福州新建洪山大橋主墩樁基礎(chǔ)施工方案及質(zhì)量控制措施

■陳珍玉

（福建路信交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，福州 350000）

1 工程概況

新建洪山大橋設(shè)計起點K0+041.3，左幅終點K0+513.8，右幅設(shè)計終點K0+510.8，左、右幅橋梁長分別為472.5m 和 469.5m，孔徑布置為（2×32.5）+（72+132+72）+（45+2×40）m，分雙幅布置。 其中，主橋孔跨（72+132+72）m采用預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)采用板式墩，群樁基礎(chǔ)。水中主墩3號、4號墩左右幅各有16根直徑2.2m鉆孔灌注樁，樁基為嵌巖樁，嵌入中風(fēng)化花崗巖1.5倍樁徑，樁長45m～64m間，花崗巖巖層飽和狀態(tài)下抗壓強度為 11.7MPa～103.6MPa，超過 60MPa的占總數(shù)的61%。其橋型布置圖、主墩鉆孔灌注樁平面布置圖，詳見圖1和圖2。橋梁設(shè)計荷載為城—A級，抗震為8度。

圖1 洪山大橋橋型布置圖（單位：cm）

圖2 洪山大橋主墩鉆孔灌注樁平面布置圖（單位：cm）

2 水文地質(zhì)條件

本工程跨越閩江北港，河道窄深，源短流急，平均約3年就要發(fā)生一次超2萬m3每秒的較大洪水，洪水就暴雨成因主要有梅雨型和臺風(fēng)雨型兩種，為內(nèi)河Ⅳ級通航河道。300年一遇洪水位+10.499m，10年一遇洪水期標(biāo)高+9.0m，流速1.5m/s，設(shè)計最高通航水位+8.08m，通航凈高≥8m，側(cè)高5m，單孔雙向通航凈寬＞120m，上底寬108m。潮型為正規(guī)半日潮，平均潮差大于 4 m。閩江多年平均高潮位+5.14m，多年平均低潮位+0.99m；最大漲潮流速1.1m/s，最大落潮流速1.19m/s；泥面標(biāo)高：-3.76m。

擬建場地自下而上依次為填筑土（Q4ml）、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土（Qel+dl）、全風(fēng)化花崗斑巖、砂土狀強風(fēng)化花崗斑巖、碎塊狀強風(fēng)化花崗斑巖、中風(fēng)化花崗斑巖（地基承載力特征值取fak=1500kPa）。

3 施工平臺設(shè)計方案

3.1 設(shè)計思路

東、西兩側(cè)便橋均不考慮通航要求，因洪山橋跨越閩江，兩側(cè)是河堤，且河底與岸側(cè)有高差，河堤邊考慮型鋼結(jié)構(gòu)作為過渡。

3.2 便橋及鉆孔鋼平臺使用功能要求

便橋及鉆孔鋼平臺承載力應(yīng)滿足表1中設(shè)計參數(shù)要求；便橋及鉆孔鋼平臺跨度、平面位置及高程滿足通航等要求。

3.3 鋼便橋及鉆孔平臺布置與結(jié)構(gòu)形式

便橋及鉆孔平臺結(jié)構(gòu)層自下而上分別為Φ800×10mm鋼管樁→雙層Φ426×8mm平聯(lián)管/2[20斜撐→主橫梁2工40a→主縱梁321型貝雷片→縱向工22a分配梁→橫向工12.6分配梁→8mm面板花紋鋼板→防護結(jié)構(gòu)。

表1 設(shè)計參數(shù)表

經(jīng)驗算，驗算包括單樁平均承載力計算、主縱梁鋼貝雷抗彎拉應(yīng)力計算、橫向分配梁、鋼管樁強度和穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)安全驗算及便橋與平臺過渡連接處構(gòu)造安全等，均滿足要求。

以西側(cè)便橋及4#墩平臺為例，其結(jié)構(gòu)布置如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 西岸右側(cè)便橋及4#主墩鉆孔平臺平面布置示意圖（單位：mm）

