坭洲水道橋超深樁基施工技術(shù)

肖漓境

(湖南省交通科學研究院)

1 工程概述

虎門二橋是連接廣州番禺區(qū)與東莞沙田鎮(zhèn)而修建的橋梁，二次跨越珠江分岔水道，主橋由坭洲水道橋、大沙水道二座懸索橋組成，坭洲水道橋是目前國內(nèi)跨徑最大的懸索橋，特點如下。(1)主跨跨徑超大，548 +1 688 m+548 雙跨鋼箱梁懸索橋;2.樁基礎超深，東塔、西塔樁長分別為82.5 m、88.5 m，直徑2.8 m，共C30混凝土鉆孔灌注樁128 根;3.索塔高，門式塔高260 m，塔頂、底尺寸分別為8 ×12.5 m、10 ×16 m;4.承臺尺寸大，全橋4 個承臺，長、寬為90.43 ×34.8(m)，高7 m。橋梁由寬49.7 m 長2 236 m 鋼箱梁構(gòu)成。樁基礎是承受上部荷載的主要構(gòu)件，故依據(jù)設計文件、地質(zhì)資料選用合適的施工方法、工藝來保證樁基質(zhì)量就尤為重要。

2 棧橋、平臺設計

棧橋、樁基施工平臺設計很重要，承受運輸荷載、鉆進、施工荷載等，經(jīng)計算棧橋采用橋?qū)? m，其中行車道、人行道寬分別為7.5 m、1.5 m，棧橋跨徑12 m，φ820 ×8 mm 鋼管樁基礎，長20 m，橫橋向間距6 m，單樁設計荷載45 t，鋼管樁開槽安裝2I45a 工字鋼墊梁，順橋向設3 組貝雷承重梁，梁間每6 m 設置一道［10 槽鋼剪刀撐。分布梁每隔0.75 m 設置一道I25a 工字鋼，面板每33 cm 臥放28 號槽鋼。坭洲水道橋主墩平臺長108 m，寬55 m，頂面標高+4.0 m，由輔助平臺和鉆樁平臺構(gòu)成。單鋼管樁設計荷載120 t，平臺主要功能是安放鋼護筒及樁基、塔柱施工，臨時堆放設備、材料，其上布置兩臺80 t 龍門吊及一臺75 t 履帶吊。

3 深樁基試樁

坭洲水道橋在施工前進行了施工組織設計，為驗證施工方案、工藝可行，保證深樁基質(zhì)量，先行試樁，達到設計、規(guī)范要求后才大面積施工。

3.1 坭洲水道橋地質(zhì)條件

水底地形平坦，地貌為珠江河口三角洲。上部為第四系沉積巖所覆蓋，基巖為白堊系白鶴洞組(K1b)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、中砂巖及其風化層。依據(jù)勘探地質(zhì)情況顯示，基巖風化夾層現(xiàn)象較發(fā)育。樁基按摩擦樁設計但終孔時仍需滿足設計樁長及勘巖雙控。

表1 試樁地質(zhì)情況

3.2 鋼護筒安裝

鋼護筒直徑3.0 m，長20 m，上、下兩節(jié)長8 m、12 m，厚20 mm，共重28 t。鋼護筒下放主要設備有M1200 塔吊、50 t浮吊、80 t 龍門吊、DZ150 振動錘等。灌入度約為10 cm/min并到達設計高程收錘。用全站儀觀測調(diào)整、控制鋼護筒的垂直度。

3.3 樁基成孔

(1)人員、鉆機及配套設備

人員10 人，分兩班鉆進。配套機械:KTY－4000 鉆機1臺、空壓機1 臺、泥漿循環(huán)系統(tǒng)1 套、80 t 履帶吊、龍門吊1臺，400 kW 發(fā)電機1 臺。KTY－4000 型全液壓回轉(zhuǎn)鉆機，最大鉆孔直徑4 m，鉆孔深度130 m，試樁地層鉆機選用參數(shù)見表2。

