橋梁深孔大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

祖重熙

（中國土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100038）

1 引言

樁基是橋梁的重要組成部分，其施工質(zhì)量決定著橋梁建設(shè)的成功與失敗，深孔大直徑鉆孔灌注樁在施工時有較高的技術(shù)要求，且難以控制其施工質(zhì)量，在具體施工時常會有較多的問題出現(xiàn)，在問題出現(xiàn)后也有較大的處理難度[2]。因此，為確保深孔大直徑鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量，對其施工技術(shù)開展進(jìn)一步研究非常有必要。

2 工程概況

達(dá)拉大橋位于緬甸仰光市區(qū)，橫跨仰光河，是連接仰光市中心與達(dá)拉鎮(zhèn)的市政公路橋。大橋跨河主橋部分為雙塔斜拉橋。斜拉橋部分總長690 m，其中主跨長370 m，兩側(cè)邊跨長2×160 m。主跨跨中橋面標(biāo)高56.987 m，橋塔中心橋面標(biāo)高53.684 m，雙橋塔斜拉索160束。

從技術(shù)層面看，達(dá)拉大橋主橋斜拉橋在開展水上深孔大直徑樁基礎(chǔ)施工時有較大的施工難度大和施工，大體積混凝土承臺施工時，質(zhì)量控制難度大，現(xiàn)場施工組織難度大。達(dá)拉大橋是緬甸施工難度最高的橋梁，做好達(dá)拉大橋樁基施工的研究，確保其樁基成樁質(zhì)量，不僅對保障橋梁安全和穩(wěn)定有重要意義，也可為后續(xù)深孔大直徑鉆孔灌注樁的施工提供一定的借鑒。

3 施工技術(shù)研究

3.1 施工平臺

初定的施工平臺有兩個設(shè)計方案：（1）采用大型駁船樁基施工+預(yù)制板模板樁帽；（2）采用鋼棧橋平臺樁基施工+鋼套箱樁帽。為確保下部結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和工期要求，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，大橋橫跨仰光河，主橋為雙塔斜拉橋設(shè)計，兩主墩（塔）均位于河道中間，主墩（PY1）距達(dá)拉側(cè)河堤壩約230 m，墩位處平均水深約15 m，主墩（PY2）距仰光側(cè)河堤壩約180 m，墩位處平均水深約20 m。邊墩（仰光側(cè)）高39.7 m，墩位位于河堤壩邊緣，邊墩（達(dá)拉側(cè)）高度33.6 m，墩位處平均水深約1.5 m。橋位處仰光河，河道水面寬約700 m，雨季最高水位+3.506 m，旱季最低水位-3.234 m，受潮汐影響，高差相對較大。主河道航運繁忙，交通量較大。大橋施工大型設(shè)備、材料較多。大橋各部工期節(jié)點十分緊張。綜合考慮以上施工條件，選擇以鋼棧橋平臺樁基施工+鋼套箱樁帽的方案進(jìn)行施工。

達(dá)拉側(cè)鋼棧橋全長231.64 m，仰光側(cè)鋼棧橋全長183.4 m，橋面凈寬8.0 m，鋼棧橋橋面標(biāo)高+7.136 m。鋼棧橋樁基礎(chǔ)采用單排3根φ630×10 mm鋼管樁，橫向中心間距3.0 m，橋墩跨度為12.0 m。為增強鋼棧橋整體穩(wěn)定性，每7跨設(shè)置1個加強墩，采用雙排3根φ630×10 mm鋼管樁，縱橫向中心間距均為3.0 m，管樁上部設(shè)置剪刀撐，在加強墩頂設(shè)置縱梁伸縮縫，管樁頂主橫梁采用雙排I45工字鋼橫梁，鋼棧橋縱梁采用10片貝雷梁，自制支撐桿，橋面分配梁采用I25工字鋼，間距30 cm，使用U形螺栓固定，橋面板采用10 mm鋼板，橋面欄桿，立柱采用80 mm方鋼，水平桿采用60 mm和40 mm方鋼，欄桿高1.2 m。

