深水裸巖地層3 m大直徑樁基施工關鍵技術

寧桂鋒

(廣西南玉鐵路有限公司,廣西 南寧 530022)

0 引言

隨著我國跨江跨海橋梁建設日益增多,水上鉆孔施工的工程越來越多。由于水上施工具有不可預見因素多、施工風險高、施工難度大等特點,同時樁基基礎作為工程施工的關鍵環節,直接影響后續工序的總體工期,因此必須確保一次成優。其中,裸巖地層大直徑鉆孔灌注樁施工,成倍地增加了水上大直徑鉆孔灌注樁的施工難度,對成樁質量提出了更高的要求[1]。本文以南玉鐵路六景郁江特大橋為依托,參考類似工程樁基施工經驗,對樁基施工工藝進行優化研究[2],采用雙層鋼護筒、大型旋挖鉆機分級擴孔成孔施工技術,確保了樁基成孔質量,為裸巖地層大直徑樁基施工提供經驗。

1 工程概況

新建南玉鐵路六景郁江特大橋全橋長11.465 km,主橋為雙塔雙索面鋼混部分斜拉橋,采用主跨(41.75+109+320+109+41.75)m的跨越郁江,橋位水深約15 m。其中P3#和P4#墩為斜拉橋主墩,基礎均采用24根樁徑3 m的鉆孔樁,樁長分別為40 m和46 m。

主墩橋位處地質以淤泥質粉質黏土、弱分化砂巖為主,覆蓋層較淺。因此需要解決鋼護筒下放及漏漿,同時需要選擇適宜的鉆孔設備及施工方法,只有克服這幾項技術難題才能確保成孔及成樁質量。

2 樁基設備選型

3 樁基成孔技術

兩個主墩樁基采用雙層鋼護筒、大型旋挖鉆機分級擴孔成孔施工技術。

3.1 裸巖地質條件下鋼護筒安裝技術

3.1.1 鋼護筒安裝工藝

鋼護筒需在裸露巖面上埋設,埋設的整體方案是:(1)下放外套阻水鋼護筒,護筒大小應能滿足基巖開槽設備施工空間,對基巖開槽施工起導向定位的作用,采用旋挖鉆牙輪筒鉆切槽,在外套護筒的導向定位作用下,在基巖上切槽,形成略大于施工護筒的圓形槽位;(2)下放內護筒,在外套護筒的導向下內護筒精確嵌入所切的環形槽位里,形成穩定的護筒受力結構,在實現護筒的精準就位同時確保護筒底與基巖面密貼。如圖1所示。

圖1 鋼護筒安裝布置圖

3.1.2 外護筒安裝

主墩鋼護筒總長為28 m,采用分節沉放,孔口豎向對接焊,下沉采用整體式雙層型鋼定位導向框進行定位,上下兩層導向架間距5 m,滿足相關的剛度要求。實際施沉時,完成第一節鋼護筒的入土著床,重點檢查其垂直度、平面偏位,確保豎向二次對接的垂直度[3]。

3.1.3 切槽

外套護筒加固完成后,鉆機就位并對位好樁中,選用6×φ3.4 m超長牙輪筒鉆開始鉆進,在φ3.5 m外套護筒中開始進行環切切槽,切槽外徑為φ3.4 m,牙輪寬度即切槽寬度為20 cm,環槽內徑φ3.2 m,切槽深度為2 m。

從上表，我們可以看到，孔子在《史記》任何一個部分中都有述及，可以說是貫穿于《史記》整個結構中的，體現了一種完整性。此外，述及孔子的部分在《史記》中分布比較均勻，雖然在書、世家和本紀等部分中所占比例較大，但若以全部述及孔子的卷數占《史記》總卷數的比例作參照，則差距尚不是很大，這又體現了一種普遍性，可見《史記》注重孔子絕不是偶然的，而是經過深思熟慮和精心設計的，表現了司馬遷對孔子的傾心關注。

3.1.4 施工護筒下放

完成入巖2 m環切切槽后,提出鉆頭并移開鉆機,按照下放外套護筒施工步驟,下放外徑φ3.3 m施工護筒,施工護筒下放時需確保精準落入環切槽內,然后采用120 t振動錘振動至不再下沉為止,確保護筒底與槽底密貼。施工護筒下放完成后,撤除外套護筒限制,拔起外套護筒,同時加固已入槽的施工護筒。施工護筒由于已入槽,在外套護筒起拔過程中能確保穩定。同時,在外套護筒拔除時,應迅速加固已入槽的施工護筒。

3.2 樁基成孔施工技術

3.2.1 鉆孔工藝

由于六景郁江特大橋主橋巖層為硬質砂巖,鉆孔工藝選定為分級擴孔成孔工藝:鉆頭中心定位及糾偏→φ1.5 m牙輪筒鉆鉆進至孔底(過程中截齒筒鉆取芯)→1.5 m導向φ2.0 m牙輪筒鉆擴孔鉆進→2.0 m導向φ2.5 m牙輪筒鉆擴孔鉆進→2.5 m導向φ3 m牙輪筒鉆擴孔鉆進→φ3 m截齒筒鉆掃孔→成孔檢查及一次清孔→下放鋼筋籠及二次清孔→混凝土灌注。