圖4 右幅4墩鉆孔平臺橫橋向剖面結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

圖5 右幅4墩鉆孔平臺縱橋向剖面結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

3.4 施工順序

本工程采用搭設(shè)便橋及鉆孔平臺作為后續(xù)工序施工的作業(yè)平臺，總體施工順序：先施工東、西兩側(cè)主便橋，再施工支便橋和主墩鉆孔平臺。東西兩側(cè)便橋、鉆孔平臺同時組織施工。

便橋和鉆孔平臺從基礎(chǔ)向上部結(jié)構(gòu)施工順序為：鋼管樁/擴大基礎(chǔ)施工→平聯(lián)管施工→下橫梁施工→貝雷梁施工→縱橫向分配梁施工→面板施工→附屬設(shè)施施工。

4 樁基施工及質(zhì)量控制

4.1 鋼護筒埋設(shè)

洪山大橋主墩3、4#墩鋼護筒采用外徑Φ2.5m，壁厚14mm，護筒長24m，Q235鋼板卷制，護筒頂?shù)卓?0cm范圍內(nèi)增設(shè)一道12mm厚的樁尖加強環(huán)，采用80t履帶吊結(jié)合定位架及DZJ180振動錘下沉到位，埋置深度為10m，頂面與鉆孔平臺持平。護筒埋設(shè)中心偏位不大于50mm，豎直傾斜度不大于1/100。

沉放鋼護筒時需通過定位控制樁放樣，先行放出鋼護筒的中心位置，安放護筒導(dǎo)向架，然后履帶吊移動鋼護筒，使鋼護筒中心與導(dǎo)向架中心位置重合。同時用水平尺或垂球檢查，使鋼護筒堅直，再連接振動錘，打開振動錘的夾鉗，使振動錘緩慢落于鋼護筒上，并保證振動錘中心與鋼護筒中心重合，確保施震過程中鋼護筒不跑偏，鉆進過程中，尤其在地層變化鉆進時，需隨時檢查護筒偏位，確保成孔偏位優(yōu)于規(guī)范規(guī)定。

4.2 鉆機選型及成孔順序

鑒于該大橋主墩3、4#水中樁基為嵌巖樁，花崗巖巖層飽和狀態(tài)下抗壓強度為11.7MPa～103.6MPa，超過60MPa的占總數(shù)的61%。因此選用沖擊鉆工作效率高、成孔質(zhì)量可靠、鉆進工作時對平臺操作空間要求小、自重荷載較小等特點的CK2200型沖擊鉆鉆機。鉆機安裝之前，測量人員根據(jù)樁位坐標(biāo)放出鉆機安裝位置，通過十字交叉法確定落錘中心點，使鉆機起吊鉆錘的最前端滑輪槽中心點（直接起吊鉆錘段鋼絲繩的中心線）的鉛垂線與樁孔中心點重合。在鉆進的過程中對底座四角點不間斷進行水準(zhǔn)校核，如發(fā)現(xiàn)鉆機有傾斜跡象平整度偏差大于5mm，進行及時的調(diào)整保證鉆機鉆錘中心、樁孔中心基本在同一鉛垂線上。

故該大橋主墩3#和4#主墩各設(shè)置3臺CK2200沖擊鉆隔孔跳鉆，三個循環(huán)完成樁基施工，每個主墩配備1臺泥漿處理器，每臺鉆機配備2臺泥漿泵以及其他配套設(shè)施。

4.3 泥漿的制配與循環(huán)

本工程鉆孔灌注樁施工采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥漿。制漿材料的膨潤土采用Ⅱ級鈣土，水：淡水，分散劑采用工業(yè)碳酸納（Na2CO3）等，絮凝劑采用PHP聚丙烯酰胺絮凝劑，增粘劑：選用中粘度堿性羧甲基纖維素（CMC）。

泥漿配比根據(jù)工藝試驗成果確定，配合比見表2：

表2 拌制泥漿配合比（1m3漿液）

根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，鉆孔施工時采用與成孔樁位護筒相鄰一個護筒或泥漿箱通過Φ300mm的螺旋橡膠連通管連接形成泥漿循環(huán)系統(tǒng)。正常鉆進過程中相鄰護筒作為沉淀池和儲漿池，反循環(huán)清孔時鉆機泥漿管與泥漿凈化器相連，循環(huán)泥漿通過凈化器排渣后返回相鄰護筒內(nèi)。

