水中流塑狀覆蓋層堅(jiān)硬斜巖面樁基礎(chǔ)成孔施工技術(shù)

何作文 劉勇 李超 伍旭陽 陳小柏 中交二公局第二工程有限公司

1.工程概況

1.1 主墩樁基概況

玉環(huán)市漩門灣大橋及接線工程主墩承臺下設(shè)38根φ2.5m鉆孔灌注樁，均為嵌巖結(jié)構(gòu)，樁身嵌入中風(fēng)化巖層的深度不得小于3倍樁徑。根據(jù)地質(zhì)條件，樁基長度分為24.5m和35.5m兩種，其中35.5m樁基8根，24.5m樁基30根。

1.2 水文條件

漩門灣大橋位于漩門大壩內(nèi)側(cè)，隨著漩門灣圍墾二期的完成，橋址區(qū)水域已經(jīng)成為封閉的蓄淡區(qū)，與外側(cè)樂清灣海水沒有水流交換，水面平穩(wěn)，水位變化小，水質(zhì)逐漸淡化，在長期侵水的情況下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐燭性，在干濕交替的情況下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐燭性。

1.3 工程地質(zhì)條件

主墩位置水下基巖起伏變化較大，水域上部分布海積流塑狀淤泥、淤泥質(zhì)土，厚度3.0～18.9m；局部可塑狀海積相粉質(zhì)黏土；下部為坡殘積相含碎石粉質(zhì)黏土，厚度1.5～7.4m。底部基巖為白堊系下統(tǒng)西山頭組凝灰?guī)r，局部侵入巖花崗斑巖巖脈，基巖埋深位于水底3～22.5m，基巖面起伏較大。根據(jù)原地勘報(bào)告，巖層飽和抗壓強(qiáng)度約50～80MPa，經(jīng)過補(bǔ)勘確認(rèn)，部分樁位巖層飽和抗壓強(qiáng)度均在100MPa以上，最大飽和抗壓強(qiáng)度為160MPa，巖石完整性好、強(qiáng)度極高。

2.施工難點(diǎn)

主墩橋位處河床表面分布流塑狀淤泥，淤泥下方即為風(fēng)化巖層，鋼護(hù)筒無法采用常規(guī)的振樁錘打設(shè)的方式施工；基巖面起伏較大，主墩墩位處橫、縱橋向均有陡坡，樁基開孔困難、護(hù)筒底部容易漏漿；主墩瀕臨現(xiàn)有大壩，大壩回填過程中部分塊石滾落到橋位處，加劇了樁基開孔的困難和護(hù)筒底部漏漿現(xiàn)象。

3.樁基成孔工藝

3.1 鉆孔平臺搭設(shè)

3.1.1 鉆孔平臺設(shè)計(jì)

主墩全部位于水中，樁基施工前需搭設(shè)鉆孔平臺變水上施工為“陸上”施工。鉆孔平臺采用“梁柱式”結(jié)構(gòu)，鋼管樁采用φ1000mm×10mm 的鋼管，鋼管樁縱、橫向間設(shè)置20a 的剪刀撐和φ273 mm×6 mm 平聯(lián)鋼管連成整體，鋼管樁上部設(shè)置2HN500×200mm樁頂主梁，采用牛腿和鋼管樁焊接固定，主梁頂設(shè)置“321”型貝雷承重梁，貝雷梁頂為工25a分配梁和δ=10mm厚橋面板。鉆孔平臺每邊比承臺寬約3m，以便于布置鉆機(jī)等設(shè)備。

3.1.2 鉆孔平臺施工

鉆孔平臺施工采用“釣魚法”懸臂拼裝。下部結(jié)構(gòu)鋼管樁吊裝設(shè)備采用80t履帶吊，配合DJZ90型振樁錘進(jìn)行沉樁。樁基振沉到位后，檢查鋼管樁入土深度、平面位置和傾斜度等。經(jīng)檢查合格后，安裝樁間平聯(lián)、斜撐和樁頂分配梁。

根據(jù)80t履帶吊吊裝能力，鉆孔平臺貝雷主梁在后場拼裝，一組（兩排）貝雷整體起吊安裝。貝雷梁吊裝到位后，依次安裝型鋼分配梁、橋面板，最后安裝欄桿等附屬結(jié)構(gòu)。

3.2 鋼護(hù)筒施工

3.2.1 護(hù)筒設(shè)計(jì)

