汕湛高速公路西江特大橋樁基成孔施工技術

徐梅州,劉紅勝

(保利長大工程有限公司,廣州 510640)

樁基工程是建筑工程項目施工的基礎部分,其施工水平對工程的整體質量具有決定性作用。結合廣東汕湛高速公路西江特大橋工程實例,介紹了主體橋梁在工程地質結構復雜、水位變化大的條件下樁基成孔施工技術,并對樁基施工中的困難給出了相應的解決方法。

1 工程概況

西江特大橋位于汕(頭)湛(江)高速公路清遠清新至云浮新興段西江特大橋設計施工總承包SSZB合同段(清云高速公路西江特大橋項目),起訖點樁號K113+300～K116+300,總長3 km。全橋共3聯:2×47 m+(202 m+738 m)+4×45 m,主橋為邊跨202 m(清遠側)+主跨738 m的雙塔雙跨吊鋼箱梁懸索橋,主橋下部結構采用大直徑鉆孔灌注樁基礎。兩側引橋(悅城東互通主線橋、魚鰓坑大橋)上部構造為預應力混凝土小箱梁和T梁,下部構造采用柱式墩和薄壁墩,鉆孔灌注樁基礎。悅城東互通C、D匝道橋上部構造采用現澆混凝土箱梁,下部構造采用柱式墩,鉆孔灌注樁基礎。

橋區屬西江流域,位于亞熱帶,氣候溫和,多年平均日照時數為1 282～2 243 h,多年平均氣溫在14～22 ℃之間,年際變化不大,全流域最低和最高的氣溫記錄分別為-9.8 ℃和42.5 ℃。西江流域徑流主要由降雨形成,流域內干、支流的洪、枯水期出現與降雨時空分布具有一定的規律性,汛期為5～10月,枯水期為11月～次年4月。常年水位變化大,設計最高通航水位17.630 m,最低通航水位0.730 m,枯水期水位+1～+5 m。土壤多為在第四紀沉積質上發育形成的赤紅壤。地質為西江河套地帶沉積階地,地勢起伏較大,地質結構主要為四層:軟土+粘性土+砂層+基巖結構。地下水位高,上部為素填土層,層厚約2～3 m,中部為殘積土層,下層為風化巖層。全橋橋位處覆蓋層厚度變化大,呈不連續分布,直接影響到護筒埋設深度和成孔方式的選擇。

2 鉆孔施工方案

根據鉆機性能及土層厚、入巖深、巖石堅硬等橋區地質情況分析來確定樁基礎施工的形式,對于兩個主墩采用回旋鉆及沖機成孔。南引橋樁基數量少,采用沖機成孔;北引橋樁基數量多,采用旋挖鉆成孔;北岸索塔部分樁基最初采用回旋鉆成孔。由于卵石、粗砂層較厚,容易造成鉆桿堵管,雖然進尺速度較沖機快,但是總的時間更長,因此北塔樁基改為以沖機為主、回旋鉆為輔。

3 旋挖鉆施工工藝

3.1 施工準備

針對工程所處地理位置及特點,在北引橋樁基施工前,必須做好以下幾項施工準備工作:1)修筑便道:北引橋14號、15號墩位于西江北岸灘涂區,灘涂區地面標高為+4～+9 m;從地連墻周邊便道靠下游向灘涂區放坡修建便道至墩位處,并在C匝道及北引橋0號承臺至6號墩沿主線修筑一條施工便道,如圖1所示。2)將水、電引進現場。3)裝配泥漿池,泥漿池布置考慮4～5個墩共用。

3.2 鋼護筒打設

鋼護筒用15 mm鋼板卷制而成,直徑比設計樁徑大20 cm,長度不小于3 m。鋼護筒頂部焊接兩個吊環,供拔護筒時使用。護筒埋設前先根據樁位引出四角控制樁,以控制護筒埋設位置?？刂茦队忙?2 mm鋼筋制作,打入土中至少30 cm。護筒埋設采用旋挖鉆機,先用鉆機鉆一個和護筒同口徑的孔,而后將護筒下放對正,再用鉆機下壓到位。護筒周圍要填土、搗實,避免漏漿,護筒中心與樁位中心偏差不大于50 mm,并保證護筒垂直、穩定?；炷凉嘧⒔Y束,并排盡水泥漿至新鮮混凝土,使用起重設備緩緩提出護筒,防止落入大土塊,影響樁頂混凝土質量。護筒全部拔出后,如有變形,需重新整修達到相關要求后,再埋設到其它樁位,重復使用。

