深水裸巖條件下大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)

摘要：結(jié)合泰和贛江特大橋1#、2#主墩高樁承臺(tái)工程實(shí)例，闡述了在深水裸巖條件下直徑3.0m樁基成孔施工技術(shù)。針對(duì)深水裸巖大直徑樁基施工，采用雙壁鋼圍堰、大直徑護(hù)筒、泥漿、鉆進(jìn)等關(guān)鍵工藝對(duì)策，確保施工順利進(jìn)行，保證樁基工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：深水裸巖 大直徑 高樁承臺(tái) 雙壁鋼圍堰 施工技術(shù)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

泰和贛江特大橋是泉州至南寧高速公路江西石城至吉安段跨越贛江的一座特大橋，全長(zhǎng)1150m，其中主橋?yàn)?00+155+100m的左右雙幅變截面單箱單室三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。主橋0#～4#墩共有32根鉆孔樁，其中0#、4#過(guò)渡墩樁基直徑分別為2m、1.8m；墩身采用柱式墩，直徑1.8m。1#、2#主墩樁基直徑為3.0m，樁長(zhǎng)32m，最小嵌巖深度7m；墩身采用壁厚1.5m的雙薄壁墩。主墩承臺(tái)尺寸為12m×12m×4.5m，單個(gè)承臺(tái)混凝土方量為644m3。

1.2 地質(zhì)水文情況

贛江特大橋橋區(qū)地層從上至下依次為細(xì)砂、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖軟弱夾層、弱風(fēng)化砂巖（見(jiàn)圖1）。其中覆蓋層為較厚的粗砂及全風(fēng)化基巖，強(qiáng)度低，承載力小，覆蓋層以下弱風(fēng)化基巖強(qiáng)度高低不一。

贛江為III-（3）級(jí)航道，贛江主河床在東南靠近山體處，河流常年流水，沖刷嚴(yán)重；西北岸地貌由河漫灘過(guò)渡為河流低階地，地表開(kāi)闊。贛江特大橋1#主墩枯水期水深6m，汛期水位16m，汛期時(shí)間為每年的4～5月份。特大橋下部結(jié)構(gòu)施工時(shí)間搶在枯水期，施工時(shí)考慮水深為9m。

2 鉆孔平臺(tái)方案比選

全橋設(shè)置水中棧橋150m，2#墩水位較淺，在3m左右，鉆孔平臺(tái)采用筑島圍堰施工方案；1#墩水深較深，在9m左右，對(duì)樁基鉆施工孔平臺(tái)的方案進(jìn)行以下比選。

2.1 鋼吊箱方案

由于河床無(wú)淤泥覆蓋層，鋼管樁無(wú)法插打，必須先進(jìn)行鉆孔施工，然后安裝鋼管，澆筑混凝土定位。這種方法不僅需要較長(zhǎng)的時(shí)間，且施工較困難。鋼套箱施工工藝比較復(fù)雜，下沉及水下封底要求很高，很難達(dá)到較理想的狀態(tài)，費(fèi)用高，工期長(zhǎng)。

2.2 竹籠土圍堰

由于河水水流較快，且水深較深，難以達(dá)到圍堰穩(wěn)定不透水的目的。且工作量巨大，附近的土資源較緊張，工期長(zhǎng)。

2.3 雙壁鋼圍堰

雙壁鋼圍堰是由雙薄壁鋼殼及主龍骨組成，可分為多塊在岸上加工，岸邊拼裝，浮運(yùn)到指定位置。在鋼圍堰上搭設(shè)平臺(tái)作為鉆孔平臺(tái)，后期作為承臺(tái)施工的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、速度較快，較經(jīng)濟(jì)。

經(jīng)比選，雙壁鋼圍堰作為鉆孔平臺(tái)及承臺(tái)施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)適合施工要求，既能保障施工安全性，又能保證施工進(jìn)度，節(jié)約了成本。

3 鋼圍堰及鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 鋼圍堰的設(shè)計(jì)

