海上大型鉆孔灌注樁施工工藝分析

摘 要:海上大橋工程主通航孔鉆孔樁直徑大，樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，海上施工條件差、施工難度高，海上超大型鉆孔灌注樁施工較少。本文作者針對(duì)實(shí)際施工的廣東省南澳大橋工程特點(diǎn)和難點(diǎn)探索出一套切實(shí)可行的施工工藝，取得了理想的施工效果。

關(guān)鍵詞:海上鉆孔平臺(tái)減壓鉆進(jìn)直螺紋預(yù)拼裝海工混凝土

中圖分類號(hào):TU71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)05(a)-0072-01

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，特別是交通行業(yè)的高速發(fā)展，鉆孔灌注樁作為高層建筑、橋梁等結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式得到廣泛應(yīng)用。隨著高層建筑荷載及橋梁跨度的不斷發(fā)展，對(duì)鉆孔灌注樁承載力的要求越來越高，樁徑和樁長(zhǎng)不斷增大[1，2]。本文主要對(duì)于廣東省南澳大橋大型鉆孔灌注樁施工工藝進(jìn)行探討。

2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大、樁徑達(dá)3.1m，同時(shí)具備大口徑超深變徑的特點(diǎn);鋼筋籠為內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)，主筋數(shù)量多、主筋連接困難、制作要求高;混凝土設(shè)計(jì)對(duì)電通量和氯離子滲透系數(shù)有特殊要求。

(2)施工條件差“施工區(qū)海況惡劣、風(fēng)浪較大，對(duì)鋼護(hù)筒施打定位精度影響較大;巨大的漲落潮差對(duì)成孔施工有一定影響;施工平臺(tái)場(chǎng)地狹小，泥漿循環(huán)系統(tǒng)布置困難;海水對(duì)鋼筋有弱腐蝕作用，海水配置出的泥漿具有穩(wěn)定性差、易沉淀的缺點(diǎn)。

3 施工方案優(yōu)化和實(shí)施

3.1 施工平臺(tái)和鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)

在施工條件惡劣的海上搭設(shè)施工平臺(tái)、打設(shè)鋼護(hù)筒不僅施工難度大、周期長(zhǎng)，而且其精度要求難以保證，經(jīng)方案比選，設(shè)計(jì)采取蜂窩狀海上鉆孔平臺(tái)形式。采用Φ800×12mm的鋼管樁和樁基鋼護(hù)筒共同受力組建鉆孔平臺(tái)基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)采用型鋼焊接而成，表面鋪設(shè)鋼板、軌道等。

主墩施工鋼平臺(tái)平面尺寸為53.5×27m，首先采用打樁船施打鋼管樁，海上鉆孔平臺(tái)在搭設(shè)過程中為鋼護(hù)筒區(qū)域預(yù)留Φ3.1m鋼護(hù)筒施打位置，平臺(tái)搭設(shè)完成后以導(dǎo)向架為導(dǎo)向和定位采用龍門吊打入鋼護(hù)筒，克服了海上鋼護(hù)筒施打平面偏位大、垂直度不能保證的缺點(diǎn)。

3.2 成孔工藝

(1)選擇設(shè)備

根據(jù)地層情況和鉆孔深度，選配ZJD3500型鉆機(jī)(扭矩120kN·m)，鉆頭選用防斜梳齒鉆頭，并采取措施增加鉆頭的穩(wěn)定性、剛度和耐磨性能，提高鉆進(jìn)效率。鉆桿設(shè)計(jì)采用雙壁大通徑高強(qiáng)度抗扭氣舉鉆桿，Φ273mm，每節(jié)鉆桿設(shè)4個(gè)剪力銷。鉆桿扭矩達(dá)21t·m，大于鉆機(jī)扭矩75％，保證成孔順利。為有效保證鉆孔垂直度、防止孔斜，同時(shí)提高鉆進(jìn)效率，采用加配重塊“減壓懸吊鉆進(jìn)”，在鉆進(jìn)成孔過程中使鉆桿始終保持受拉狀態(tài)。根據(jù)地質(zhì)條件和鉆具性能確定配重塊重量為10t。

(2)泥漿配制方案

①泥漿用水的選用為克服淡水運(yùn)輸對(duì)天氣和海況的依賴、保證工程順利進(jìn)行，制定了直接抽取平臺(tái)位置地下承壓水、并與淡水勾兌成氯離子含量小于1100mg/L的泥漿用水的方案，試驗(yàn)證明可以滿足鉆孔施工對(duì)泥漿的要求;②泥漿配置在鋼護(hù)筒內(nèi)自然造漿，出護(hù)筒后根據(jù)泥漿性能在砂質(zhì)粘土層或粉細(xì)砂層中利用反循環(huán)人工造漿，同時(shí)加入純堿對(duì)膨潤土進(jìn)行鈉化改良。純堿具有充分分解膨潤土、增加PH值、提供成孔所需的堿性環(huán)境，有效減少沉淀速度和沉渣厚度的作用。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果，在本工程中添加優(yōu)質(zhì)純堿量為膨潤土量的1.8～4%較為合適，摻量較常規(guī)泥漿高。每方泥漿配比;水:膨潤土:純堿=1000:80～100:2～3．6(kg)。鉆進(jìn)過程中泥漿比重控制在1.10～1.25，具有一定的液柱壓力，以達(dá)到平衡孔壁外圍地層壓力、穩(wěn)定孔壁、滿足反循環(huán)施工工藝的要求;粘度控制在18～25s，以滿足鉆進(jìn)護(hù)壁和二次清孔的要求;PH值維持在8～9，使泥漿處于堿性狀態(tài)、提高粘土的分散度;③泥漿循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于施工平臺(tái)場(chǎng)地狹小、無法布置較長(zhǎng)的多級(jí)沉淀池，故采用粗顆粒砂沉淀桶和旋流除渣器彌補(bǔ)循環(huán)系統(tǒng)的不足。粗顆粒沉淀桶上設(shè)計(jì)4mm間隙的篩網(wǎng)，將大于4mm的渣粒從泥漿中完全分離;過濾后的泥漿再通過旋流除渣器進(jìn)行懸流處理，將5mm以下的砂礫分離出來。通過沉淀桶和旋流除渣器后的泥漿比重可以降至1.15以下。砂率減低至2％～3％，效果極為明顯。