3.2 樁基施工

1）鉆機型號。結(jié)合地質(zhì)條件和成孔深度進(jìn)行考慮，決定選擇扭矩和壓力較高、排渣能力較強的反循環(huán)鉆機GF-400L進(jìn)行施工[3]，該類鉆機有200 kW的額定功率，可有效滿足施工需要。

2）施工準(zhǔn)備。為制定鉆孔樁施工時鉆孔設(shè)備的安裝和操作計劃，需做好如下準(zhǔn)備工作：（1）樁位放線。在平臺上放出樁位中心，并做4個護(hù)樁以標(biāo)識；（2）收集并準(zhǔn)備用于鉆孔樁的材料和設(shè)備（鉆機，膨潤土攪拌機，起重機，鋼筋制造等）；（3）檢查設(shè)備、混凝土、電力、水、膨潤土的供應(yīng)系統(tǒng)的運行情況。

3）鋼筋籠制作。鋼筋籠嚴(yán)格按設(shè)計和規(guī)范要求分節(jié)制作，每根樁分為11節(jié)鋼筋籠，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長12 m，總質(zhì)量75 t。鋼筋籠由內(nèi)至外使用41 mm、51 mm鋼筋作為內(nèi)側(cè)、外側(cè)縱向主筋，由內(nèi)至外使用13 mm、16 mm、19 mm鋼筋作為3層箍筋，主要箍筋間距自100~300 mm規(guī)律設(shè)置[4]。由于鋼筋籠直徑大，為防止鋼筋籠在儲存、運輸、安裝過程中變形，鋼筋籠內(nèi)設(shè)置三角支撐筋及斜支撐筋。內(nèi)設(shè)鋼筋內(nèi)支撐骨架。每節(jié)鋼筋籠之間使用鋼套筒連接，鋼筋的套筒試驗應(yīng)每500個進(jìn)行1次試驗，鋼筋使用套絲機打絲。鋼筋籠在加工廠內(nèi)使用特制的模具進(jìn)行集中加工，使用汽車運輸至現(xiàn)場，暫存于鋼棧橋上。鋼筋應(yīng)符合相關(guān)的規(guī)定，并應(yīng)滿足設(shè)計文件的要求。鋼筋應(yīng)有出廠合格證，外觀檢查合格后每批應(yīng)按要求抽取試樣。

4）護(hù)筒埋設(shè)。本工程鉆孔灌注樁鋼護(hù)筒埋設(shè)采用振動錘施沉。為了便于反循環(huán)鉆機鉆頭施工，且考慮到鋼護(hù)筒安裝過程中可能會出現(xiàn)的規(guī)范內(nèi)的垂直度偏差，本項目鋼護(hù)筒內(nèi)徑由原設(shè)計的2.5 m擴(kuò)大至2.66 m，壁厚20 mm，總長48 m，標(biāo)準(zhǔn)段長10 m，總質(zhì)量約20 t，護(hù)筒之外部分樁基孔徑維持2.5 m。由專業(yè)加工廠進(jìn)行加工制作，汽運至現(xiàn)場。通過采用護(hù)筒下放導(dǎo)向架來控制護(hù)筒下放垂直度及用于孔口進(jìn)行對接，接口采用坡口焊。采用龍門吊利用240振動錘下放，下放過程隨時檢查護(hù)筒垂直度及位置是否正確，必要時拔出重下。在完成后由現(xiàn)場工程師確認(rèn)買入深度是否達(dá)到設(shè)計要求。此外，在打樁時，應(yīng)通過鉛錘檢查鋼套管的垂直度，確保其處于誤差范圍內(nèi)。連接鋼護(hù)筒時，為確保連接時穩(wěn)定，應(yīng)將護(hù)筒和導(dǎo)向架固定在4個角落，并在護(hù)筒頂附近安裝3~5 mm厚、3~7 cm寬的墊板，以保證焊接質(zhì)量，另一護(hù)筒通過吊車起吊至指定位置，并以20個等距將鋼板進(jìn)行8 mm的焊接，以確保垂直度。兩個護(hù)筒在焊接時使用的焊接方法為藥芯焊絲電弧焊或氣體保護(hù)金屬極弧焊，坡口焊。現(xiàn)場焊縫每10個接頭進(jìn)行一次檢測，工廠焊縫進(jìn)行10%的測驗。

