石門(mén)特大橋水中墩鉆孔灌注樁成孔施工技術(shù)

伍 環(huán) 宇

(茂湛鐵路有限責(zé)任公司，廣東 湛江 524000)

石門(mén)特大橋水中墩鉆孔灌注樁成孔施工技術(shù)

伍 環(huán) 宇

(茂湛鐵路有限責(zé)任公司，廣東 湛江 524000)

以石門(mén)特大橋水中墩鉆孔灌注樁成孔施工為例，論述了鉆孔灌注樁成孔施工中的主要過(guò)程及施工技術(shù)，提出了成孔質(zhì)量控制措施，總結(jié)了清孔的注意事項(xiàng)，為東海島鐵路跨海大橋的建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

水中墩,鉆孔灌注樁,成孔,施工技術(shù)

1 工程概況

石門(mén)特大橋位于湛江市遂溪縣官渡鎮(zhèn)石門(mén)村區(qū)域，新建茂名至湛江鐵路DK68+160.27～DK69+142.03，全長(zhǎng)為981.76 m，其中心里程為DK68+651.15，為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁雙線鐵路橋，孔跨布置形式為13-32 m+6-35 m(T形墩+32 m)+10-32 m簡(jiǎn)支梁，位于曲線上(αz= 31°14′43″，R=4 500，L0=340，T=1 428.64，L=2 794.01)。處于1.9‰的下坡段上。12號(hào)墩～21號(hào)墩位于海水中，基礎(chǔ)采用φ125 mm鉆孔樁基礎(chǔ)(最深35 m)。地下水對(duì)混凝土具有弱侵蝕性，鉆孔樁采用C40混凝土，承臺(tái)、墩身采用C50混凝土。本橋跨越石門(mén)港，該處河道較寬，附近多為魚(yú)塘，14號(hào)墩～16號(hào)墩之間還兼做通航孔。

本橋位區(qū)地表水體發(fā)育，石門(mén)港灣寬350 m～450 m，長(zhǎng)年有水。附近多為魚(yú)塘。地下水主要為第四系沖積覆蓋層中的孔隙潛水和基巖裂隙水，水量不豐富，主要靠大氣降水補(bǔ)水。橋區(qū)氣候條件屬亞熱帶海洋性濕潤(rùn)氣候，溫和多雨。年平均氣溫23.3 ℃，極端最高溫度38.5 ℃，極端最低溫度1.7 ℃，年平均降雨量1 735 mm，一般5月～9月為雨季。6月份～9月份易受臺(tái)風(fēng)影響4次～5次，風(fēng)力可達(dá)10級(jí)～11級(jí)，最大風(fēng)速為48.0 m/s；該地區(qū)多雷暴，年平均有雷日在80 d以上。地震動(dòng)峰值加速度值為0.1g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35 s，地震設(shè)防烈度值為7度。

2 測(cè)量放樣

橋墩位置的偏移，將為架設(shè)造成困難，導(dǎo)致橋梁墩上支座偏移，改變橋墩的應(yīng)力，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全及行車安全。準(zhǔn)確地測(cè)量放樣橋墩中心位置是非常重要的工作。橋墩臺(tái)定位采用全站儀以交會(huì)法為主，復(fù)測(cè)導(dǎo)線后，布設(shè)平面和高程控制測(cè)量樁點(diǎn)，根據(jù)控制樁的坐標(biāo)計(jì)算出設(shè)計(jì)樁位圖橋墩臺(tái)位置每一根樁中心的坐標(biāo)，沿線路中線方向在鉆孔平臺(tái)上設(shè)置中心樁的前后左右護(hù)樁，同時(shí)做好標(biāo)識(shí)、保護(hù)及警示。施工前測(cè)量人員、技術(shù)人員、鉆機(jī)長(zhǎng)根據(jù)樁位圖及樁間距對(duì)樁位逐樁復(fù)核，并形成測(cè)量交樁記錄，符合要求后由技術(shù)人員報(bào)監(jiān)理單位復(fù)核，經(jīng)監(jiān)理單位復(fù)核確認(rèn)后，才能進(jìn)入鉆孔作業(yè)。

3 護(hù)筒制作與埋設(shè)

鋼護(hù)筒采用δ=8 mm～10 mm的鋼板卷制，其內(nèi)徑大于設(shè)計(jì)樁徑0.4 m，護(hù)筒底口焊接一道300 mm高，8 mm～10 mm厚鋼板加固環(huán)，底口向上每1.5 m加焊一條寬150 mm厚16 mm的鋼板加固環(huán)，以增加底口剛度和強(qiáng)度，減少護(hù)筒周身摩擦力。護(hù)筒頂口與施工平臺(tái)標(biāo)高一致。護(hù)筒埋設(shè)深度要埋入河床面以下不小于1 m且要穿過(guò)淤泥層，并按要求在護(hù)筒四周設(shè)置井字形導(dǎo)向架，導(dǎo)向架由4根25b工字鋼打入河床作為定位樁，四周設(shè)雙層連接系結(jié)合施工平臺(tái)加固，以保證護(hù)筒的垂直度偏差小于1%，平面位置偏差小于5 cm。