(3)鋼筋籠制作安裝工藝

①主筋連接工藝。主筋連接形式有三種:焊接、擠壓套筒連接和直螺紋連接。由于本工程主筋直徑大、數(shù)量較多、間距密，樁頂部又為內(nèi)外雙層鋼筋籠，采用傳統(tǒng)的焊接連接工藝顯然無法完成，而擠壓套筒連接工藝又存在耗時(shí)長(zhǎng)、操作不便等缺點(diǎn)，故采取直螺紋連接工藝。②卡板臺(tái)座生產(chǎn)工藝。鋼筋籠在自重作用下即可產(chǎn)生較大的變形。給鋼筋籠制作帶來很大的困難，而且直螺紋連接工藝對(duì)主筋間距和位置要求極為嚴(yán)格，為此專門設(shè)計(jì)卡板臺(tái)座加工和堆放鋼筋籠，有效消除鋼筋籠的自重變形，同時(shí)有效控制主筋間距和位置，保證制作質(zhì)量。臺(tái)座總長(zhǎng)度36m，卡板根據(jù)加強(qiáng)筋間距每2m鋪設(shè)一道，用經(jīng)緯儀布設(shè)，保證兩節(jié)鋼筋籠在臺(tái)座上對(duì)接預(yù)拼裝。卡板上根據(jù)主筋直徑和間距布設(shè)限位以固定主筋，隨后安裝加強(qiáng)筋，最后安裝其余主筋和螺旋筋。③預(yù)拼裝技術(shù)。為克服直螺紋連接工藝對(duì)主筋長(zhǎng)度偏差和平面偏差的特殊要求，保證孔口對(duì)接順利，故在鋼筋籠制作時(shí)采取預(yù)拼裝技術(shù)。當(dāng)?shù)谝还?jié)24m鋼筋籠制作完成后直接將下節(jié)籠的上半節(jié)12m鋼筋籠進(jìn)行預(yù)拼裝對(duì)接，該12m鋼筋籠全部制作完成后再解除直螺紋連接;隨后將第一節(jié)鋼筋籠吊走并將12m鋼筋籠吊至臺(tái)座端部完成第二節(jié)鋼筋籠的制作。解除預(yù)拼裝前在每節(jié)鋼筋籠上標(biāo)出一根對(duì)位鋼筋，確保孔口主筋能順利對(duì)接。④固定架輔助孔口安裝鋼筋籠采用三點(diǎn)吊，用海上鉆孔平臺(tái)上安裝的龍門吊起吊。由于吊車微調(diào)能力差，上下節(jié)鋼筋籠無法順利實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確對(duì)接，給施工帶來較大困難，為此專門設(shè)計(jì)鋼筋籠固定架予以克服。固定架上均勻掛設(shè)4個(gè)20t手拉葫蘆，用以懸掛已完成下放的鋼筋籠，用手拉葫蘆微調(diào)下節(jié)鋼筋籠，使其與龍門吊吊住的上節(jié)鋼筋籠的所有主筋完全對(duì)中，用固定架微調(diào)對(duì)接鋼筋籠使孔口安裝更為簡(jiǎn)便易行。

4 施工效果

由于合理設(shè)計(jì)選擇鋼筋籠制作、安裝工藝，每根樁直螺紋連接下籠時(shí)間僅為10h左右，比采用擠壓套筒連接縮短工期30h，保證鉆孔樁按期完成施工任務(wù)，為后續(xù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過實(shí)踐有以下幾點(diǎn)體會(huì)。(1)在海況條件復(fù)雜的海域進(jìn)行鉆孔樁施工時(shí)，操作平臺(tái)以及鋼護(hù)筒的設(shè)計(jì)應(yīng)充分研究其使用功能和可操作性，應(yīng)把海上鋼護(hù)筒的定位作為一個(gè)重要的參數(shù)在平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮，確保鉆孔樁平面偏位符合規(guī)范要求。(2)海上鉆孔樁成孔施工的關(guān)鍵在于泥漿性能，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況比選確定最合理的泥漿配比方案以獲得最好的泥漿護(hù)壁效果，并較好地克服天氣和海況影響。(3)應(yīng)確定合理高效的鋼筋籠制作、連接工藝，克服海上施工平臺(tái)狹小、運(yùn)輸不便的缺點(diǎn)，保證鉆孔施工有序進(jìn)行，確保進(jìn)度目標(biāo)。本工程所采用的主筋直螺紋連接工藝、預(yù)拼裝法卡板臺(tái)座生產(chǎn)工藝可以作為海上超大型鉆孔樁鋼筋籠施工的最佳工藝之一。(4)抗?jié)B混凝土的設(shè)計(jì)是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵，可以通過添加適量粉煤灰和礦粉來增加混凝土的密實(shí)度和耐久性，提高泵送性能，使之符合電通量和氯離子滲透系數(shù)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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