嘉紹大橋 φ 3.8 m超長鉆孔樁施工

代強波

1 概述

1.1 工程概況

嘉興—紹興跨江公路通道嘉紹大橋第Ⅴ合同段北岸水中區引橋的起止里程為K43+975～K46+425,K46+805～K48+975,全長 4 480 m,采用φ 3.8 m單樁獨柱墩形式,共65個墩,左右兩幅布置,每墩1根,樁長105 m～111 m,均為摩擦樁,單樁鋼筋籠最大重量71.8 t,永久鋼護筒直徑4.1 m,底標高-35.0 m,頂面標高與樁頂標高一致,最大重量94.04 t,單樁混凝土最大方量1 318.4 m3。

1.2 施工條件

1.2.1 地質條件

橋址區地層上部為較厚的沉積物地層,泥質粉砂巖、砂礫巖風化層,鉆孔樁樁尖處于密實的圓礫、卵石層中。

1.2.2 水文條件

水文條件:橋址區潮流為不規則半日淺海潮,水流屬往復流。平均高潮位4.02 m,平均低潮位-2.41 m,潮差6.43 m。

2 鋼護筒施工

2.1 鋼護筒長度及分節

根據鋼結構加工車間設備起吊能力和現場實際施工情況,將鋼護筒分為3節,底節長度為14 m,重約42.9 t(含刃腳加勁鋼板重量),中節長度為 14 m,重約 38.47 t,頂節長度17.5 m,重約49.1 t。

2.2 鋼護筒下沉施工設備選擇

1)鋼護筒下沉起重設備。

鋼護筒下沉施工時,選用中聯牌QUY160型160 t履帶式起重機作為主起重設備,QUY160型履帶式起重機在作業半徑為8 m時最大起重能力為90 t,可滿足施工需求。

2)鋼護筒下沉振動設備。

根據圖紙及相關資料計算,鋼護筒下沉時樁周最大動摩阻力R=686 t,選用2臺APE400型液壓振動錘并聯進行插打。

鋼護筒總重約130 t,振動錘重約58 t,故需要激振力為686 t-188 t=498 t,采用2臺APE400型液壓振動錘并聯進行插打,2臺APE400型液壓振動錘并聯最大激振力為:640 t,640 t＞498 t,可滿足施工要求。

3 鉆孔施工

3.1 鉆機選擇

根據樁徑、樁長及橋址區地層巖性,選用KTY4000型全液壓動力頭鉆機成孔。KTY4000鉆機采用動力頭旋轉鉆具,配備恒壓自動鉆進系統,使用壓縮空氣氣舉反循環排渣,適用于大口徑鉆孔樁施工,具有扭矩大、成孔質量高的性能,可滿足本工程施工需求。

3.2 鉆孔施工

1)鉆孔前應對鉆孔的各項準備工作進行檢查,檢查機械設備運轉情況,開鉆前應認真探查護筒內有無鋼板、型鋼等影響鉆孔的異物,檢查確認無異常后方可開鉆,鉆孔時應按設計資料及實際地質情況繪制地質剖面圖。2)護筒底口部位鉆進:護筒內泥漿指標滿足要求后可向下鉆進成孔,鉆進到護筒底口部位時(底口上下各2 m左右),使用氣舉反循環,小氣量、輕壓、慢轉鉆進成孔,需特別注意不要讓鉆頭碰掛護筒底口。3)護筒外鉆進成孔:鉆頭鉆出護筒后,根據地層情況選擇鉆進參數,以確保孔壁的安全。4)鉆孔時減壓鉆進,鉆壓不得超過鉆具重力之和(扣除浮力)的80%,并保持重錘導向作用,保證成孔垂直度和孔形。

3.3 泥漿制備

根據現場實際情況,在主棧橋下游側設置泥漿管道,與岸上的泥漿池相連,新開孔施工時,可抽用泥漿池中經過處理的泥漿施工,混凝土灌注時,泥漿通過管道輸送至泥漿池處理循環利用。護筒內鉆進時,利用原地層自然造漿,鉆機至護筒底口以上2 m時停止鉆進,開始調整泥漿指標,向孔內投入膨潤土、碳酸鈉、羥甲基纖維素鈉(PAC),現場調制泥漿,滿足要求后開始向下鉆進成孔,岸上泥漿池內有泥漿時,直接進行換漿。正常鉆進時,每3 h～6 h檢測一次泥漿比重和粘度并及時調整。

3.4 鉆孔施工各重點環節的控制

3.4.1 護筒內外水頭差控制

橋位處潮差較大,平均潮差超過6 m,為防止塌孔,保持護筒內水頭始終高于高潮位2.5 m以上的位置,根據情況通過向孔內補充泥漿提高或者換漿排渣降低護筒內水頭高度。

3.4.2 鉆孔垂直度的控制

為了確保鉆孔的垂直度,在鉆頭上設置配重及鉆桿穩定器,使鉆具在重力的作用下始終保持垂直向下,同時每天檢查一次鉆盤水平度和鉆桿垂直度情況,發現異常及時調整。

3.5 成孔質量檢測

換漿清孔使泥漿指標達到驗收標準后,拆除鉆機鉆桿,使用超聲波孔壁測定儀測量,檢查鉆孔樁的孔徑、孔深和傾斜度是否符合驗收標準。經檢查前期施工的42根樁成孔質量良好,表1為鉆孔成孔質量驗收標準。