表2 鉆頭、鉆進參數(shù)表

不同地質(zhì)采用不同鉆頭，覆蓋層鉆進過程中采用正循環(huán)、刮刀鉆頭鉆進，鉆至巖層面后采用反循環(huán)、楔齒鉆頭鉆進。

(2)泥漿性能

泥漿采用海水加鈉基膨潤土造漿，隔4 h 監(jiān)控泥漿指標，保持泥漿水頭高出平潮水位約1.5 m。高潮水位持續(xù)鉆進提高泥漿比重，低潮水位除砂確保轉(zhuǎn)進效率。通過泥漿比重、水頭差確保鉆孔安全。粗砂層以下均每天除砂約2 h，以使泥漿含砂率符合規(guī)范要求。

表3 不同地層泥漿指標表

泥漿循環(huán)系統(tǒng)，全橋樁基采用氣舉反循環(huán)鉆進成孔，每臺鉆機配備獨立的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿起護壁、浮渣作用，鉆渣通過泥漿處理器分離，在泥漿處理器出口放置一個漏斗，鉆渣進入漏斗，排放到廢渣艙集中運出環(huán)保部門指定位置排放。帶有鉆渣的泥漿由鉆桿中心被吸出，分離出來的優(yōu)質(zhì)泥漿通過泥漿處理器排放到儲漿艙內(nèi)，由于鉆進過程泥漿比重會變小，故一邊鉆進一邊需加入新配制的優(yōu)質(zhì)泥漿，使泥漿性能符合要求，同時通過泥漿泵調(diào)節(jié)鉆孔泥漿面高度高出孔外水面約2 m，保持水壓差。

圖1 泥漿處理器工作過程

(3)防塌孔、防縮孔措施

發(fā)生塌孔、縮孔的原因多是不熟悉地質(zhì)情況，對泥漿控制、不同地層的進尺速度、護筒內(nèi)外水頭差等關鍵環(huán)節(jié)控制不到位引起的。因此，要采取主動措施預防塌孔、縮孔。預防措施:

①防止鋼護筒底部沖刷，在大潮汛階段定期測量河床面，當河床沖刷嚴重時，及時采取拋填砂袋或石籠防沖刷，避免因護筒松動而發(fā)生護筒腳塌方。

②鉆孔過程必須連續(xù)，中途不得長時間停鉆，長時間停鉆則泥漿沉淀不能有效護壁。準備備用設備，嚴防停鉆導致塌孔、縮孔等事故的發(fā)生。

③按地質(zhì)情況選擇不同性能的泥漿，特別是穿過不同地層及時調(diào)整、配制泥漿，遇中砂層及砂礫等易塌地層時，應加大泥漿比重，粘度及膠體率，以確保護壁厚度，防止塌孔，2 h 測量泥漿指標以保持泥漿的優(yōu)良性能。

④鉆至護筒腳部范圍時慢速鉆進，觀察水面水位若發(fā)現(xiàn)護筒腳漏漿則需立即回填或加壓護筒后再鉆進，保持護筒腳不漏泥漿。

(4)成孔檢查

試樁清孔后垂直度檢測采用KE400 型超聲波檢測儀進行檢孔，孔深、孔徑、傾斜度符合設計要求。

(5)清孔

采用二次清孔工藝，首次清孔，當鉆至孔底設計標高各項控制指標經(jīng)檢測合格時終孔，采用氣舉反循環(huán)清孔提鉆20 cm，停下風機待鉆渣充分沉淀至孔底，開動風機緩慢轉(zhuǎn)鉆清孔，此時需調(diào)大泥漿比重以便沉渣排出，調(diào)漿時加入膨潤土20 t，CMC 50 kg。檢測泥漿指標為:比重1.2，粘度21 s，含砂率2%，膠體率98%。清孔時間24 h，清孔完成后泥漿指標為:比重1.1，粘度19.3 s，含砂0.5%，膠體率99%。二次清孔，下放導管后，若測得沉淀大于5 cm 應二次清孔。在導管內(nèi)接一根內(nèi)徑4 cm 的鋼管，底部加一沙包，導管頂端密封，預留進風管及出漿管，用空壓機吹砂清孔。風管距離導管底約2/3 導管深度，送風量約為25 m3/min，風壓控制在1.2 MPa，搖動、改變導管在孔底的位置，直到沉渣厚度不超過5 cm。