5）泥漿制備和處理。本工程的護(hù)壁泥漿以膨潤土造漿為主，泥漿通過自然沉淀或凈化裝置回收重復(fù)利用。所用膨潤土為緬甸當(dāng)?shù)嘏驖櫷粒F(xiàn)場在專用的攪拌桶或泥漿箱內(nèi)配制泥漿，鉆孔時根據(jù)地質(zhì)情況選定泥漿比重，控制泥漿黏度。

水上平臺泥漿系統(tǒng)由鉆機、泥漿箱、循環(huán)管路、泥漿凈化裝置等組成。施工準(zhǔn)備階段既需要在現(xiàn)場準(zhǔn)備泥漿箱[5]。將成組的鋼護(hù)筒打入后，將其與鋼管連接起來，循環(huán)使用膨潤土。同時在棧橋上布置3個6.0 m×3.0 m×1.5 m的泥漿箱（容積27 m3），分別作為沉降池、制備箱、膨潤土箱，并設(shè)置泥漿凈化裝置對沉降后的泥漿進(jìn)行處理。

在鉆井過程中，反向循環(huán)排出的鉆井泥漿和泥渣首先在沉淀池中沉淀，泥漿通過立式泥漿泵泵送到ZX-200泥漿分離裝置，未沉淀的細(xì)顆粒通過離心機進(jìn)行凈化。凈化后的泥漿返回孔中，并將自然沉淀的鉆渣使用挖掘機和自卸車從沉淀池中運出。廢渣和未使用的細(xì)砂通過自卸車運輸?shù)綇U物處理場。具體如圖1所示。

圖1 泥漿循環(huán)流程圖

6）鉆機就位和復(fù)測。鉆機就位前，由測量班負(fù)責(zé)測量護(hù)筒頂標(biāo)高及樁位中心，由鉆機班組長按照樁位中心拉“十”字控制線，鉆機按照十字控制線標(biāo)示的樁位中心就位。鉆機就位后，調(diào)整各液壓支腿使鉆臺平整。在鉆機動力頭下的驅(qū)動短節(jié)上掛線錘至“十”字線交點，復(fù)測鉆機就位偏差。經(jīng)測量符合偏差要求后方可開始鉆進(jìn)。

7）鉆進(jìn)成孔。結(jié)合背景項目的地質(zhì)特點，選擇三翼或四翼刮刀鉆頭進(jìn)行施工，鉆頭上部增設(shè)導(dǎo)正器，有效確保垂直度。在護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)時，在原有鉆頭外側(cè)安裝4個翼板形成專用鉆頭，使鉆頭直徑接近護(hù)筒直徑。此外，在護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)時，先刷除護(hù)筒內(nèi)側(cè)的黏土，當(dāng)鉆至距護(hù)筒底口0.5 m處，提鉆更換直徑為2.4 m鉆頭，重新下鉆。當(dāng)鉆進(jìn)至護(hù)筒底口部位時，應(yīng)采用輕壓、慢轉(zhuǎn)施工。待鉆頭進(jìn)入穩(wěn)定地層2 m后，再恢復(fù)正常鉆進(jìn)速度。在正常鉆進(jìn)時應(yīng)控制鉆進(jìn)速度，宜采用減壓鉆進(jìn)的方式，并隨時觀察鉆桿、塔架的擺動與震動情況，在變層時放慢鉆速，并上下提動鉆具進(jìn)行掃孔，確保鉆孔垂直度，避免出現(xiàn)臺階孔。

考慮到本項目主墩有2.5 m直徑和116 m最大樁長，有較高的垂直度要求，因此，在成孔施工時，需通過如下措施對鉆孔垂直度進(jìn)行控制：（1）鉆機就位后，需采用水平儀進(jìn)行測量，以確保鉆機水平；（2）鉆進(jìn)過程中，需采用減壓鉆進(jìn)的施工工藝，鉆進(jìn)時根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，尤其是遇到變層及軟硬不均的地層情況；（3）鉆進(jìn)過程中，應(yīng)隨時觀察鉆桿在鉆臺中的位置，如發(fā)現(xiàn)有鉆孔偏斜的趨勢時，應(yīng)減慢鉆孔速度進(jìn)行掃孔；（4）鉆進(jìn)過程中，每鉆完1根鉆桿時，應(yīng)進(jìn)行一次掃孔，確保孔壁圓滑。