3.2.2 鉆頭中心定位及糾偏

巖面雖經過清淤且前期已完成護筒埋設,但仍不能確保護筒范圍內巖床平整,故開孔施工時的鉆頭中心定位及糾偏是確保成孔質量的重要保障。如圖2所示,利用特制的上導正牙輪筒開始護筒內鉆進,利用φ3 m導正圈與施工護筒確保φ1.5牙輪筒鉆垂中切割巖面。此時的φ1.5 m牙輪筒鉆中心與上導正圈及施工護筒均同軸。上導正牙輪筒的使用,既完成了鉆頭中心定位,也確保了垂直入巖。

圖2 上導正鉆頭鉆進示意圖

3.2.3φ1.5 m鉆孔及修孔

利用φ1.5 m的取芯筒鉆及撈渣鉆頭將φ1.5 m筒鉆切削部分撈出,此部分經過上導正定心及筒鉆切削,此段垂直度已得到保障。采用φ1.5 m長筒鉆切削,撈渣斗撈渣及取石柱等施工方法,直至φ1.5 m直徑到達設計樁底高程。利用特制φ1.5 m×6 m修孔鉆頭,對已鉆至孔底的孔形,進行修孔。確保整體孔型順直。

3.2.4 逐級擴孔轉進、沉渣撈取及成孔

修孔完成后,利用下導正鉆頭開始擴孔,擴孔過程配合相應撈渣鉆頭撈取擴至孔底的鉆渣。同時,后續逐級以每0.5 m孔徑遞增,直至完成φ3 m擴孔施工。鉆孔深度達到設計標高后,對孔深、孔徑進行檢查。如圖3所示。

圖3 分級擴孔示意圖

3.2.5 樁基清孔施工技術

成孔后進行一次清孔,以免間隔時間過長,造成清孔困難或坍孔[4]。清孔先初步采用平底撈砂鉆斗清理孔底沉渣,然后使用氣舉反循環清渣措施對孔底沉渣進行徹底清理[5]。當泥漿比重大或含砂率高時,出現氣舉反循環清理速度緩慢一直達不到效果,采取泥漿分離措施。下放后鋼筋籠,對孔底沉渣進行檢查,不符合要求需要繼續二次清孔。

3.2.6 混凝土灌注

安裝導管前必須進行密封試驗,吊放時位置要保持軸線順直,防止其卡掛鋼筋籠和碰撞孔壁。

由于孔徑較大,首盤混凝土要埋住導管1 m以上,經計算至少需要12.47 m3混凝土。為此專門加工一個容積達到12 m3的大料斗,孔口設置一個2 m3小料斗,大料斗用混凝土輸送泵泵送混凝土,首盤灌注時先將大料斗內灌滿混凝土,然后邊灌注邊用輸送泵往料斗內泵送混凝土,孔口小料斗罐車直接放料,兩個料斗同時供料,確保首灌質量。為保證樁頭混凝土質量,混凝土灌注面要超過樁基設計標高1.5 m以上,以防止樁頭為水泥漿,強度不足[6-9]。

4 結語

六景郁江特大橋主墩樁基為保證成樁質量,采用外套護筒及分級擴孔成孔工藝。在樁基混凝土齡期達到之后,經檢測,48根樁基均為Ⅰ類樁,達到預期效果。根據現場施工經驗,提出以下施工工藝優化建議:

(1)外護筒直接入土著床,外護筒下放過程中,重點檢查垂直度、平面偏位,確保豎向對接的垂直度。

(2)護筒安裝之前在孔位處精準定位外套護筒,在護筒內環切切槽,再下放施工護筒,該措施能快速完成裸巖、深水等困難施工條件下的樁基鋼護筒施工,且樁基施工護筒能準確地伸入穩定基巖,有效地保障了樁基施工質量。

(3)當地層巖性較硬,旋挖鉆在入巖時,需采用取芯截齒筒鉆配合嵌巖雙底撈砂斗進行鉆進。入巖旋挖鉆機所用截齒取芯鉆頭,通過合理布齒,使齒間相互為對方創造自由面,為高效入巖創造條件。

(4)利用特制的上導正牙輪筒開始護筒內鉆進,利用φ3 m導正圈與施工護筒確保φ1.5 m牙輪筒鉆垂中切割巖面。此時的φ1.5 m牙輪筒鉆中心與上導正圈及施工護筒均同軸。上導正牙輪筒的使用,既完成了有效定心,也確保了垂直入巖。

(5)樁基施工基于弱風化砂巖地質,采用分級擴孔施工工藝,從1.5～3.0 m分四級進行擴孔施工,同時安排三臺鉆機同時進行鉆進,3臺鉆機分別配合不同級別的擴孔,避免了分級擴孔過程中需要頻繁更換鉆頭的問題,大大縮短了樁基施工工期。