(6)鋼筋籠制作及下放

鋼筋籠用長線法制作，鋼筋籠外徑264.2 cm，主筋φ40 mm，長9 cm 的直螺紋套筒連接，鋼筋接頭車絲長度符合規(guī)范且不大于2P，荷載箱直接安裝在鋼筋籠上，安裝標高－55.5 m。鋼筋籠標準胎架、卡位采用鋼筋焊接，以控制主筋間距符合雙標管理要求，胎架間距3 m，主筋用套筒連接放在胎架上，上部主筋放在卡位器上，再與加強筋焊接，這樣鋼筋籠主筋間距偏差全部能達到規(guī)范允許要求。

鋼筋籠下放，人員14 人，分兩班下放。配套機械:平板車、25 t 汽車吊、80 t 履帶吊、80 t 龍門吊，400 kW 發(fā)電機。由于龍門吊高度限制，鋼筋籠采用80 t 履帶吊立籠，將鋼筋籠先放入鋼護筒內(nèi)，利用卡板臨時固定在鋼護筒上，80 t 龍門吊起吊鋼筋籠與下節(jié)鋼筋籠套接，聲測管采用焊接對接，聲測管壁厚2 mm，嚴格控制焊接質(zhì)量，防止聲測管進漿，焊接完成后直接在聲測管內(nèi)灌水，檢查接頭密封是否完好。

(7)混凝土灌注

①首盤混凝土量計算，首批混凝土埋管深度應控制≥2 m。由公式V≥πd2h1/4 +πD2Hc/4 得:首盤混凝土量需21.8 m3，配備1 個23.4 m3的儲料斗和1 個1.5 m3的漏斗。

導管選用8 mm 厚Φ325 mm 的無縫鋼管。螺母接頭以提高拆、接管速度。導管長113.3 m，為便于拆卸，采用1 ×6 m(底管長)+34 ×3 m(標準長)+1 ×2 m(短節(jié))+2 ×1 m(短節(jié))+1 ×0.8 m(短節(jié))+1 ×0.5 m(短節(jié))。

②灌注混凝土，混凝土配比設計見表4，初凝15 h，拔球采用直徑為32 cm 厚14 mm 圓鋼板堵塞導管上口，鋼板下墊油毛氈將混凝土密封與泥漿隔開，用鋼絲繩連接鋼板掛于履帶吊鉤，待儲料斗、漏斗灌滿混凝土，拔球完成首盤混凝土灌注，并持續(xù)灌注至設計標高。

表4 C30混凝土設計配合比

單樁最大體積544.9 m3，由2 臺240 m3/h，距離岸上1 km的混凝土攪拌機生產(chǎn)，10 m3的攪拌車運輸，灌注量80 m3/h，共需6 臺灌車，2 臺備用，首批12 輛罐車，混凝土坍落度215 mm，擴展度600 mm，首盤灌注順利但浮漿偏多，減少用水量4 kg/方，坍落度調(diào)整為210 mm，擴展度550 mm，包裹性明顯好轉(zhuǎn)。未出現(xiàn)待料情況，首盤混凝土埋管深2.5 m，最大埋深10 m，控制埋管深6 m，拆管長3 ～6 m 不等。試樁混凝土灌注時間7 h，平均灌注速度68.9 m3/h，設計458 m3，實際灌注482 m3，超方約5%。

(3)樁頭處理

試樁混凝土灌注完成后，拆除導管，用泥漿泵將護筒里泥漿抽出，人工清理樁頭，鑿除樁頭至樁頂設計標高，樁基經(jīng)檢測為Ⅰ類樁，混凝土強度符合設計要求。

4 結(jié) 語

超深樁基礎在江、海中施工是一項系統(tǒng)工程，以坭洲水道橋為工程背景，介紹超深樁基的施工工藝及質(zhì)量控制方法，總結(jié)如下。(1)依據(jù)不同的地質(zhì)條件采取合適鉆進方式，泥漿指標、性能對護壁起關鍵作用。(2)保證每道工序質(zhì)量，才能保證樁基質(zhì)量合格。(3)針對可能出現(xiàn)的問題采取主動控制措施，避免出現(xiàn)質(zhì)量事故，上述措施對提高我國橋梁工程樁基質(zhì)量及耐久性具有十分重要的意義。

［1］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG F50－2011)［S］.

［2］公路工程質(zhì)量檢驗評定標準(JTGF80/1－2004)［S］.

［3］陳光飛.杭州灣跨海大橋大口徑鉆孔灌注樁施工工藝［J］.西部探礦工程，2008，(11).