主墩樁基直徑為2.5m，護(hù)筒直徑比樁基大30cm，即采用2.8m直徑鋼護(hù)筒。護(hù)筒壁厚隨深度相應(yīng)調(diào)整，護(hù)筒底部采用厚鋼板，護(hù)筒頂部采用薄鋼板。護(hù)筒采用環(huán)氧重金屬防腐涂料進(jìn)行防腐處理。

3.2.2 斜巖面處理

主墩河床表層為流塑狀淤泥，無法作為鋼護(hù)筒的持力層；基巖頂橫、縱橋向均有較陡的斜巖面，需將護(hù)筒范圍內(nèi)的斜巖進(jìn)行處理，方可保證鋼護(hù)筒埋置的穩(wěn)定性、防止護(hù)筒底部漏漿。

先用吊車將鋼護(hù)筒放進(jìn)鉆孔平臺頂預(yù)留孔內(nèi)，利用護(hù)筒自重穿越淤泥層，使護(hù)筒底落在斜巖面上，然后向護(hù)筒內(nèi)回填大粒徑石塊將斜巖面填平，用沖擊鉆在護(hù)筒內(nèi)反復(fù)沖擊，直至斜巖面處理完成。沖擊鉆可選用10～15t重的鉆頭，鉆頭直徑比護(hù)筒內(nèi)徑略小，防止擴(kuò)孔系數(shù)過大。沖擊過程中，回填塊石被擊碎后，由于斜巖面的存在護(hù)筒底口可能存在漏漿現(xiàn)象，這時(shí)采用撈渣桶進(jìn)行護(hù)筒內(nèi)鉆渣清理，盡量減少護(hù)筒內(nèi)擾動(dòng)，減少泥漿外漏。

3.2.3 護(hù)筒跟進(jìn)

鋼護(hù)筒無法采用常規(guī)的振樁錘打設(shè)的方式施工，根據(jù)實(shí)際情況，采用沖擊鉆沖孔、護(hù)筒跟進(jìn)的方式進(jìn)行施工。

（1）護(hù)筒初步振沉。首先用平板車將分節(jié)制作好的鋼護(hù)筒運(yùn)輸至鉆孔平臺上，然后用履帶吊將護(hù)筒逐節(jié)接長，利用護(hù)筒自重穿越河床淤泥層，直至護(hù)筒不再下沉為止。

（2）沖擊鉆沖孔、護(hù)筒跟進(jìn)。護(hù)筒停止下沉后，首先復(fù)核護(hù)筒的平面位置及傾斜度，滿足要求后沖擊鉆就位，在護(hù)筒內(nèi)進(jìn)行沖孔，直至孔底進(jìn)入風(fēng)化巖層深度≥1m，沖孔過程中護(hù)筒同時(shí)跟進(jìn)下沉。

鋼護(hù)筒采用沖擊鉆沖孔后再跟進(jìn)的工藝施工，護(hù)筒無法靠自重跟進(jìn)到?jīng)_擊孔內(nèi)，考慮采用振樁錘振動(dòng)跟進(jìn)下沉的工藝租金高經(jīng)濟(jì)效益差，利用廢舊短節(jié)HN500×200mm型鋼拼接在一起形成一個(gè)邊長大于3m的承重矩形板，每次跟進(jìn)護(hù)筒時(shí)利用矩形板蓋住護(hù)筒，然后用鉆機(jī)自身的錘頭砸在矩形板上使護(hù)筒跟進(jìn)。該方法不僅能快速高效的使護(hù)筒跟進(jìn)，也能防止護(hù)筒變形。

（3）鋼護(hù)筒聯(lián)接。采用型鋼在護(hù)筒頂部進(jìn)行聯(lián)接，使所有護(hù)筒連成整體。

（4）護(hù)筒導(dǎo)向。護(hù)筒跟進(jìn)過程中為了保證護(hù)筒垂直度，增加三道導(dǎo)向措施，分別位于鉆孔平臺頂面、平臺鋼管樁上平聯(lián)管及鋼管樁下平聯(lián)管位置。平臺頂面導(dǎo)向利用短節(jié)HN500×200mm型鋼做限位，型鋼底部焊接在鉆孔平臺頂面；鋼管樁上、下導(dǎo)向?yàn)楣?5a型鋼組拼成的井字架。

（5）護(hù)筒底堵漏。護(hù)筒跟進(jìn)時(shí)，先用沖擊鉆沖孔再將護(hù)筒錘擊跟進(jìn)，沖擊孔與鋼護(hù)筒之間貼合度不可能太高，護(hù)筒底可能出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。為防止護(hù)筒底部漏漿污染外部水系或防止河床底淤泥進(jìn)入護(hù)筒內(nèi)部影響清孔質(zhì)量，施工時(shí)安排潛水人員進(jìn)入護(hù)筒內(nèi)，將護(hù)筒底部縫隙進(jìn)行封堵。