3.3 泥漿制備與循環

泥漿的質量控制是旋挖鉆機成孔的關鍵因素。鉆機鉆進過程不能造漿,也不能進行泥漿的循環。開孔前需制備足夠的高性能泥漿,以確?？妆诘陌踩?。為保證泥漿的性能指標,該工程在泥漿池內集中制備泥漿,灌注過程進行回收后集中凈化處理,重復使用,以降低施工成本,保證現場文明施工。

該項目土層基本情況為素填土、粘土、沙礫、風化花崗巖等,采用膨潤土、純堿配制優質泥漿,泥漿配置如表1所示。制備時先將泥漿池清理干凈,加入一定配比的膨潤土和純堿經泥漿泵抽水進行拌和形成,過程中檢測泥漿指標是否符合要求,隨時進行調整,泥漿指標參數如表2所示。為了增加泥漿的粘度,減少其失水率,在配置泥漿時可加入適量的羧甲基纖維素(CMC),CMC為一種粘合劑可增加泥漿的粘度。

表1 泥漿制備表(質量比)

表2 泥漿指標參數

3.4 旋挖鉆機鉆進成孔

3.4.1 成孔工藝

旋挖鉆機成孔工藝與其它樁基不同[1]。旋挖鉆機采用靜態泥漿護壁鉆斗取土的工藝,是一種無沖洗介質循環的鉆進方法,但鉆進時為保護孔壁穩定,孔內要注滿優質泥漿(穩定液)。

旋挖鉆機工作時能原地作整體回轉運動。旋挖鉆機鉆孔取土時,依靠鉆桿和鉆頭自重切入土層,斜向截齒在鉆斗回轉時切下土塊向斗內推進而完成鉆取土;進入巖層時,自重力不足以使截齒切入巖層,此時可通過加壓油缸對機鎖鉆桿加壓,強行將截齒切入巖層,完成鉆孔取渣。鉆斗內裝滿土后,由起重機提升鉆桿及鉆斗至地面,拉動鉆斗上的開關即打開底門,鉆斗內的土依靠自重作用自動排出。鉆桿向下放關好斗門,再回轉到孔內進行下一斗的挖掘。旋挖鉆機行走機動、靈活,終孔后能快速的移位或至下一樁位施工。

3.4.2 鉆頭

根據不同土層選用不同型號的旋挖鉆頭[2],以適應土層旋挖壓力的變化。成孔選用挖泥鉆頭、挖砂鉆頭、截齒鉆頭三種鉆頭,如圖2所示。選擇依據為:1)對粘性土層使用挖泥鉆頭,挖泥鉆頭的底蓋為單層。2)對砂層則采用挖砂鉆頭,挖砂鉆頭和挖泥鉆頭的結構基本一致。但為保證鉆頭的密封性,這種鉆頭的底部為雙層底,施工時通過雙層底的旋轉打開和閉合。3)在風化花崗巖層鉆進時,采用截齒雙底鉆頭。

3.4.3 孔底沉淤控制

旋挖鉆斗的切削、提升上屑的機理與常見回轉鉆進的正、反循環成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通過鉆斗把孔底原狀土切削成條狀載入鉆斗提升出土,后者是通過鉆頭把孔底原狀土打碎由泥漿循環帶出土面。前者底部面緩,鉆至設計標高對土的擾動很小,沒有聚淤漏斗,所以要加強泥漿的管理,控制固相含量,提高粘度,防止快速沉淀,還要控制終孔前兩鉆斗的旋挖量。成孔深度達到設計要求后,繼續進行鉆機移位、終孔驗收工作。

3.4.4 清孔檢孔

成孔達到設計標高后,檢查孔深、孔徑、垂直度是否滿足要求。成孔質量符合圖紙和規范要求并經監理工程師批準,并立即進行第一次清孔。一次清孔采用鉆頭掏渣方式進行,直到泥漿主要性能指標滿足要求,孔底基本無沉渣。

