淺談山西中南部鐵路通道汾河特大橋工程成樁工藝及方法

賈彥斌

中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司

淺談山西中南部鐵路通道汾河特大橋工程成樁工藝及方法

賈彥斌

中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司

山西中南部鐵路通道汾河特大橋全長(zhǎng)4729.676m，根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及橋位處的地質(zhì)情況，基礎(chǔ)均采用鉆孔摩擦樁，全橋總樁數(shù)1806根，其中Φ1.2m鉆孔樁1552根，其中Φ1.5m鉆孔樁254根。依據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，為了保證結(jié)構(gòu)的安全可靠、施工的順利進(jìn)行，在工程正式實(shí)施前需進(jìn)行必要的工程試樁，主要對(duì)樁基在各類土層中樁側(cè)摩阻力、樁端承載力、樁基豎向位移、單樁極限承載力和成樁工藝等進(jìn)行試驗(yàn)和驗(yàn)證。

鐵路通道;汾河特大橋;試樁方案

1 成樁工藝

根據(jù)地質(zhì)情況，第一組試樁采用沖擊鉆成孔工藝，第二組試樁采用旋挖鉆施工工藝，成樁工藝見(jiàn)“鉆孔樁施工工藝流程圖”。

圖1 鉆孔樁施工工藝流程圖

1.1 旋挖鉆鉆機(jī)選擇及成孔原理

鉆機(jī)型號(hào)擬采用上海金泰SD22型旋挖鉆機(jī)，主機(jī)重量66T，功率為194KW，回轉(zhuǎn)速度5r/min～25r/min，回轉(zhuǎn)扭矩 250kn.m，最大鉆孔深度為60m。

成孔原理：根據(jù)本工程地質(zhì)情況選擇取土筒鉆頭，當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)達(dá)到一定的裝斗量時(shí)，即可提鉆，鉆頭提出孔口打開(kāi)斗門，倒出鉆渣，而后操縱上車回轉(zhuǎn)至樁位，繼續(xù)鉆進(jìn)作業(yè)。如此循環(huán)操作，直至將樁孔鉆至設(shè)計(jì)孔深。

1.2 沖擊鉆機(jī)選擇及成孔原理

沖擊鉆機(jī)主機(jī)功率為45KW，鉆頭采用梅花型鉆頭，重量為4800kg。

成孔原理：利用鉆頭不斷地提鉆頭、落鉆反復(fù)沖擊孔底土層，把土層中的泥砂、石塊擠向四壁、打成碎渣，鉆渣懸浮于泥漿中，利用泥漿泵將鉆渣吸出孔外，重復(fù)上述過(guò)程沖擊鉆進(jìn)成孔。

1.3 主要施工方法及措施

1）場(chǎng)地平整：將施工場(chǎng)地平整壓實(shí)，做為施工用地。

樁位放樣：測(cè)定樁位和地面高程。樁位放樣時(shí)，樁的縱橫向允許偏差滿足驗(yàn)標(biāo)要求，并在樁的前后左右距中心2m處分別設(shè)置護(hù)樁。

2）護(hù)筒埋設(shè)：護(hù)筒用8mm厚鋼板制成，內(nèi)徑為140cm。護(hù)筒四周夯填黏土，護(hù)筒頂高出地面30cm以上，護(hù)筒長(zhǎng)度為6m。

3）鉆孔泥漿：泥漿由水、膨潤(rùn)土組成，并備足良好的造漿黏土，因表層為細(xì)圓礫土。

4）鉆孔：對(duì)主要機(jī)具及配套設(shè)備進(jìn)行檢修后開(kāi)始安裝就位。

①旋挖鉆施工：將鉆頭徐徐放入護(hù)筒內(nèi)，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)達(dá)到一定的裝斗量時(shí)提鉆，鉆頭提出孔口打開(kāi)斗門，倒出鉆渣，而后操縱上車回轉(zhuǎn)至樁位，繼續(xù)鉆進(jìn)作業(yè)。如此循環(huán)操作，直至將樁孔鉆至設(shè)計(jì)孔深。

②沖擊鉆施工：鉆機(jī)對(duì)位后，下入鉆頭，不斷地提鉆頭、落鉆反復(fù)沖擊孔底土層，利用泥漿泵將鉆渣吸出孔外，重復(fù)上述過(guò)程直至沖擊成孔。

在鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常測(cè)量孔深，并對(duì)照地質(zhì)柱狀圖隨時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)。鉆進(jìn)過(guò)程中必須核實(shí)地質(zhì)情況。在鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)照地質(zhì)勘探圖紙對(duì)鉆孔中所遇到的各種地層采取渣樣，并填寫地層的分層深度、取樣時(shí)間等標(biāo)簽，標(biāo)簽填寫好后裝袋保留。每1m取個(gè)渣樣，每一種地層中至少取一個(gè)樣，當(dāng)至設(shè)計(jì)圖紙要求的孔深前1m時(shí)，每0.5m取一個(gè)渣樣。在每個(gè)取樣鉆孔樁鉆進(jìn)完畢后清孔前找設(shè)計(jì)人員進(jìn)行地質(zhì)核對(duì)，并由設(shè)計(jì)地質(zhì)人員簽字確認(rèn)，所取渣樣由技術(shù)人員經(jīng)監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)證后進(jìn)行拍照并留存。當(dāng)其它沒(méi)有取樣的樁孔所處地層與設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)識(shí)的地層不相符時(shí)，應(yīng)通知現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)地質(zhì)人員到場(chǎng)，進(jìn)行地質(zhì)核對(duì)，確定終孔深度。

5）清孔：清孔采用正循環(huán)換漿法，以相對(duì)密度較低的泥漿逐步把鉆孔內(nèi)浮懸的鉆渣和相對(duì)密度較大的泥漿換出，換至孔內(nèi)泥漿比重低于1.1以下為止，且孔底沉渣厚度不得大于20cm。

6）鋼筋骨架的制作和安裝：鋼筋籠加工在鋼筋加工廠加工成型，自制平板車?yán)\(yùn)。鋼筋應(yīng)力計(jì)和荷載箱在現(xiàn)場(chǎng)安裝到鋼筋籠上，成孔清孔驗(yàn)收合格后，利用吊車將鋼筋骨架吊入樁孔內(nèi)。骨架落到設(shè)計(jì)高程后，將其校正在樁中心位置并固定。

7）二次清孔：鋼筋籠安裝好后，根據(jù)孔深安裝導(dǎo)管，然后進(jìn)行清孔作業(yè)，在澆注砼前進(jìn)行二次清孔，使孔底沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格并簽證后進(jìn)行水下砼的灌注。

8）澆筑水下混凝土：

①混凝土采用自動(dòng)計(jì)量拌合站拌合。混凝土坍落度控制在18cm～22cm之間。導(dǎo)管吊裝前先試拼，并進(jìn)行水密性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不小于孔底靜水壓力的1.5倍。導(dǎo)管接口連接必須牢固，封閉嚴(yán)密。

②首批混凝土用剪球法進(jìn)行。在漏斗下口隔水球，當(dāng)漏斗內(nèi)儲(chǔ)足首批澆筑的混凝土量后，剪斷球體的鐵絲，使混凝土快速落下，迅速落至孔底并把導(dǎo)管裹住，首批初灌混凝土將導(dǎo)管埋深不小于1m，澆筑連續(xù)進(jìn)行。邊澆筑混凝土邊提升導(dǎo)管和拆除上一節(jié)導(dǎo)管，使混凝土經(jīng)常處于流動(dòng)狀態(tài)。

③為確保樁頂質(zhì)量，澆筑砼比樁頂設(shè)計(jì)高程高0.5m左右。

2 試樁承載力測(cè)試

本橋試樁承載力測(cè)試采用自平衡測(cè)試法檢測(cè)，自平衡測(cè)試法是利用試樁自身反力平衡的原則，在樁端附近或樁身某截面處預(yù)先埋設(shè)單層（或多層）荷載箱，加載時(shí)荷載箱以下將產(chǎn)生端阻和/或向上的側(cè)阻以抵抗向下的位移，同時(shí)荷載箱以上將產(chǎn)生向下的側(cè)阻以抵抗向上的位移，上下樁段的反力大小相等、方向相反，從而達(dá)到試樁自身反力平衡加載的目的。試驗(yàn)時(shí)，在地面上通過(guò)油泵加壓，隨著壓力的增加，荷載箱伸長(zhǎng)，上下樁段產(chǎn)生彈（塑）性變形，從而促使樁側(cè)和樁端阻力逐步發(fā)揮。荷載箱施加的壓力可通過(guò)預(yù)先標(biāo)定的油泵壓力表測(cè)得，荷載箱頂?shù)装宓奈灰瓶赏ㄟ^(guò)預(yù)先設(shè)置的位移棒，用位移傳感器測(cè)得。由此可測(cè)得上下樁段兩條Q～S曲線及相應(yīng)的S～lgt曲線，采用合理的測(cè)試數(shù)據(jù)等效轉(zhuǎn)換方法和承載力確定方法，即可確定基樁的極限承載力、樁側(cè)、樁端阻力分擔(dān)情況等。