4 造漿及排渣

4.1 造漿

泥漿在成孔中起重要的作用。1)護(hù)壁作用，形成防滲、防水帷幕。以孔內(nèi)高于地下水位的泥漿的側(cè)壓力平衡孔壁土壓力和孔周水壓力，抵抗孔周水滲入孔內(nèi)，維持孔壁穩(wěn)定。2)懸浮土渣，攜帶土渣出樁孔。不使土渣沉入孔底造成鉆孔困難、影響樁底沉渣厚度。

由于水域較寬，附近為村莊，淡水供給較困難，成本較高。使用石門(mén)港內(nèi)海水來(lái)制造泥漿不僅能為施工帶來(lái)方便，還可以節(jié)約成本。通過(guò)配制試驗(yàn)、試鉆過(guò)程中對(duì)泥漿參數(shù)的抽樣檢查情況、泥漿護(hù)壁的效果，驗(yàn)證了海水造漿符合該施工的要求。

泥漿由優(yōu)質(zhì)粘土或膨潤(rùn)土造漿、堿(Na2CO3)、聚丙烯酰胺(PHP)等原料組成，泥漿指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 鉆孔用泥漿性能指標(biāo)

4.2 排渣

泥漿循環(huán)是整個(gè)鉆孔施工中的重要環(huán)節(jié)。該工程根據(jù)施工的實(shí)際與機(jī)械的配套情況，同時(shí)考慮到施工平臺(tái)的承重、環(huán)境污染等因素，利用同一墩未鉆的鋼護(hù)筒作為泥漿池和沉淀池。鉆進(jìn)時(shí)，通過(guò)反循環(huán)系統(tǒng)壓入泥漿、吸出鉆渣，過(guò)濾處理后泥漿排入鄰樁護(hù)筒，沉淀后通過(guò)護(hù)筒間連通管回流到鉆孔內(nèi)循環(huán)使用。分離出來(lái)的廢漿、廢渣均用運(yùn)渣車直接運(yùn)至棄渣場(chǎng)，嚴(yán)禁排入海內(nèi)，減少對(duì)石門(mén)港水域的污染。運(yùn)渣車輛要密封不滲漏、不遺撒，減少對(duì)沿途公路、村莊、農(nóng)田等的污染。

5 成孔質(zhì)量控制

成孔是混凝土灌注樁施工中的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，其質(zhì)量如控制得不好，則可能會(huì)發(fā)生塌孔、縮徑、樁孔偏斜及樁端達(dá)不到設(shè)計(jì)持力層要求等，還將直接影響樁身質(zhì)量和造成樁承載力下降。因此，在成孔的施工技術(shù)和施工質(zhì)量控制方面應(yīng)著重做好以下幾項(xiàng)工作：

1)開(kāi)鉆前根據(jù)地質(zhì)圖畫(huà)出每根樁的地質(zhì)柱狀圖。按不同地質(zhì)選定不同的鉆頭類型，同時(shí)觀察鉆機(jī)的運(yùn)行和進(jìn)尺情況，以及排渣情況，據(jù)此對(duì)鉆機(jī)的鉆壓、鉆速參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，每小時(shí)記錄鉆壓、鉆速和進(jìn)尺以及相關(guān)地質(zhì)實(shí)況，切忌求快而盲目加壓加速，結(jié)果造成斜孔和坍孔。

2)采取隔孔施工程序。鉆孔混凝土灌注樁是先成孔，然后在孔內(nèi)成樁，周圍土移向樁身土體對(duì)樁產(chǎn)生動(dòng)壓力。尤其是在成樁初始，樁身混凝土的強(qiáng)度很低，且混凝土灌注樁的成孔是依靠泥漿來(lái)平衡的。為防止沖擊振動(dòng)導(dǎo)致鄰孔孔壁坍塌或影響鄰孔已澆筑混凝土強(qiáng)度，應(yīng)待鄰孔混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后方可施鉆。

3)確保樁身成孔垂直精度。成孔垂直精度是灌注樁順利施工的一個(gè)重要條件，否則鋼筋籠和導(dǎo)管將無(wú)法沉放。為了保證成孔垂直精度滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)常校核鉆井平臺(tái)的穩(wěn)固性、水平和垂直度，經(jīng)常校核鉆架及鉆桿的垂直度等，并于成孔后下放鋼筋前做井徑、井斜超聲波測(cè)試。

