高潮汐深水長(zhǎng)大直徑鉆孔樁施工工藝探討

甘興洪

（中鐵三局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 102300）

近年來(lái)，隨著高速公路、高速鐵路、客運(yùn)專線建設(shè)速度的加快，帶動(dòng)橋梁施工技術(shù)水平的迅猛發(fā)展。橋梁作為一個(gè)非常特殊而重要的結(jié)構(gòu)，在高速公路、高速鐵路、客運(yùn)專線等工程建設(shè)中所占的比例越來(lái)越大。在跨越江河、湖泊、海洋時(shí)，考慮到通航及地質(zhì)等情況，橋梁上部通常采用各種各樣大跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)要求橋梁結(jié)構(gòu)和混凝土耐久性使用年限延長(zhǎng)，擴(kuò)大基礎(chǔ)應(yīng)用相對(duì)較少，普遍采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，因此深水基礎(chǔ)施工應(yīng)用廣泛。

使用沖擊鉆機(jī)施工鉆孔樁應(yīng)用廣泛，成孔速度較快，工藝成熟，但對(duì)于地質(zhì)復(fù)雜的高潮夕深水長(zhǎng)大直徑鉆孔樁來(lái)說(shuō)，施工難度大，施工進(jìn)度緩慢。若采用合理的施工技術(shù)，不僅能加快施工進(jìn)度，確保工程質(zhì)量?jī)?yōu)良，還能有效地降低工程成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為類似工程樁基施工提供較好的指導(dǎo)作用。

1 工法特點(diǎn)

利用鋼便橋及鉆孔平臺(tái)作為工作場(chǎng)地，沖擊鉆成孔，鋼護(hù)筒圍堰，水下鉆孔爆破施工入巖深度較大的鉆孔灌注樁。采用優(yōu)質(zhì)水及優(yōu)質(zhì)膨韌土調(diào)和泥漿，大型泥砂分離器清孔，大型起吊設(shè)備安裝鋼筋籠及大型料斗澆筑混凝土的方法施工，具有施工復(fù)雜但有序、工藝流程清楚，加快樁基成孔速度，確保樁身質(zhì)量，減少工程造價(jià)的特點(diǎn)。

2 適用范圍

在潮汐環(huán)境、深水環(huán)境、長(zhǎng)大直徑鉆孔、地質(zhì)比較復(fù)雜以及幾種情況相交的情況下，鉆孔效果明顯。適用于沿海與內(nèi)河水下工程等。

3 工藝原理

①采用水中搭設(shè)臨時(shí)鋼便橋及鉆孔平臺(tái)作為施工場(chǎng)地，將水中施工變?yōu)榕R時(shí)陸地施工；②采用鋼護(hù)筒圍堰，將外界環(huán)境與樁基內(nèi)部環(huán)境完全隔離，使特殊的施工環(huán)境變化為常規(guī)施工，減少施工風(fēng)險(xiǎn)；③沖擊鉆成孔，利用優(yōu)質(zhì)水及膨韌土調(diào)和泥漿，水下鉆孔爆破施工入巖深度較大的鉆孔灌注樁，大型泥砂分離器清孔，大型起吊設(shè)備安裝鋼筋籠及大型料斗澆筑混凝土施工。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

見(jiàn)圖1。

4.2 操作要點(diǎn)

主要包括：施工準(zhǔn)備、鉆孔便道及平臺(tái)設(shè)置、測(cè)量放樣、護(hù)筒圍堰施工、鉆機(jī)就位、造漿、鉆進(jìn)、成孔清孔、鋼筋籠制作、運(yùn)輸、吊裝和混凝土灌注。

4.2.1 施工準(zhǔn)備

①根據(jù)施工便橋和鉆孔平臺(tái)專項(xiàng)施工方案要求進(jìn)行便橋及鉆孔平臺(tái)施工，在鉆孔平臺(tái)位置預(yù)留出鉆孔樁位置。②鋼護(hù)筒進(jìn)場(chǎng)，并按照相關(guān)要求制作成型。③測(cè)量每個(gè)鉆孔處水深情況，為護(hù)筒插打施工提供可靠的水文依據(jù)，準(zhǔn)備好鋼護(hù)筒安裝的吊裝設(shè)備、下沉設(shè)備和其他施工機(jī)械。④選擇合理的鉆機(jī)型號(hào)，進(jìn)場(chǎng)就位，配置一定容量的泥漿池進(jìn)行沉渣及掏渣。

4.2.2 護(hù)筒安裝

4.2.2.1 鋼護(hù)筒的選材

護(hù)筒的選材與鉆孔樁的直徑、水深、水流、地質(zhì)條件有很大關(guān)系。根據(jù)不同水流、水深、地質(zhì)條件，一般要求鋼護(hù)筒直徑比設(shè)計(jì)樁直徑大20～40 cm?？紤]樁徑大、埋置深度深，鋼護(hù)筒按照0.5%的豎直度要求，通過(guò)計(jì)算鋼護(hù)筒底已偏移17.5 cm，所以對(duì)于埋置較深的鋼護(hù)筒在直徑的選擇上一般取大值。同時(shí)查看九龍江上游在建的廈深鐵路九龍江特大橋主墩直徑為2.5 m，樁徑采用壁厚12 mm、直徑2.9 m的鋼護(hù)筒。在成樁過(guò)程中，將部分鋼護(hù)筒變形作為參考依據(jù)，對(duì)于直徑為2.5 m的樁選用厚14 mm的鋼板卷，制成直徑為2.9 m的鋼護(hù)筒。