由于主橋左右雙幅中心間距7.6m，承臺(tái)間凈間距為2m，為方便鋼圍堰的下沉，采用左右雙幅承臺(tái)一個(gè)圍堰施工。選用矩形圍堰，鋼圍堰外圍尺寸為30m×15m，內(nèi)圍尺寸為28m×13m，圍堰外壁采用6mm厚鋼板，內(nèi)壁采用4mm厚鋼板，內(nèi)外壁間距100cm，橫向加勁肋間距為90cm，采用厚10mm、寬10cm的鋼板，豎向加勁肋間距100cm，采用∠75×6角鋼。水平每間隔90cm設(shè)一道環(huán)形桁架，豎向每間隔100cm設(shè)一道桁架，桁架采用∠75×6角鋼焊接而成。桁架斜撐間隔布置，即水平每180cm設(shè)帶斜撐環(huán)形桁架，豎向每200cm設(shè)一道帶斜撐桁架。鋼圍堰30m長(zhǎng)邊之間中部設(shè)一道支撐，支撐采用兩道φ529×8mm鋼管，鋼管間距270cm，鋼管之間采用[10槽鋼連接形成桁架。鋼圍堰封底混凝土厚度為100cm。

■

圖2 鋼圍堰平臺(tái)平面布置圖

■

圖3 鋼圍堰平臺(tái)立面布置圖

3.2 鉆孔平臺(tái)的設(shè)計(jì)

平臺(tái)主梁采用貝雷片，圍堰面與貝雷梁的接觸點(diǎn)要用10mm厚的鋼板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并且內(nèi)外壁之間要適當(dāng)增加角鋼斜撐，以增加圍堰的承載能力。在貝雷梁上橫橋向均布I22a工字鋼，工字鋼頂上滿鋪20×20cm方木，作為平臺(tái)面層。為了增加平臺(tái)的承載能力及穩(wěn)定性，在護(hù)筒上焊接牛腿，增加貝雷梁的支撐點(diǎn)，減小貝雷梁的跨徑。在布設(shè)面層方木時(shí)預(yù)留出鉆孔樁位置（3.5×3.5m空檔）并在已成樁或暫不鉆孔的空檔上鋪放鋼制井蓋，以免出現(xiàn)危險(xiǎn)。

4 施工方法及質(zhì)量控制措施

4.1 鉆機(jī)選取及技術(shù)準(zhǔn)備

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，選用沖擊鉆機(jī)。考慮到國(guó)內(nèi)3.0m直徑鉆機(jī)較少，并且樁基數(shù)量不大等因素，采用對(duì)現(xiàn)有鉆機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，來(lái)滿足施工要求。沖擊鉆需要鑄造3.0m直徑專用鉆頭，電機(jī)采用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的提升能力達(dá)到20t的卷?yè)P(yáng)機(jī)，并對(duì)原鉆機(jī)臺(tái)座進(jìn)行適當(dāng)配重。

4.2 護(hù)筒的加工及安裝

護(hù)筒設(shè)置是水中樁基施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。護(hù)筒采用14mm厚的鋼板加工而成的整體式全鋼筒，內(nèi)徑340cm，每節(jié)5m，為防止運(yùn)輸中鋼護(hù)筒變形，在護(hù)筒上每隔一米用14mm、寬15cm鋼板帶在護(hù)筒外加焊一圈，并在護(hù)筒內(nèi)用型鋼做十字形支撐。底部用雙層鋼板加厚作為加勁刃腳。高度按底口接觸封底砼底面。

鉆孔平臺(tái)搭設(shè)完成后進(jìn)行鋼護(hù)筒的安裝，在貝雷梁上用型鋼焊接井字架，井字架內(nèi)徑比護(hù)筒外徑大5cm，長(zhǎng)3m。導(dǎo)向架能控制并引導(dǎo)護(hù)筒在樁孔的正確位置豎直地沉入河床。利用120t振動(dòng)錘振沉鋼護(hù)筒，待鋼護(hù)筒不再下沉?xí)r，在平臺(tái)上安裝JK-16型沖擊鉆，沖孔到護(hù)筒底1m后，鉆機(jī)后撤，再次用振動(dòng)錘下沉護(hù)筒，直到護(hù)筒跟進(jìn)到巖面。為防止振壞護(hù)筒并使之充分受力，用2cm厚鋼板加工成圓形樁帽在護(hù)筒頂。