3.5 鋼筋籠制作及安裝

鋼筋籠采用分節加工及安裝。樁基鋼筋籠在陸地上鋼筋加工廠內制作,由平板車運輸及貨船的運輸方式到達至施工平臺后,用汽車吊逐節下放進行安裝。主筋均采用直螺紋套筒連接。在鋼筋籠下方安裝鋼筋籠下放平臺,其目的一是為了提供鋼筋籠下放時的操作平臺,二是在鋼筋籠下放平臺上設有可伸縮的牛腿,用于每節鋼筋籠下放時的臨時固定。鋼筋籠下放到位后,為防止鋼筋籠偏位,采用連接鋼筋+套筒+墊板的形式固定在雙拼槽鋼上。

3.6 二次清孔

清孔的導管選用無縫鋼管制作,管內直徑為30 cm,壁厚8 mm。導管使用前和使用一定時間后對其進行水密承壓和接頭抗拉試驗,并檢查防水膠圈是否完好,有無老化現象。試驗要求接頭抗拉強度不低于母材強度,水密試驗水壓不小于1.3倍孔底水壓且不應小于導管壁和焊縫可能承受灌注混凝土時最大內壓力的1.3倍。經計算,水密試驗壓力為1.0 MPa。二次清孔采用正循環方式清孔[3]。由于一次清孔使用優質泥漿置換,且鋼筋籠下放時間短,孔底基本干凈,使用正循環方式清孔可以滿足要求。

3.7 混凝土澆筑

樁基采用C30水下混凝土。樁基采用水下導管灌注法施工,單根鉆孔樁的混凝土方量最大約為180 m3?；炷劣砂韬险旧a,混凝土運輸車運輸。根據計算,混凝土運輸車混凝土容量為9～10 m3,能滿足首盤混凝土方量要求(6.5 m3),因此采用混凝土運輸車直灌的方式進行。灌注水下砼的分水球采用“封堵鋼板+籃球”的方式,在砼灌注過程中設專人測量孔深并記錄,用測錘在不同方向量測。嚴格控制導管埋深在2～6 m之間,防止埋管過深提不起來或埋管過淺脫空產生斷樁事件。拆除導管前,還需測量準確砼灌注高度,同時每拆管一次前都要同攪拌站砼攪拌方量進行復核,以推算埋管深度是否合理[4]。

4 樁基鉆孔施工中的困難及解決方法

由于西江特大橋的南索塔位于河灘斜坡處,巖面傾斜大且巖石強度高,容易造成斜孔并易卡鉆、錘裂,處理將大大影響工期。針對實際情況,項目及時采取以下措施:1)要求專業隊采購備用錘,以減少錘裂后焊錘過程中沖機停機時間;2)制定檢查表格,要求現場施工員、專業隊管理人員在沖進過程中定期提錘,檢查沖錘有無裂紋、沖錘側邊牙有無磨損嚴重等;3)若發現斜孔跡象,及時回填片石重新鉆進,減少偏孔的深度,降低修孔的難度;4)在巖層交界面沖進時,采用低沖程、勤檢查的方法進行沖進;5)定期檢查泥漿性能指標,定期清渣,防止泥漿過濃后造成沖錘不轉、而導致梅花孔。

在北引橋樁基采用旋挖鉆機施工,在施工過程中:1)由于原計劃泥漿池太小影響進度,必須等上一條樁基澆筑以后才能開鉆下一條,所以提出改進措施:新加泥漿池,增加人員造漿,使現場有250 m3的泥漿儲存量;2)為保證成孔的垂直度,提出以下措施:首先利用護樁確定鉆頭的平面位置,然后根據鉆機上的電子設備調整鉆桿垂直度,鉆進過程中測量組利用全站儀復核鉆桿垂直度;同時要求專業隊在鉆孔過程中及時檢驗地基沉降情況。

5 結 語

汕湛高速公路西江特大橋跨越西江,地勢起伏較大,全橋橋位處覆蓋層厚度變化大,呈不連續分布,直接影響到護筒埋設深度和成孔方式的選擇。根據不同橋段的地質情況,采用不同的鉆孔方式,其中對北引橋樁基采用旋挖鉆機施工,并對樁基護筒、泥漿、鉆進等關鍵環節,采用相應的工藝對策,并解決了施工中遇到的各種難題,確保了施工順利進行,保證了樁基工程質量。該橋樁基施工已完成,成孔后各樁基孔深、孔徑、孔斜及沉渣厚度均達到工程質量檢驗評定標準,主墩樁基Ⅰ類樁比例100%,全橋樁基Ⅰ類樁比例95.3%。