滬通長江大橋水上鉆孔樁施工工效探討

張貴忠

(中國鐵路總公司 工程管理中心，北京 100844)

滬通長江大橋水上鉆孔樁施工工效探討

張貴忠

(中國鐵路總公司 工程管理中心，北京 100844)

滬通長江大橋主橋主跨1 092 m，建成后將成為世界上跨度最大的公鐵兩用斜拉橋。本文探討5#，6#墩鉆孔樁施工的主要資源配置、鉆孔樁鋼筋籠的制造安裝工藝等，并將滬通長江大橋鉆機配置以及鉆孔樁施工工效與嘉紹大橋進行對比。結(jié)果表明，滬通長江大橋鉆孔樁施工工效總體優(yōu)于嘉紹大橋。針對水上鉆孔樁施工中常見的問題給出相應的處理方法，結(jié)合工程實際，提出成樁質(zhì)量控制措施。

滬通長江大橋 水上鉆孔樁 施工工效

1 工程概況

滬通長江大橋是新建滬通鐵路的控制性工程，橋址位于江陰長江公路大橋下游約45 km，蘇通長江公路大橋上游約40 km。該橋與通蘇嘉城際鐵路、錫通高速公路共通道建設，為通行4線鐵路6車道高速公路的公鐵兩用大橋。滬通長江大橋全長11.076 3 km，由主航道橋、專用航道橋、聯(lián)絡橋和南北引橋組成。主航道采用主跨1 092 m斜拉橋方案，專用航道橋采用主跨336 m鋼桁梁柔性拱橋方案。該橋建成后將成為世界跨度最大的公鐵兩用斜拉橋。

滬通長江大橋位于長江下游河段，橋位區(qū)陸域地貌屬長江沖擊平原的長江三角洲，通常低于長江的最高潮位和洪水位。橋位斷面形態(tài)近年在不斷變化，但斷面面積變化不大，平均水深穩(wěn)定在14.5 m左右。水上5#，6#墩屬于天生港專用航道橋，其鋼桁梁柔性拱施工是除主航道橋主墩外施工規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的施工項目。其中，5#墩鉆孔樁為大直徑超長樁，有28根直徑2.5 m的鉆孔樁，樁長117 m，單樁混凝土灌注量達597.5 m3，鉆孔平臺截面尺寸為48 m×32 m，在長江航道中實施作業(yè)，具有一定難度。本文總結(jié)了5#和6#墩鉆孔樁的施工工藝及參數(shù)、常見問題及處理方法，為類似水上樁基礎(chǔ)施工提供借鑒。

2 鉆孔樁施工主要資源配置

施工資源配置的目標是使材料、機械、人員的綜合工效最大化。

2.1 人員配置

設項目總經(jīng)理和2名分管生產(chǎn)的副經(jīng)理，1支腳手架隊，10名鉆孔員，2名電力工程師，2個鋼筋籠下放組，2個混凝土灌注組。

2.2 鉆孔樁材料供應

5#，6#墩鉆孔樁施工的材料供應配置為:①混凝土供應采用3×180 m3/h拌合站(實際供應能力超過150 m3/h;②5#，6#墩共用4條130 m長的鋼筋籠生產(chǎn)線;③配備2個18 m3的大料斗，另配4套130 m長φ315 mm的全新導管。

2.3 鉆孔樁機械設備比選

鉆機是鉆孔樁施工的關(guān)鍵設備，鉆機的性能參數(shù)和數(shù)量需經(jīng)過計算，進行性價比比選。對旋挖鉆機、反循環(huán)鉆機以及正循環(huán)鉆機的主要優(yōu)缺點進行了對比分析，見表1。

滬通大橋與嘉紹大橋的水文地質(zhì)條件有相似之處:①地層中都含有大量的礫石、黏土等，為此，選擇清孔排渣能力強的鉆頭;②都是超深鉆孔施工，泥漿循環(huán)系統(tǒng)都采用氣舉反循環(huán)、回轉(zhuǎn)鉆進成孔;③鉆孔排出的污漿都采用ZX-250泥漿分離裝置進行處理;④泥漿性能及鉆進參數(shù)的有效控制上也比較相似。嘉紹大橋施工共投入KTY-4000型鉆機10臺、ZDZ-4000型鉆機1臺、KT-5000型鉆機1臺。滬通長江大橋5#，6#墩施工選用ZDZ-4000，ZJD-4000，ZJD-3500型鉆機共計8臺，鉆機詳細性能參數(shù)見表2。滬通大橋其它機械設備配置見圖1。