4)鉆孔時(shí)采用泥漿護(hù)壁，泥漿選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土、纖維素、純堿配置，增強(qiáng)護(hù)壁效果。當(dāng)鉆進(jìn)到礫砂層時(shí)泥漿中加入水泥、水玻璃縮短護(hù)壁形成時(shí)間，提高護(hù)壁強(qiáng)度。經(jīng)常測(cè)試泥漿指標(biāo)變化情況，并注意調(diào)整鉆孔內(nèi)泥漿濃度，確保泥漿指標(biāo)符合規(guī)定。

5)終孔檢驗(yàn)時(shí)采用檢孔器。檢孔器直徑同設(shè)計(jì)樁徑，長(zhǎng)度為樁徑的4倍～6倍。成孔的質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)及控制標(biāo)準(zhǔn)。成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

各樁應(yīng)保證嵌入W2新鮮的花崗巖最小深度，并請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)人員現(xiàn)場(chǎng)簽認(rèn)。

表2 成孔質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

6 清孔

1)鉆孔至設(shè)計(jì)高程后進(jìn)行清孔。采用泵吸反循環(huán)換漿清孔，鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將鉆頭上下慢速提放，然后注入凈化泥漿，置換孔內(nèi)含渣泥漿，直到達(dá)到規(guī)定的泥漿及鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2)由于采用沖擊鉆成孔，一般終孔后有一定沉渣。為了保證孔底沉渣達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即嵌巖樁不大于100 mm、摩擦樁不大于300 mm，鉆機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)孔深位置后，把鉆頭提離孔底0.5 m～0.8 m，不停泵繼續(xù)慢慢清孔至沉渣符合規(guī)范要求。采用自制測(cè)錘進(jìn)行探底測(cè)試，及沉渣測(cè)試。

3)清孔時(shí)送入孔內(nèi)的沖洗液不得小于砂石泵的排量，防止沖洗液補(bǔ)給量不足，孔內(nèi)水位下降導(dǎo)致垮孔。砂石泵出入閥的開(kāi)口就要根據(jù)情況適時(shí)調(diào)整，以免泵吸量過(guò)大吸垮孔壁。返回孔內(nèi)沖洗液比重不宜大于1.05。

7 水上交通管理

14號(hào)墩～16號(hào)墩之間還兼做通航孔，施工與通航間存在干擾和不利因素?？茖W(xué)、合理的水上交通管理是關(guān)鍵。

1)加強(qiáng)與海事部門(mén)溝通，及時(shí)發(fā)布航道變更和航行通告，加強(qiáng)對(duì)過(guò)往船舶的管理，保證施工期間雙向通航要求；2)施工作業(yè)對(duì)航道影響較大的階段，將安裝作業(yè)計(jì)劃細(xì)化到工作日，并及時(shí)上報(bào)給海事部門(mén)，對(duì)于進(jìn)入橋梁作業(yè)區(qū)的船舶采取分時(shí)段放行、分時(shí)段作業(yè)的方式，保證船舶順利通過(guò)橋區(qū)；3)合理安排施工進(jìn)度計(jì)劃、提高安裝作業(yè)效率，盡量減小航道占用時(shí)間；4)采取在橋位上下游設(shè)置船舶減速行駛標(biāo)志燈、防撞裝置，請(qǐng)海事部門(mén)在橋址位置建立大橋海事站協(xié)調(diào)管理等措施，施工期間岸邊跨支架及水上橋墩受到船舶撞擊；5)為防止高空墜物，采取措施進(jìn)行封閉式施工。

8 結(jié)語(yǔ)

石門(mén)特大橋順利建成，為東海島鐵路跨海大橋的建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)借鑒。尤其是利用石門(mén)港的海水造漿，不僅為施工提供了便利、節(jié)約了施工成本，且取得了較好的護(hù)壁效果，獲得較大的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)雙重效益。

[1] TZ 203-2008,客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].

[2] TB 10415-2003,J 286-2004,鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

Discussion on bored pile drilling technology of the water pier of extra-large Shimen bridge

WU Huan-yu

(Mao-ZhanRailwayCo.,Ltd,Zhanjiang524000,China)

Taking the bored pile drilling construction of the water pier of extra-large Shimen bridge as an example, the paper discusses major bored pile drilling processes and technologies, puts forward drilling quality control measures, and summarizes hole cleaning matters, which has provided valuable experience for the construction of Donghai railway crossing the river.

water pier, bored pile, drilling, construction technology

1009-6825(2014)11-0183-02

2014-01-18

伍環(huán)宇(1975- )，男，工程師

U443.154

A