8）清孔。成孔后應(yīng)分兩次清孔。第一次清孔在終孔提鉆前進(jìn)行，將鉆具提離孔底20 cm，上、下活動鉆桿，低速回轉(zhuǎn)，待孔內(nèi)返出的泥漿性能指標(biāo)符合驗收要求，方可提鉆；第二次清孔在鋼筋籠下放完成后進(jìn)行，采用灌注水下混凝土的導(dǎo)管作為吸渣管。二次清孔采用氣舉反循環(huán)工藝，補漿時采用新制備的優(yōu)質(zhì)泥漿，以加快清孔速度。清孔完成后，及時使用測繩測量鉆孔深度和孔底沉渣厚度。清孔后沉渣厚度及泥漿指標(biāo)應(yīng)滿足成孔驗收指標(biāo)要求。

9）鋼筋籠安裝。分節(jié)吊裝鋼筋籠，主墩鉆孔樁采用100 t龍門吊進(jìn)行吊裝，鋼筋籠起吊時，采用大小鉤同步配合四點起吊的方法進(jìn)行，起吊后應(yīng)對準(zhǔn)孔位。分節(jié)制作的鋼筋籠端頭放置定制的鋼筋定位器，以便于與下一節(jié)準(zhǔn)確對接。在孔口連接時，在保證連接質(zhì)量前提下，應(yīng)盡量減少孔口作業(yè)時間。兩節(jié)鋼筋籠連接時，應(yīng)在兩個相互垂直的方向觀察鋼筋籠是否垂直，調(diào)整好后采用套筒機械連接，連接完成自檢合格后報驗收。鋼筋籠下放前，應(yīng)及時去除鋼筋籠內(nèi)側(cè)的臨時支撐筋，去除過程中應(yīng)拿緊扶穩(wěn)，防止支撐筋落入孔內(nèi)。在下放鋼筋籠過程中，鋼筋籠要保持豎直挺立，鋼筋籠中心線與樁中心盡量重合，向下放送時速度要慢，減少鋼筋籠對孔壁的剮蹭。鋼筋籠安放時輔助固定及吊裝的鋼筋應(yīng)延伸至地面，采用扁擔(dān)固定至設(shè)計標(biāo)高，防止鋼筋籠掉落孔底。鋼筋籠安放完畢后，采用測錘對每根聲測管進(jìn)行測量，確認(rèn)聲測管暢通后，及時對聲測管進(jìn)行密封。

10）灌注混凝土。混凝土由拌和站按照批準(zhǔn)的配合比拌制，罐車運送至現(xiàn)場。施工現(xiàn)場準(zhǔn)備好后立即澆筑初始混凝土，用于直徑2.5 m樁的首盤澆筑。首批混凝土方量約為11.11 m3，采用6 m3大料斗和6.5 m3存料斗，澆筑時使用8 m3混凝土攪拌車1輛，在灌注前放入氣球隔水塞。首先需將儲料斗提起并置于鉆孔旁，再通過大料斗裝滿存料斗，隨后連接大料斗使用導(dǎo)管，最后通過斜槽連接存料斗與大料斗。在首盤澆筑后，應(yīng)用鉛錘測量孔底混凝土深度，確保導(dǎo)管埋設(shè)深度2.0~5.0 m。在澆筑施工時，每次均應(yīng)緩慢且均勻地提起導(dǎo)管，嚴(yán)禁快速提起導(dǎo)管。

4 結(jié)語

作為橋梁基礎(chǔ)，樁基質(zhì)量對橋梁施工質(zhì)量和安全有較大影響。相比于普通樁基，深孔大直徑鉆孔灌注樁有著更高的施工要求，且施工質(zhì)量把控難度較高，在施工時常出現(xiàn)較多問題。本文針對達(dá)拉大橋的施工重難點，重點制訂了翔實的施工方案，為達(dá)拉大橋的順利完工提供了施工保障。