為保證施工各階段的泥漿性能指標(biāo)，開鉆施工期間每2h檢測一次，等泥漿性能穩(wěn)定后每4h檢測一次，并根據(jù)鉆進過程中地層變化情況增加檢測頻率。

4.4 鉆進成孔

鉆進過程中隨時注意地層變化，及時撈取渣樣判別，記入記錄表中，并與地質(zhì)報告對照，渣樣應(yīng)編號保存，以便分析。有關(guān)記錄時間按如下要求進行：①鉆進時間達到2h時需要記錄；②地質(zhì)變化時需要記錄；③交接班時需要記錄；④鉆頭更換時需要記錄；⑤維修或其他故原因而停鉆時需要記錄；⑥進入巖層后每20cm記錄一次。成孔結(jié)束，及時提供一份完整的施工記錄，包括鉆孔記錄、實際的地質(zhì)柱狀圖、巖樣標(biāo)本。

4.5 清孔

終孔后，經(jīng)檢測孔底沉渣厚度滿足設(shè)計及規(guī)范要求，孔內(nèi)泥漿指標(biāo)符合相對密度1.03～1.10；黏度17～20Pa.s；含砂率：＜2%；膠體率：＞98%要求后（循環(huán)時間控制在2～4h，循環(huán)滿足2個循環(huán)以上，具體循環(huán)時間根據(jù)現(xiàn)場泥漿指標(biāo)而定），及時停機提錘、移走鉆機，盡快進行孔深、孔徑、傾斜度及孔底沉渣的檢測和驗收。

4.6 鋼筋籠制作安裝

鋼筋籠采取在后場分節(jié)同槽長線胎膜法加工制作，采用平板車通過施工棧橋運至施工墩位，在鉆孔完成驗收合格后，用80t履帶吊分節(jié)吊入樁孔進行接長和下放。

以洪山大橋主墩右幅4#墩為例：鋼筋籠長度為45.5m，鋼筋籠主筋為12m一節(jié)，分節(jié)長度為：3×12m+1×9.5m=45.9m（樁基頂口第一節(jié)為12m）。由于全橋為嵌巖樁設(shè)計，每根鉆孔樁的實際樁長可能會與設(shè)計樁長有所不同，導(dǎo)致樁基底口最后一節(jié)鋼筋籠可能會加長或縮短。此時樁基鋼筋籠最后一節(jié)的分節(jié)長度將根據(jù)成孔后的標(biāo)高進行加長或截短調(diào)整。

4.7 水下混凝土灌注

水下混凝土澆注是鉆孔灌注樁施工的主要工序，也是影響樁身質(zhì)量的關(guān)鍵。灌注前須仔細(xì)測量沉渣，若沉渣厚度超出設(shè)計規(guī)定值（孔底沉渣厚度應(yīng)小于5cm）時須進行第二次清孔，二次清孔利用混凝土澆注導(dǎo)管采用氣舉反循環(huán)法進行，滿足設(shè)計要求后才能灌注水下混凝土。

4.7.1 水下混凝土灌注設(shè)備

灌注水下砼導(dǎo)管采用絲扣式無縫鋼導(dǎo)管灌注Φ300×10mm，快速螺紋接頭。底節(jié)導(dǎo)管采用9m整長中間無接頭，其他標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長為3m，另配長度為0.5m、1.0m、2.0m等短導(dǎo)管調(diào)節(jié)。導(dǎo)管接頭處設(shè)2道密封圈，保證接頭的密封性。使用前，應(yīng)進行水密承壓和接頭抗拉試驗。