3 成樁質(zhì)量控制及檢測(cè)

3.1 質(zhì)量控制

鉆孔樁鉆孔質(zhì)量控制點(diǎn)包括樁位、樁徑、樁斜、樁長(zhǎng)、樁底沉渣厚度、泥漿指標(biāo)(包括密度、黏度、含砂量、膠體率和pH值)。

1）樁位控制

為確保樁位質(zhì)量，采取精密測(cè)量方法，即用全站儀定位，護(hù)筒埋設(shè)完，再次進(jìn)行復(fù)測(cè)。采用護(hù)樁“十”字交叉架校正護(hù)筒中心同樁位中心，保持一致。

2）樁斜控制

埋設(shè)護(hù)筒采用護(hù)筒內(nèi)徑上下兩端“十”字交叉法定心，通過(guò)兩中心點(diǎn)，能確保護(hù)筒垂直。鉆進(jìn)過(guò)程中利用旋挖鉆機(jī)自有的斜度控制儀進(jìn)行經(jīng)常性的校核調(diào)整孔斜，保證孔斜率小于1%。發(fā)現(xiàn)孔斜過(guò)大，立即采取糾斜措施。

3）樁徑控制

在軟塑粘性土地層，為防止縮孔而造成縮徑現(xiàn)象，以及在砂層、礫石等松散地層，為防止坍塌掉塊，均使用較大比重和黏度的泥漿。

4）樁長(zhǎng)控制

鉆孔前對(duì)護(hù)筒口高程與設(shè)計(jì)樁底高程要正確換算，確定鉆孔樁的樁長(zhǎng)。同時(shí)根據(jù)鉆孔取樣會(huì)同監(jiān)理工程師一起驗(yàn)證樁底地層情況，確定樁長(zhǎng)。機(jī)具長(zhǎng)度丈量要準(zhǔn)確。

5）樁底沉渣控制

采用泥漿換漿方法清孔。合理選擇泥漿性能指標(biāo)，換漿時(shí)，返出鉆孔的泥漿比重應(yīng)小于1.10，才能保持孔底清潔?？椎子俜e厚度，嚴(yán)格按清孔標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行，防止沉渣過(guò)多而影響樁長(zhǎng)和灌注混凝土質(zhì)量。

3.2 質(zhì)量檢測(cè)

1）成孔質(zhì)量檢查

鉆孔灌注樁在成孔過(guò)程中及終孔后、灌注混凝土前，由專職質(zhì)量檢查員對(duì)鉆孔進(jìn)行階段性的成孔質(zhì)量檢查。

A.孔位檢查

鋼護(hù)筒埋設(shè)完，在樁開(kāi)孔前采用全站儀定位檢查?？孜粦?yīng)符合表1的要求。

表1 鉆孔檢查項(xiàng)目及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

B.孔徑、孔形檢查

孔徑檢測(cè)是在樁孔成孔后，下入鋼筋籠前進(jìn)行的，采用與樁孔直徑一致的籠式檢孔器進(jìn)行檢查。檢測(cè)時(shí)，將籠式檢孔器吊起，孔的中心與起吊鋼繩保持一致，慢慢放入孔內(nèi)，上下通暢無(wú)阻表明孔徑大于給定的籠徑。所有樁孔孔徑應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

C.孔深和孔底沉渣檢查

孔深和孔底沉渣采用標(biāo)準(zhǔn)錘檢測(cè)。測(cè)錘采用錐形錘，錘底直徑15cm，高20cm，質(zhì)量6kg。測(cè)繩必須經(jīng)檢校過(guò)的鋼尺進(jìn)行校核。所有樁孔孔深和孔底沉渣厚度應(yīng)分別符合表1和表2的要求。

表2 清孔檢查項(xiàng)目及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

D.成孔豎直度檢查

加工檢孔器檢查，在檢孔器圓心拴測(cè)線，用重力下放，測(cè)量測(cè)線距孔口中心點(diǎn)的距離。檢孔器直徑1.2m，長(zhǎng)6m。

在圓心處拴一根測(cè)繩，利用自重邊放，邊測(cè)測(cè)線距孔口圓心的距離，既能測(cè)出偏測(cè)距離也能判斷出傾斜的方位。

所有樁孔豎直度應(yīng)符合表1的要求。

2）清孔泥漿檢查

清孔完成1h后，在樁孔底部以上0.5m處取孔內(nèi)泥漿，用比重稱、黏度計(jì)和含砂量計(jì)測(cè)定泥漿的比重、黏度計(jì)和含砂量。所有樁孔在清孔后的泥漿比重、黏度計(jì)和含砂量均應(yīng)符合表2的要求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.027