探討某深水裸巖大直徑樁基施工技術(shù)

王 菲

（貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)高速公路大橋建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，為滿(mǎn)足部分橋梁承載力需求，橋梁樁基礎(chǔ)直徑隨之增大，部分橋梁樁基礎(chǔ)直徑可達(dá)3 m以上。傳統(tǒng)巖層區(qū)域大直徑樁基施工，常采用沖擊鉆正循環(huán)工藝，具有施工安全性高、孔壁穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)，但清孔難度較大，且鋼護(hù)筒必須進(jìn)入巖層，對(duì)周?chē)h(huán)境影響較大。部分采用氣舉反循環(huán)回旋鉆施工，施工效率較高，但采用泥漿反循環(huán)，環(huán)境污染較大[1-3]。為減小巖層區(qū)域大直徑樁基鉆進(jìn)施工對(duì)周?chē)h(huán)境的不利影響，提升樁基礎(chǔ)鉆孔施工效率，結(jié)合項(xiàng)目地質(zhì)特征，傾斜巖層地段主墩應(yīng)采用沖擊鉆正循環(huán)鉆進(jìn)，其余采取氣舉反循環(huán)清水鉆進(jìn)的樁基礎(chǔ)施工方案，并采取一系列環(huán)境、質(zhì)量、安全控制措施，高效率、低污染、低成本地完成了該項(xiàng)目3.6 m大直徑樁基礎(chǔ)鉆孔施工[4-5]。基于此，以該工程為依托，對(duì)深水裸巖大直徑樁基施工技術(shù)展開(kāi)研究，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

某高速公路大橋穿越某河流通航段，水深約12 m，河底基本為裸巖河床，大橋主墩有25#、26#、27#、28#四個(gè)，除28#墩約有3 m厚覆蓋層外，其他主墩基本無(wú)覆蓋層，裸巖巖層為泥質(zhì)粉砂巖層；4根主墩均設(shè)置單排4根端承樁，樁長(zhǎng)33～58.5 m，樁徑3.6 m，樁頂澆筑樁間系梁，采用 C30水下混凝土，單根樁基礎(chǔ)澆方量約為600 m3；樁基鋼筋籠設(shè)計(jì)采用雙層主筋，筋徑36 mm，單節(jié)重約90 t，主墩樁基設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖1。

圖1 主墩樁基設(shè)計(jì)圖

2 施工步驟

橋址區(qū)為通航河段，不具備斷航施工條件，為減少大橋施工對(duì)航道通航的不利影響，擬采用水上運(yùn)輸加鉆孔平臺(tái)作業(yè)方案，保證樁基礎(chǔ)施工階段大型吊點(diǎn)的使用效率及工程整體效率。在此樁基礎(chǔ)總體施工方案中，樁基礎(chǔ)施工大致分為鉆孔平臺(tái)搭設(shè)、鉆孔施工、鋼筋籠安裝及混凝土澆筑三個(gè)步驟，各步驟主要施工內(nèi)容及工藝要點(diǎn)如下。

2.1 鉆孔平臺(tái)搭設(shè)

四個(gè)主墩施工區(qū)域水深約12 m，且除28#墩有約3 m厚覆蓋層外，其他主墩河床基本為裸巖，常規(guī)鋼平臺(tái)難以生根固定，平臺(tái)鋼管樁必須引孔，且鋼護(hù)筒底口處須施作封底混凝土固定。

（1）鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸為29 m×15 m，滿(mǎn)足一臺(tái)氣舉反循環(huán)大型鉆機(jī)或沖擊鉆及其配套設(shè)備安裝空間需求。為防止鉆孔施工階段鉆孔設(shè)備回旋反力、沖擊力作用造成鉆孔平臺(tái)失穩(wěn)，平臺(tái)設(shè)置三排鋼管樁，且鋼管樁引孔深入至河床裸巖7 m，保證鉆孔平臺(tái)穩(wěn)定性。