4 鋼筋籠施工

4.1 鋼筋籠加工場地布置

鋼筋籠加工場地設置在生產區內,共布置3條生產線,采用長線法施工,現場配備2臺26 m跨32 t龍門吊機。施工前對鋼筋籠加工場地地面進行硬化處理,在處理好的地面上澆筑胎模基礎,基礎間距2.5 m,在胎模基礎上安裝鋼結構胎模,使用經緯儀和水準儀控制其平面位置和高度。

表1 鉆孔樁成孔質量驗收標準

4.2 鋼筋籠組成及分節

鋼筋籠主筋為直徑32 mmⅡ級鋼筋,從樁頂向下50 cm每隔2 m設置一道∠90 mm×56 mm×6 mm角鋼加強箍,螺旋筋為直徑10 mm的Ⅰ級鋼筋,保護層厚度不小于75 mm。每根樁設置4根聲測管,并設置4組雙回路壓漿管及配套的端部壓漿器。

鋼筋籠按照單根鋼筋12 m的定尺長度分節吊裝對接,共分為9節。主筋接頭采用鐓粗直螺紋連接器連接,其余鋼筋接頭采用焊接,鋼筋籠主筋接頭錯開布置,相鄰鋼筋接頭錯開距離為1.2 m。

4.3 鉆孔樁鋼筋骨架質量驗收標準

鉆孔樁鋼筋骨架質量驗收標準詳見表2。

表2 鉆孔樁鋼筋骨架質量驗收標準

4.4 鋼筋籠下放施工

鋼筋籠采用“鋼筋籠懸掛環”進行下放,“鋼筋籠懸掛環”由卡板和支撐圓環兩部分組成,支撐圓環由兩個半圓環通過螺栓連接成一個完整的圓環,卡板可在支撐圓環內前后抽動。安裝鋼筋籠時,將“鋼筋籠懸掛環”安裝固定在孔口鉆孔平臺頂面,將吊入孔內的鋼筋籠通過加強后的加勁箍懸掛在“鋼筋籠懸掛環”上,然后起吊下一節鋼筋籠與其對接。

5 混凝土灌注施工

5.1 二次清孔

導管安裝完畢后,檢查孔底沉渣厚度,使用測量繩測量孔深,與終孔時數據比較,沉渣厚度不得大于20 cm,否則應進行二次清孔。二次清孔利用導管進行,在導管內插入高壓風管,利用氣舉反循環進行清孔,高壓風管長度80 m,與鋼絲繩捆綁下放,鋼絲繩上安裝壓重型鋼,防止高壓風管重量過輕被壓縮空氣頂升上浮在導管內打卷堵管。

5.2 混凝土的灌注

1)導管安裝。樁身混凝土灌注采用外徑為377 mm壁厚8 mm的快速卡口垂直提升導管。采用無縫鋼管制作而成,底節長度6 m,中間節長度 3 m,調整節長度1.0 m,0.5 m,總長度250 m(一套作為備用)。

2)水下混凝土灌注。a.灌注混凝土前需在填充導管內安設泡沫隔水栓塞,待30 m3儲料斗和3.5 m3漏斗儲滿混凝土后,開始“拔球”灌注水下混凝土,拔球后混凝土要連續灌注,不得停頓,保證整樁在混凝土初凝前灌注完成。b.混凝土灌注過程中要有專人測量混凝土面標高,正確計算導管在混凝土內的埋置深度,導管埋置深度適當,正確指揮導管的提升和拆除,保證埋置深度按4.0 m～6.0 m進行控制,最大不超過10 m。

5.3 導管埋深控制

混凝土灌注過程中,沿鉆孔樁四周設置4個觀測點,定時測量混凝土面標高,導管埋深要求按4.0 m～6.0 m進行控制,最大不超過10 m,正常灌注階段導管每次拆除1節3 m標準節段。測量混凝土面標高時,同時了解已灌混凝土方量,用于判斷所測混凝土灌注高度是否正確。

5.4 樁頂標高控制

混凝土超灌高度為2 m。在混凝土灌注完成后,即可用泥漿泵吸掉樁頂泥漿,待強度達2.5 MPa以上后可采用人工鑿除樁頂混凝土,達到10 MPa以上后,采用氣動工具鑿毛,直至樁頭混凝土密實無松散層,且鑿除后的高程不得高于設計規定值。

5.5 壓漿管開塞

混凝土灌注完畢12 h后24 h內,使用高壓水對孔底的壓漿管開塞,防止包裹的混凝土強度過高無法裂開,同時對壓漿管路供應循環水,通水時間不少于24 h。

6 施工工藝實踐效果

1)通過對已經完成澆筑的42根φ 3.8 m鉆孔灌注樁的客觀總結,成樁質量檢測結果為Ⅰ類樁,樁身質量良好,施工周期較短。

2)主要工序施工時間統計,經對前期已經完成的42根樁的施工記錄資料進行整理統計,各主要工序施工時間見表3。

表3 主要工序施工時間

3)施工中幾處小細節大大提高了功效、保證了施工質量:a.混凝土灌注時,30 m3儲料斗的運用。大儲料斗的運用,不僅保證了拔球時混凝土儲備量,而且在正常灌注過程中,即使拆除導管,也可將閥門關上保證兩臺地泵不間斷輸送混凝土。大大縮短了灌注時間,確保12 h內完成灌注任務。b.鋼筋籠安裝時,注意對聲測管和壓漿管的保護,且每下一節確保清水灌滿并能流通。既保證了順利初裂和樁底注漿要求,又利于成樁檢測。截至目前未出現一例因聲測管原因而導致初裂、壓降或成樁檢測困難的問題。

[1]JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術規范[S].

[2]JTG F80/1-2004,公路工程質量檢驗評定標準[S].

[3]肖增有.鉆孔樁施工工藝[J].山西建筑,2008,34(9):156-157.