3.3 鉆孔工藝

3.3.1 設(shè)備選型及泥漿制備

本項(xiàng)目選用沖擊鉆作為成孔設(shè)備。泥漿的制備：將膨潤土、水、純堿等按比例制成基漿。新制泥漿每1m3配比為水：膨潤土：NaOH＝1000：120：1(kg)，配比應(yīng)根據(jù)各個(gè)樁位處實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行反復(fù)適配。

3.3.2 沖擊成孔

（1）沖擊鉆機(jī)就位。在現(xiàn)有鉆孔位置處移動(dòng)鉆機(jī)使其就位，移動(dòng)過程中必須保持鉆機(jī)平穩(wěn)，不發(fā)生傾斜、位移，待護(hù)筒內(nèi)泥漿儲備達(dá)到要求后，將鉆機(jī)中心對準(zhǔn)鉆孔中心，誤差滿足要求后準(zhǔn)備進(jìn)行鉆進(jìn)。

（2）鉆進(jìn)施工。下放鉆頭至孔底，開啟卷揚(yáng)機(jī)以2m左右沖程反復(fù)對巖面進(jìn)行沖擊，在沖擊過程中，根據(jù)鉆進(jìn)情況，緩慢均勻下放鋼絲繩。沖擊鉆機(jī)連續(xù)作業(yè)，直至沖擊效率低下時(shí)，更換成旋挖鉆機(jī)進(jìn)行撈渣，撈渣完成后，開走旋挖鉆機(jī)，重新對中沖擊鉆機(jī)，繼續(xù)沖擊。反復(fù)操作以上工序，直至滿足設(shè)計(jì)要求后，停止鉆進(jìn)，準(zhǔn)備進(jìn)行清孔。

3.3.3 清孔

樁基清孔采用兩次清孔工藝，均采用氣舉反循環(huán)法進(jìn)行。

（1）首次清孔。鉆孔至樁基設(shè)計(jì)底標(biāo)高時(shí)，移走鉆孔設(shè)備，進(jìn)行首次清孔。在孔口安裝夾板，下放清孔用導(dǎo)管，同步把氣管接好并綁扎固定在導(dǎo)管外側(cè)，導(dǎo)管頂口與泥砂分離裝置對接。啟動(dòng)空壓機(jī)送氣，利用反循環(huán)法進(jìn)行清孔，送氣時(shí)從小到大，氣壓應(yīng)稍大于導(dǎo)管底部水頭壓力。

（2）二次清孔。鋼筋籠和導(dǎo)管下放完成后，砼灌注前對孔底進(jìn)行第二次清孔。二次清孔工藝與首次清孔相同。

3.3.4 成孔質(zhì)量檢測

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，核實(shí)地質(zhì)情況，通過撈取孔底的鉆渣，與地質(zhì)柱狀圖對照，并對樁底巖石力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測，如與勘測設(shè)計(jì)資料不符，及時(shí)通知監(jiān)理工程師及現(xiàn)場設(shè)計(jì)代表進(jìn)行確認(rèn)處理；如滿足設(shè)計(jì)要求，立即對孔深、孔徑、孔型進(jìn)行檢查。孔深采用測量繩檢查，孔徑和孔型采用超聲波檢孔儀進(jìn)行檢查。

3.4 鋼筋籠安裝及水下混凝土灌注

鋼筋籠在加工場滾焊機(jī)上綁扎完成后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場采用吊車吊裝下放至檢測合格的樁孔內(nèi)，分節(jié)制作的鋼筋籠之間采用直螺紋套筒連接。水下混凝土采用剛性導(dǎo)管法進(jìn)行灌注，應(yīng)注意導(dǎo)管的水密性、首次澆筑方量、澆筑過程中導(dǎo)管埋深等。

4.結(jié)束語

玉環(huán)市漩門灣大橋及接線工程主墩樁基地質(zhì)情況復(fù)雜，基巖面起伏較大，橫、縱橋向均有較大的陡坡，且部分樁位處散落大粒徑石塊，樁基施工時(shí)通過采用斜巖面處理、鋼護(hù)筒跟進(jìn)、護(hù)筒底堵漏等措施保證樁基施工質(zhì)量，可為類似工程提供借鑒。