（2）鋼管樁引孔采用船上沖擊鉆鉆設(shè)，并用灌砂工藝處理引孔樁。孔位鉆設(shè)完成后，采用浮吊下放鋼護(hù)筒外側(cè)的底部混凝土鋼圍擋，再搭設(shè)鉆孔平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)。鋼護(hù)筒采用12 mm厚鋼板現(xiàn)場(chǎng)卷制，護(hù)筒直徑為3.9 m，為防止鋼護(hù)筒吊運(yùn)、安裝階段筒頂口、筒底口變形，頂部、底部設(shè)置50 cm加強(qiáng)段，頂部孔口焊接十字形支撐架。

（3）鋼護(hù)筒安裝前，通過(guò)測(cè)放定位樁孔位，確定護(hù)筒中心位置，并標(biāo)于孔底，利用浮吊定位護(hù)筒，并整節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)、下放安裝。

（4）鋼護(hù)筒下放至孔底就位后，沙包塞填護(hù)筒與周?chē)鷰r壁孔隙，并在鋼護(hù)筒底部與鋼圍擋間澆筑約1.5 m高混凝土固定鋼護(hù)筒，具體如圖2所示。

圖2 鋼護(hù)筒底部混凝土澆筑示意圖

2.2 鉆孔施工

根據(jù)主墩施工區(qū)域地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告，28#墩施工區(qū)域內(nèi)巖層傾斜度較高，為保證成孔垂直度滿(mǎn)足要求，該主墩采用沖擊鉆成孔。其他主墩施工區(qū)域內(nèi)傾斜度較小，具備回旋鉆成孔作業(yè)條件，為保證施工效率，采用回旋鉆成孔[6-7]。

（1）為保證成孔質(zhì)量，采用二次成孔工藝，先采用2.5 m直徑刮刀鉆頭鉆進(jìn)至孔底，再由3.6 m截齒鉆頭拓寬孔徑。

（2）以26#墩1號(hào)樁基為例，鉆孔施工周期為30 d。施工日志顯示，2.5 m直徑刮刀鉆頭在中風(fēng)化巖層鉆進(jìn)速率約為35 cm/h，微風(fēng)化巖層鉆進(jìn)速率約為20 cm/h，換成3.6 m截齒鉆頭后，中風(fēng)化層鉆進(jìn)速率下降至12 cm/h，微風(fēng)化巖層鉆進(jìn)速率下降至7 cm/h，鉆孔效率顯著下降。成孔垂直度檢測(cè)設(shè)備為側(cè)壁儀，經(jīng)檢測(cè)成孔垂直度為0.23%，垂直度控制效果較好，滿(mǎn)足規(guī)范要求。回旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)采用清水反循環(huán)，污水口設(shè)置于鋼護(hù)筒壁部位，施工階段不對(duì)外產(chǎn)生泥漿，出渣直接由運(yùn)渣船外運(yùn)，成孔施工基本不會(huì)對(duì)施工水域造成污染。

（3）28#墩施工區(qū)域岸側(cè)巖面傾斜度較高，采用沖擊正循環(huán)鉆孔工藝易于控制成孔垂直度。泥漿正循環(huán)工藝可全尺寸鉆進(jìn)，無(wú)須二次拓孔，且設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，輔助設(shè)備、工序較少，但需要采用泥漿護(hù)壁，泥漿及鉆渣須進(jìn)行多級(jí)沉淀處理，且施工階段必須及時(shí)主動(dòng)補(bǔ)水。以28#墩1號(hào)樁基為例，鉆孔周期約30 d，其開(kāi)鉆準(zhǔn)備、鉆孔設(shè)備維護(hù)時(shí)間遠(yuǎn)低于回旋鉆成孔，但泥漿控制、清孔作業(yè)難度較大。經(jīng)檢測(cè)成孔垂直度為0.21%，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.3 鋼筋籠制安及混凝土澆筑