根據(jù)首批封底混凝土方量的要求，首批封孔混凝土數(shù)量按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）規(guī)定第 8.2.11 式進行計算：V≥（πD2/4）（H1+H2）+ （πd2/4）h1=（π×2.32/4）×（1.0+0.40）+（π×0.32/4）×35.3=8.3m3，取 10m3。按照計算，即需加工集料斗容積為10m3，另加工一個1.5m3的小料斗，選用10m3集中大料斗和1.5m3灌注小料斗能夠滿足混凝土澆注的需要。

4.7.2 混凝土澆注設(shè)備

混凝土澆注采用商品混凝土，該攪拌站距離橋址處約25m，故配備15輛12m3輸送車進行運輸，采用混凝土拖泵進行灌注。

4.7.3 混凝土配合比設(shè)計

樁身混凝土為水中C35水下混凝土，混凝土除滿足強度要求外，還應(yīng)符合下列要求：

（1）水泥的初凝時間，不宜小于2.5h。

（2）粗骨料優(yōu)先選用卵石，如采用碎石宜增加混凝土配合比的含砂率。

（3）細(xì)骨料宜采用級配良好、質(zhì)地堅硬、顆粒潔凈且粒徑小于5mm的河砂。

（4）水下混凝土拌合物應(yīng)具有足夠的流動性和良好的和易性。

（5）灌注時坍落度宜為 180～220mm。

（6）混凝土的配制強度應(yīng)比設(shè)計強度提高10%～20%。

（7） 滿足 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）第6章節(jié)的相關(guān)要求。

4.7.4 水下混凝土灌注

主墩單根鉆孔樁的混凝土最大方量243.3m3，預(yù)計8h左右澆注完成。混凝土采用商品砼，通過泵車進行泵送，將混凝土輸送至平臺集料大料斗，料斗門放料，經(jīng)流槽進入小料斗和導(dǎo)管進行灌注。

正常灌注階段導(dǎo)管埋深控制在2～6m，且每7～15min測量一次混凝土面標(biāo)高，測點為2個，當(dāng)測點出現(xiàn)較大的高差時，應(yīng)及時調(diào)整導(dǎo)管埋深，同時混凝土在護筒刃腳以下時須保持護筒內(nèi)泥漿面高于水位2m。當(dāng)混凝土灌注臨近結(jié)束時，核對混凝土的灌入數(shù)量，以確定所測混凝土的高度是否準(zhǔn)確，當(dāng)確定混凝土的頂面標(biāo)高到位后，停止灌注，及時拆除灌注導(dǎo)管。灌注完成時，砼面應(yīng)高于設(shè)計樁頂標(biāo)高1.0m，以保證樁頭混凝土質(zhì)量。

4.7.5 成樁質(zhì)量檢測

本項目橋梁工程采用預(yù)先埋設(shè)聲測管作為鉆孔灌注樁超聲波無破損法檢測樁基成樁質(zhì)量，按設(shè)計和規(guī)范規(guī)定達到28d強度以后進行。因每樁必檢，故在下放鋼筋籠過程中，注意對聲測管注入淡水和接頭部位焊接密封，確保聲測管密封。在正式檢測前，提前派專人逐個模板聲測是否有堵漏情況發(fā)生，若有，及時采用淡水沖等方法處理。樁基超聲波或取芯檢測完成后，需要對預(yù)留孔洞進行壓漿封閉。

5 施工效果評價

該橋于2016年下半年開工建設(shè)，目前主墩及基礎(chǔ)已施工完畢，正在進行上部結(jié)構(gòu)梁體施工。該工程按照提出的質(zhì)量控制措施指導(dǎo)施工，鉆孔灌注樁的樁身連續(xù)完整無缺陷，全部是I類樁；樁的傾斜度、軸線偏位、混凝土強度等指標(biāo)均100%控制在規(guī)范允許值范圍內(nèi)。表明所提出的施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施極具針對性，是切實有效的，能為今后同類工程提供借鑒和參考。

[1]劉吉士，陳亞軍.橋梁施工百問[M].北京：人民交通出版社，2009，7.

[3]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2011，10.

[3]樁基工程手冊》編寫委員會.樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[4]建筑樁基技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[5]周國鈞，牛青山.灌注樁設(shè)計施工手冊[M].北京：地震出版社，2013.