4.2.2.2 鋼護(hù)筒的制作

在確定了鋼護(hù)筒厚度和直徑之后，購(gòu)買(mǎi)鋼板進(jìn)場(chǎng)，鋼板規(guī)格采用9 110 mm×1 800 mm×14 mm，現(xiàn)場(chǎng)采用卷制機(jī)制作成1.8 m一節(jié)，焊接固定。

4.2.2.3 鋼護(hù)筒深度的確定

根據(jù)人民交通出版社的《橋涵》中的計(jì)算公式求得。計(jì)算公式如下：

L=[(h+H)γω－Hγo]÷(γd－γω)

式中：L——護(hù)筒埋置深度，m；

h——施工水位至河床表面深度，m；

H——護(hù)筒內(nèi)水頭，即護(hù)筒內(nèi)水位與施工水位之差，m；

γω——護(hù)筒內(nèi)泥漿容重，kN/m3；

γo——水的容重，kN/m3；

γd——護(hù)筒外河床土的飽和容重，kN/m3。

4.2.3 造漿鉆進(jìn)

造漿材料、造漿空間和造漿的質(zhì)量，直接關(guān)系到樁基成孔的質(zhì)量。為了防止縮孔、穿孔及塌孔現(xiàn)象的發(fā)生，要對(duì)以上三點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。對(duì)于高潮夕深水長(zhǎng)大直徑鉆孔樁應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)水及膨韌性黏土進(jìn)行調(diào)配。為保證泥漿在循環(huán)過(guò)程中有足夠的空間，造漿利用相鄰已安裝好的鋼護(hù)筒進(jìn)行造漿。施工時(shí)，先將黏土打碎放入泥漿池內(nèi)，拌制均勻后，用泥漿泵抽入需要鉆孔的鋼護(hù)筒內(nèi)進(jìn)行鉆孔。鉆孔時(shí)，派人適時(shí)進(jìn)行水頭觀測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的穿孔現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防。為保證護(hù)筒不穿孔，在出護(hù)筒1.5～2.0 m左右投入適量的水泥，用鉆錘沖擊均勻后，每隔20 min左右上下往復(fù)提升一次錘，24 h后即可正常鉆進(jìn)。為保證漲退潮時(shí)鋼護(hù)筒內(nèi)水頭差，采用兩臺(tái)泥漿泵同時(shí)施工，一臺(tái)放入鉆進(jìn)的孔內(nèi)，一臺(tái)放入裝有泥漿的孔內(nèi)。當(dāng)漲潮時(shí)，將泥漿池中泥漿抽入鉆進(jìn)的孔內(nèi)；在退潮時(shí)，將正在鉆進(jìn)孔內(nèi)的泥漿抽入到泥漿池一部分，始終保持孔內(nèi)外壓力差在0.02±0.01 MPa之間。根據(jù)鉆孔進(jìn)度測(cè)量孔深，檢查施工原始記錄，注意地質(zhì)變化，在地質(zhì)變化處撈渣取樣，判明后進(jìn)行記錄，并繪制地質(zhì)柱狀圖。

4.2.4 鋼筋籠制作、運(yùn)輸及吊裝

鋼筋籠在鋼筋加工場(chǎng)根據(jù)孔深制作成節(jié)，特制炮車(chē)運(yùn)輸，大型吊車(chē)垂直起吊安裝。鋼筋籠下設(shè)時(shí)，底節(jié)鋼筋籠下沉后露出鉆孔平臺(tái)，短筋不大于1 m，長(zhǎng)筋不大于2 m。同時(shí)，為了保證重量較大的鋼筋籠受力在鉆孔平臺(tái)上，而不是鋼護(hù)筒上，所以在鋼護(hù)筒的外側(cè)平臺(tái)上對(duì)稱固定50a工字鋼各兩根，在50a工字鋼對(duì)稱設(shè)置32a工字鋼各兩根，兩根并在一起。在兩工字鋼之間設(shè)置豎向孔穿入單根φ32 mm的鋼絲繩，鋼絲繩上部設(shè)置100 mm的圓鋼銷橫擔(dān)固定焊接在工字鋼上，下部用25 t的卸扣鎖在鋼絲繩上，卸扣下掛35 mm厚鋼板自制的掛鉤固定鋼筋籠。鋼筋籠安裝時(shí)，先用大型起吊設(shè)備吊起吊第一節(jié)鋼筋籠，對(duì)準(zhǔn)孔位中心后下放，四周工人扶住以防偏位。在鋼筋籠下設(shè)到事先安設(shè)好的掛鉤位置時(shí)，人工配合將掛鉤掛到鋼筋籠設(shè)置的吊點(diǎn)位置固定、松勾，起吊下一鋼筋籠，對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行鋼筋籠主筋連接和箍筋綁扎。

4.2.5 混凝土灌注

大直徑水中鉆孔樁砼灌注的質(zhì)量與砼配合比、和易性、流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間、泥漿比重、灌注時(shí)間等有著重要的關(guān)系。除了在灌注過(guò)程中對(duì)清孔質(zhì)量進(jìn)行控制外，還需重點(diǎn)對(duì)砼配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?？紤]到砼受海洋環(huán)境的影響，砼水泥用量相對(duì)陸地上要大，同時(shí)為保證水泥砼的流動(dòng)性和初凝時(shí)間，在砼內(nèi)加入適量的粉煤灰和外加劑，確保砼初凝時(shí)間在10h以上，坍落度控制在18～22cm。