3 超長樁基鋼筋籠施工工藝

3.1 鉆孔樁鋼筋籠生產(chǎn)制作

鋼筋籠制作方法有長線法與短線法。短線法的優(yōu)點主要在于機動性較好，對施工場地要求較低，但施工質(zhì)量不易保證，可能存在軸線偏差，接頭處主筋間隙較大，容易變形。對于變截面或主筋數(shù)量變化的鋼筋籠，短線法有一定局限性。采用長線法制作鋼筋籠時，主筋通長且同心，不存在后期偏心對接，施工質(zhì)量好。此外，長線胎架上可分為2～3個作業(yè)面流水化展開，利于施工組織，工效高。

表1 鉆機主要優(yōu)缺點

表2 鉆機的性能參數(shù)

圖1 機械設備配置

為了提高鉆孔樁鋼筋籠加工質(zhì)量及進度，滬通大橋5#，6#墩鉆孔樁鋼筋籠采用長線法制作。鉆孔樁共56根，直徑2.5 m，長度117～120 m。臺座長度由鉆孔樁鋼筋籠長度控制，單個臺座的胎架間距按2 m布置。在安裝和固定鋼筋定位架時，用全站儀和經(jīng)緯儀控制軸線，用水準儀控制標高，保證鋼筋定位架軸線在同一水平面和同一條直線上。同時，為了保證鋼筋籠制作時上下斷面的齊平，在臺座的一端設置擋板，并用型鋼支撐牢固。

3.2 鉆孔樁鋼筋籠安裝

鉆孔樁成孔檢驗合格后，用吊機分節(jié)吊裝鋼筋籠，分節(jié)依次拼裝、下放。為保證鋼筋籠起吊時不變形，每節(jié)鋼筋籠采用多點起吊吊裝。主筋接長采用直螺紋套筒連接，其余鋼筋采用焊接連接。鋼筋籠制作過程中須嚴格控制鋼筋籠接頭安裝質(zhì)量，安裝到位后及時固定，并將鋼筋籠與鋼護筒焊接以防止鋼筋籠在混凝土灌注過程中上浮。在進行鋼筋對接時，按照長線法拼接的標記對位，對接時要銜接迅速，減少作業(yè)時間，盡快下籠。

4 鉆孔樁施工工效

根據(jù)5#，6#墩已經(jīng)成樁的部分施工記錄，分別對5-2#，5-6#，5-14#，5-17#，6-03#，6-05#，6-07#，6-21#鉆孔樁施工工效進行了統(tǒng)計，包括鉆孔時間、清孔時間以及實際成樁時間等。

1)鉆孔時間。根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果可知，開鉆至成孔時間為162～385 h，平均為264 h，扣除異常輔助時間后，開鉆至成孔時間為 128.5～254.5 h，平均為184.9 h(7.7 d)，異常輔助時間約為80 h(3.3 d)。

2)清孔時間。成孔至第一次清孔完成時間為3.5～106.0 h，平均為32.3 h(其中，5-17#成孔至第一次清孔時間超過4 d，主要原因為鉆機故障，耽誤時間較長)，扣除 5-17#鉆孔樁特殊情況，平均時間為21.8 h。第一次清孔完成至第二次清孔完成時間為35.5～65.7 h，平均為46.9 h。第二次清孔完成至灌注開始時間為0.5～3.4 h，平均2.1 h;混凝土灌注耗時為9.1～15.6 h，平均為12.4 h。

3)實際成樁時間。總體施工時間控制在279.3～568.1 h，平均時間390 h(16.25 d)。扣除鉆孔過程中的異常輔助時間，施工時間為210.5～444.6 h，平均時間310.3 h(12.9 d)。由于滬通大橋與嘉紹大橋的水文地質(zhì)條件、施工設備和方法都較為相似，對兩者施工工效做了統(tǒng)計對比，見表3。可見，嘉紹大橋鉆孔總耗時為853.7 h，純鉆孔時間為517.4 h，約21.5 d;滬通大橋鉆孔總耗時為310.3 h，純鉆孔時間為184.9 h，約7.7 d。兩橋鉆孔樁孔深接近，嘉紹大橋孔徑是滬通大橋的1.5倍，雖然孔徑大降低了嘉紹大橋的鉆孔速度，但綜合考慮兩橋的鉆孔施工速度可知，滬通大橋鉆孔樁施工工效優(yōu)于嘉紹大橋。

