件焊接

在完成砂漿封堵后,立即將鋼護筒與混凝土底板固定,利用下料好的厚20 mm連接鋼板將鋼護筒與混凝土底部上的預埋件焊接,單根鋼護筒需焊接16塊連接鋼板,4根共計64塊,焊接工作量較大,配備4臺電焊機同時焊接,現(xiàn)場技術員需對焊接質(zhì)量進行嚴格檢查,焊縫厚度不小于鋼護筒壁厚(14 mm),確保焊接質(zhì)量。

5 承臺施工

吊箱在止水完畢后,為承臺施工提供了干燥的施工環(huán)境,按照傳統(tǒng)施工工藝進行施工。承臺混凝土采用全斷面一次分層推進澆筑完成,混凝土澆筑時按每30 cm一層順序澆筑,保證在下層混凝土初凝前澆筑完成上層混凝土。混凝土澆筑過程中配備插入式振動棒振搗,保證振搗質(zhì)量。承臺養(yǎng)護完畢后,防浪板拆除采用150 t浮吊的小鉤進行整體拆除。

6 主要施工經(jīng)驗

1)深水中采用鉆孔平臺,要保證鉆孔平臺基礎承載力符合施工設計要求,還要保證鉆孔平臺的強度、剛度和穩(wěn)定性。2)大直徑鉆孔樁施工時,主要是防止坍孔、縮孔、澆筑中斷等質(zhì)量事故。3)混凝土吊箱的預制采用工廠化施工和管理,鋼混凝土組合式吊箱安裝全部是在無水狀態(tài)下施工,簡單容易控制。單個承臺的有效施工時間從21 d縮短到8 d,大大加快承臺的施工速度。4)鋼混凝土組合式吊箱預制和現(xiàn)場施工均是在無水狀態(tài)下,易于控制,特別是在海洋氣候環(huán)境、惡劣天氣較多條件下,安全性能多。傳統(tǒng)鋼吊箱施工部分施工內(nèi)容是在水下,增加了施工風險。

7 結語

水中基礎施工采用水中搭設鉆孔平臺和鋼吊箱施工取得巨大成功,自施工以來未發(fā)生過任何因天氣、風浪、潮流作用造成的施工事故,同時大大減少安全隱患,加快了施工進度,施工效率有較大提高,取得了顯著的效果,對青島海灣大橋工程安全、優(yōu)質(zhì)、高效的建設起到?jīng)Q定性的作用。

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