由于鋼護(hù)筒無(wú)法插入基巖，鋼護(hù)筒下部無(wú)法進(jìn)行定位，為保證鋼護(hù)筒下部固定，在鋼圍堰內(nèi)先進(jìn)行混凝土封底，用混凝土將護(hù)筒牢牢固定住。在鋼護(hù)筒下沉到位后，為防止圍堰封底時(shí)鋼護(hù)筒下部移位，在護(hù)筒內(nèi)拋填砂袋進(jìn)行固定。采用水下封底混凝土，用4～6根Φ30cm的導(dǎo)管進(jìn)行鋼圍堰內(nèi)水下混凝土封底。封底導(dǎo)管的布置要特別注意使混凝土在鋼護(hù)筒周圍和圍堰內(nèi)的流動(dòng)順暢。封底前后設(shè)置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)標(biāo)高的測(cè)定，封底厚度為1.5m左右，確保封底厚度基本一致。

4.3 泥漿

鉆孔采用泥漿護(hù)壁，以保持孔壁在鉆進(jìn)過(guò)程中不坍塌。利用其它鋼護(hù)筒作為泥漿池，并及時(shí)清理沉淀泥碴，泥碴采用泥漿罐車外運(yùn)至指定地點(diǎn)，防止污染河道。

選擇購(gòu)買優(yōu)質(zhì)粘土，良好品質(zhì)的粘土應(yīng)該不含砂子，具有水化作用、離子交換作用和膠體性質(zhì)，造漿能力不低于2.5L/kg。

泥漿經(jīng)過(guò)鉆孔循環(huán)使用后，必然造成污染、劣化，為了充分利用泥漿，必須經(jīng)過(guò)高效的凈化系統(tǒng)，使泥漿性能符合要求。泥漿凈化方法分為物理凈化和化學(xué)凈化兩大

類：

物理凈化法：經(jīng)機(jī)械凈化出去較大鉆碴，再流經(jīng)沉淀池。

化學(xué)凈化法：參配適量的化學(xué)處理劑，通過(guò)循環(huán)處理并達(dá)標(biāo)后可繼續(xù)使用，如用PHP絮凝劑、水泥、石膏等。但化學(xué)處理法只能改善泥漿性能，不能除去泥漿中的鉆碴等顆粒，只能作為物理處理法的輔助措施。

ZH-200型泥漿分離器和砂石泵組合凈化效果顯著，占地小，無(wú)污染，操作方便，特別宜用于水中平臺(tái)。

4.4 鉆進(jìn)施工

由于孔徑較大，施工中沖程應(yīng)控制在1～4m，每分鐘沖擊次數(shù)為8～12次。不同的地層選取不同的沖程和頻率，達(dá)到高效目的。

操作要點(diǎn)：

①應(yīng)控制鋼絲繩的放松量，勤放少放，放置鋼絲繩放松過(guò)多減少?zèng)_程，放松過(guò)少則不能有效沖擊，形成“打空錘”易損壞鉆機(jī)。在鋼絲繩上做好標(biāo)記以控制沖程。

②在基巖中鉆進(jìn)時(shí)，宜采用長(zhǎng)沖程，并加快沖擊頻率，增加沖擊能量，并不斷轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭，改變鉆頭在孔底的沖擊位置，防止出現(xiàn)梅花形孔底或斜孔。

③當(dāng)沖進(jìn)穿過(guò)護(hù)筒底1m左右時(shí)，要改用小沖程，提高沖擊頻率，并投放粘土塊，以形成更好的泥漿護(hù)壁，防止坍孔和漏漿。

4.5 成孔檢測(cè)及清孔

鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用吊車把Ⅱ級(jí)鋼筋制作的檢孔器吊入孔內(nèi)，檢查孔徑大小及豎直度等。樁底嵌入微風(fēng)化巖層，且不小于2倍樁徑；豎直度滿足設(shè)計(jì)要求，不大于1%。