該工程主墩樁基直徑較大，且鋼筋籠采用雙層主筋設(shè)計(jì)，單節(jié)鋼筋籠重約20 t，單樁基鋼筋籠重超過(guò)90 t，鋼筋籠制作、轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝過(guò)程中，一旦保護(hù)措施不到位，極易造成鋼筋籠變形。

（1）為防止鋼筋籠制作、轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝過(guò)程中鋼筋籠結(jié)構(gòu)失穩(wěn)變形，綜合同類(lèi)大直徑鋼筋籠施工經(jīng)驗(yàn)，采用雙層加強(qiáng)圈，并在單節(jié)鋼筋籠頂?shù)卓谠O(shè)置六角支撐，保證主筋絲頭對(duì)接緊密性，優(yōu)化鋼筋籠整體結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示，優(yōu)化結(jié)構(gòu)可有效保證鋼筋孔穩(wěn)定性，減少起吊作業(yè)造成鋼筋籠骨架變形[8-9]。

圖3 鋼筋籠對(duì)接施工優(yōu)化

（2）單節(jié)鋼筋籠制作完畢，在加工場(chǎng)地用兩臺(tái)16 t桁車(chē)吊起吊，由平板車(chē)運(yùn)輸至碼頭，再由水中浮吊水平吊起，并進(jìn)行豎直轉(zhuǎn)體，運(yùn)輸至墩位處暫存，再使用120 t大浮吊對(duì)接。

（3）考慮到單節(jié)鋼筋籠重約20 t，整節(jié)鋼筋籠重達(dá)90 t，須對(duì)吊具、下放支架進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足鋼筋籠吊放施工要求。該工程下放支架采用簡(jiǎn)易插銷(xiāo)式框架結(jié)構(gòu)，方便了鋼筋籠定位及對(duì)接調(diào)整施工。鋼筋籠下放完畢后，使用8根吊筋和端部開(kāi)口鋼板，將下放完畢的鋼筋籠固定于下放支架的限位插銷(xiāo)。

（4）混凝土為臨近攪拌站攪拌，由罐車(chē)運(yùn)輸至碼頭，再由混凝土運(yùn)輸船運(yùn)輸至主墩旁地泵船，水下混凝土灌注采用儲(chǔ)料斗壓水，保證混凝土灌注施工通暢性。施工期間投入罐車(chē)6臺(tái)，運(yùn)輸船3艘，地泵船1艘，每艘運(yùn)輸船配備2個(gè)水泥罐，地泵船配備3臺(tái)地泵（1臺(tái)備用）。

3 結(jié)論

該文依托具體工程，研究了深水裸巖大直徑樁基施工技術(shù)，克服了傳統(tǒng)超大直徑樁基的鉆孔施工技術(shù)的不足，優(yōu)化了深水裸巖區(qū)域3.6 m超大直徑樁基鉆孔施工工藝及鋼筋籠結(jié)構(gòu)，研究結(jié)論如下：

（1）在裸巖河床地質(zhì)條件下，采用三排鋼管樁加鋼管樁引孔的方式，解決了傳統(tǒng)鋼平臺(tái)無(wú)法生根固定的不足，保證了作業(yè)平臺(tái)穩(wěn)定性。

（2）針對(duì)傳統(tǒng)傾斜度差異較大河床鉆孔質(zhì)量控制難題，采用兩種鉆孔工藝相結(jié)合的方式，有效保證了成孔垂直度控制質(zhì)量，縮短了施工工期。且裸巖河床巖層平坦作業(yè)區(qū)域，采用回旋鉆成孔工藝，清水反循環(huán)施工，對(duì)外全程無(wú)泥漿產(chǎn)生，環(huán)境效益顯著。

（3）通過(guò)改用雙層加強(qiáng)圈、單節(jié)鋼筋籠頂?shù)卓谠O(shè)置六角支撐，對(duì)鋼筋籠結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)，解決了超大直徑超重鋼筋籠轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中易變形的難題。