表3 滬通長江大橋與嘉紹大橋試鉆孔樁工效時間

5 施工中常遇問題及處理方法

5.1 常遇問題

1)已成孔所出的渣樣顯示，5#，6#墩所在區(qū)域砂層中粒徑4～6 cm礫石(少量粒徑達8 cm)含量較多且分布廣泛，層厚達20～40 m。受地質(zhì)勘探鉆孔孔徑的限制，該部分離散分布的礫石難以在地勘報告中準確反映。尤其是5#墩鉆孔時出現(xiàn)長邊尺寸達35 cm的大漂石，成孔難度較大。大量礫石的存在對鉆機損傷較大，影響了鉆進工效。

2)6#墩部分樁位出現(xiàn)黏性非常大的黏土層，糊鉆現(xiàn)象嚴重，鉆進困難且需要反復提鉆清理、下鉆，影響鉆進工效。

3)施工平臺狹窄，水上鉆機設備較多，大型鉆機拼裝工藝復雜，所有鉆機從進場拼裝到正常鉆孔均不同程度地經(jīng)歷了前期設備磨合和地層磨合階段。部分鉆機故障率較高，出現(xiàn)卡鉆、縮孔、塌孔等問題，不同程度地影響了水上鉆孔樁施工工效及整個項目進度。

5.2 處理方法

1)鉆孔設備進場前應先對該段水域進行全面仔細的水文勘察，做好各類中大型漂石的排查與處理，并做好施工預案。

2)在鉆機進場過程中，要安排專人對設備進行檢查，降低設備故障率。在施工組織安排上，要對鉆孔設備預留出一定時間的磨合期，以確保設備后期的工作安全性和穩(wěn)定性。

3)對于“探頭石”引起的卡鉆，應適當下放鉆頭，然后強力快速上提，使其受瞬間沖擊縮回，從而順利提起鉆頭;對于由巖層結(jié)構(gòu)突變引起的卡鉆，可采用水下爆破;對于機械故障導致的卡鉆，可采取插入高壓水管置換泥漿的方法進行處理。

4)針對縮孔問題，應根據(jù)原因的不同分類處理，然后用重量較大的沖擊鉆沖擊以達到擠緊鉆孔壁的效果。

5)針對塌孔問題，一般應先回填，對由于泥漿性能指標不符合要求導致護壁效果欠佳引起的塌孔，在確定塌孔位置的同時立即拆除護筒并回填鉆孔，重新埋設護筒并換用性能指標達標的泥漿后再作業(yè)。

6 成樁質(zhì)量控制

1)嚴格控制泥漿質(zhì)量。嚴格按照工藝要求對泥漿的造漿、分離、循環(huán)進行控制，對鉆進過程、第一次清孔、第二次清孔、灌注混凝土各關(guān)鍵環(huán)節(jié)泥漿指標進行控制，在保證泥漿指標的前提下減少清孔時間。

2)嚴格控制聲測管安裝質(zhì)量。聲測管采取絲扣連接(含密封圈)，確保其連結(jié)密封不漏水。聲測管安裝完畢后，管頂必須采取焊鋼板或塞木楔子的方式進行封堵，同時加強聲測管保護。

3)嚴格控制導管安裝質(zhì)量。導管使用前必須做水密性試驗，導管安裝應控制好導管底與孔底高差，高差值應控制在30～50 cm。

4)嚴格控制水下混凝土灌注質(zhì)量。必須采取隔離球作為首灌混凝土的隔水措施，隔離球與導管內(nèi)壁須密貼。拌合站須做好首盤混凝土測試，首灌混凝土料斗容量須滿足封底要求。

5)加強施工現(xiàn)場的組織協(xié)調(diào)。施工單位做好施工現(xiàn)場的組織與協(xié)調(diào)及混凝土灌注前的準備工作，監(jiān)理單位做好驗收配合，盡量縮短成孔到灌注混凝土的時間。第二次清孔完畢后應在30 min內(nèi)灌注水下混凝土。

7 結(jié)語

滬通長江大橋水上鉆孔樁施工，由于受地理位置的限制，絕大多數(shù)鉆孔樁都處于水文條件較差的水域。5#和6#墩水上鉆孔樁施工過程中采用的資源配置方式以及問題處理方法成功克服諸多困難，取得了良好施工工效并保證了施工質(zhì)量，為今后類似工程項目的建設提供了借鑒。

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U443．15+4

A

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2015-03-05;

2015-05-10

張貴忠(1970— )，男，河北張北人，高級工程師。

(責任審編 李付軍)