鉆至設(shè)計(jì)高程后，及時(shí)進(jìn)行清孔，使其沉碴厚度不大于5cm。采用換漿法清孔時(shí)，使用較好的泥漿將孔內(nèi)含有看鉆碴的泥漿置換出來(lái)，具體做法是將鉆具提升約0.3m，鉆頭不停轉(zhuǎn)動(dòng)，保持泥漿循環(huán)不停進(jìn)行。清孔的時(shí)間視泥漿的性能指標(biāo)為準(zhǔn)。在吊入鋼筋骨架后，灌注混凝土之前，應(yīng)再次檢查孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)和孔底沉淀厚度。

4.6 鋼筋籠的制作及安裝

由于大直徑樁鋼筋粗，配筋密，加之采用通長(zhǎng)鋼筋籠，重量較大。鋼筋籠采用在現(xiàn)場(chǎng)制作，主筋均采用焊接工藝，為確保鋼筋籠尺寸，箍筋加工須圓順，半徑準(zhǔn)確。鋼筋籠四周焊制標(biāo)準(zhǔn)耳環(huán)，以保證籠子吊放時(shí)主筋不碰撞孔壁及有足夠混凝土保護(hù)層。

4.7 混凝土的澆筑

安裝導(dǎo)管前必須進(jìn)行密封試驗(yàn)，用水壓試驗(yàn)時(shí)，水壓力應(yīng)不小于灌注混凝土?xí)r導(dǎo)管承受的最大壓力的1.3倍。吊放導(dǎo)管時(shí)位置要保持居中，軸線順直，并緩慢放下，防止其卡掛鋼筋籠和碰撞孔壁。導(dǎo)管距孔底至少要50cm，安放導(dǎo)管時(shí)要考慮其長(zhǎng)度及單根導(dǎo)管長(zhǎng)度的組合。

由于孔徑較大，首盤混凝土要埋住導(dǎo)管1m以上，經(jīng)計(jì)算至少需要11m3混凝土。為此需要專門加工一個(gè)容積達(dá)到10m3的料斗。用混凝土輸送泵泵送混凝土，首盤灌注時(shí)先將大料斗內(nèi)灌滿混凝土，然后邊灌注邊用輸送泵往料斗內(nèi)泵送混凝土，直到混凝土灌注面埋住導(dǎo)管2m以上后再更換小料斗，進(jìn)行灌注。在灌注工程中，要控制好混凝土的坍落度，使其具有良好的流動(dòng)性，并隨時(shí)測(cè)量導(dǎo)管埋入混凝土的深度，保證其控制在2～4m。當(dāng)孔內(nèi)混凝土面接近鋼筋籠底部，要保持較深的埋管，放慢灌注速度，以防止鋼筋籠上浮。澆筑過(guò)程匯總，要時(shí)刻注意觀察。

孔內(nèi)混凝土面到達(dá)河床標(biāo)高時(shí)，用大毛刷攪動(dòng)孔內(nèi)漿液，并清除粘附在護(hù)筒上的泥漿壁，使混凝土與護(hù)筒緊密結(jié)合，防止圍堰內(nèi)抽水鑿除樁頭時(shí)滲水。由于泥漿壁的存在，在灌注過(guò)程中，若不及時(shí)清除，會(huì)使樁基混凝土與護(hù)筒之間形成泥漿縫隙。當(dāng)圍堰內(nèi)抽水后，在內(nèi)外水壓力差的作用下，水沿著河床裂隙從混凝土樁與護(hù)筒之間的縫隙往圍堰內(nèi)滲水甚至涌水。

為保證樁頭混凝土質(zhì)量，混凝土灌注面要超過(guò)樁基設(shè)計(jì)標(biāo)高1.5m以上，以防止樁頭為水泥漿，強(qiáng)度不足。

5 結(jié)束語(yǔ)

3.0m大直徑鉆孔灌注樁國(guó)內(nèi)不多見(jiàn)，在參考類似技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合泰和贛江特大橋地質(zhì)特點(diǎn)采取了相應(yīng)的嚴(yán)密措施，保證了施工質(zhì)量及進(jìn)度。全橋樁基經(jīng)過(guò)檢測(cè)，完全滿足設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范。

參考文獻(xiàn)：

[1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.JTJ041-2000.

[2]公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn).JTJ071-98.