超大直徑超深鋼管復(fù)合樁施工工藝

孫士輝?張鵬

【摘要】本文通過介紹魚山大橋φ5.0m～3.8m變徑樁基的施工過程，從護(hù)筒沉放、鉆機(jī)鉆孔、鋼筋籠的制安以及混凝土澆筑等方面闡述了海洋環(huán)境下，超大直徑超深鋼管復(fù)合樁單樁基礎(chǔ)施工工藝，為今后類似工程提供借鑒與參考。

【關(guān)鍵詞】超大直徑超深鋼管復(fù)合樁；海洋環(huán)境；護(hù)筒施工；鋼筋籠下放

1、工程概況

本工程共有樁基187根，其中鋼管復(fù)合樁98根。樁徑5.0m～2.5m；樁長(zhǎng)為60m～148.2m不等。單樁鋼筋籠最大重量為241.3t，單樁永久鋼護(hù)筒最大重量297.1t，單樁混凝土最大灌注方量1943.2m3。

橋址區(qū)地質(zhì)主要為淤泥、淤泥質(zhì)土、軟～流塑狀黏性土，厚度7.9～67.5m，工程性質(zhì)差；下為中密～密實(shí)沖海積的粉砂、細(xì)砂為主，一般厚度較大，地層較為連續(xù)，底部為粉質(zhì)黏土、圓礫等，下伏基巖起伏較大，一般巖質(zhì)較硬，中風(fēng)化巖埋深18.9～132.3m不等。

工程區(qū)的潮汐屬非正規(guī)半日潮，潮流以往復(fù)流為特征，漲潮流速大于落潮流速，最高潮位+3.08，最低潮位-2.11，潮差2～3m，流速2m/s。

2、樁基施工工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)水文情況及設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本工程選用國(guó)內(nèi)打樁船進(jìn)行鋼護(hù)筒沉放，采用ZJD5000、ZJD4000型回旋鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，混凝土采用2套3方機(jī)和1套2方機(jī)進(jìn)行供應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)使用3臺(tái)拖泵進(jìn)行混凝土澆筑，施工流程如圖：

3、關(guān)鍵施工工藝

3.1 鋼護(hù)筒施工

本工程鋼護(hù)筒最大直徑5.0m，長(zhǎng)度達(dá)60m，單根護(hù)筒重達(dá)297.1t。由于鋼護(hù)筒為永久性鋼護(hù)筒，直接參與樁基受力，其設(shè)計(jì)精度要求為中心偏位不大于3cm，傾斜度不得超過1/200，如此超大直徑、超長(zhǎng)、超重且高標(biāo)準(zhǔn)的鋼護(hù)筒施工在海洋性氣候環(huán)境中，非常難以控制。

為保證鋼護(hù)筒沉放精度，本工程選用國(guó)內(nèi)最大打樁船“雄程1號(hào)”對(duì)鋼護(hù)筒整根進(jìn)行沉放，避免了鋼護(hù)筒因多次分節(jié)對(duì)接導(dǎo)致的垂直度無法滿足要求；并采用一種導(dǎo)向鋼管樁輔助配合護(hù)筒沉放，用于確保鋼護(hù)筒樁沉樁工作中不受外來水流、涌浪等因數(shù)的影響，且通過頂端連接的導(dǎo)向滾輪使護(hù)筒中心位置控制更加方便、精準(zhǔn)。

鋼護(hù)筒沉放時(shí)，首先沉放導(dǎo)向鋼管樁，采用打樁船上設(shè)置的三臺(tái)GPS，以及在主棧橋上架設(shè)3臺(tái)全站儀（2臺(tái)用于觀測(cè)，1臺(tái)用于校核）進(jìn)行粗定位，保證導(dǎo)向鋼管樁的平面位置誤差在10cm之內(nèi)以及垂直度滿足要求；然后打設(shè)永久性護(hù)筒，依靠導(dǎo)向鋼管樁上的導(dǎo)向滾輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成鋼護(hù)筒的精準(zhǔn)定位，最終達(dá)到平面位置2～3cm，垂直度優(yōu)于1/200的沉放精度。

鋼護(hù)筒在施打過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）沉樁應(yīng)盡量選擇流速、風(fēng)浪較小時(shí)進(jìn)行；船只航行波浪影響打樁船穩(wěn)定時(shí)，宜暫停錘擊；

2）沉樁過程中不得移船糾正樁位；

3）應(yīng)結(jié)合施工實(shí)際地質(zhì)情況，要考慮一定的提前量，以使沉樁后樁位符合設(shè)計(jì)要求。

4）為防止鋼護(hù)筒在沉放過程中變形問題，可在護(hù)筒底口設(shè)置1至2道抱箍，以增加護(hù)筒底口剛度。

3.2 成孔施工

1）鉆機(jī)選擇：本工程樁基均為超大直徑超長(zhǎng)樁，且5米樁徑為國(guó)內(nèi)之最，因此選擇國(guó)內(nèi)最大的ZJD5000型反循環(huán)回旋鉆機(jī)作為φ5m與φ4.5m鉆孔設(shè)備，其最大扭矩為45t·m，鉆孔深度達(dá)200m，滿足施工需要，其余樁徑采用4000型鉆機(jī)。根據(jù)鉆孔需要，每臺(tái)鉆機(jī)配備3個(gè)鉆頭：2個(gè)刮刀鉆用于護(hù)筒內(nèi)外覆蓋層鉆進(jìn)；1個(gè)滾刀鉆用于巖層鉆進(jìn)，保證鉆孔質(zhì)量與鉆孔效率。

2）泥漿性能：采用PHP優(yōu)質(zhì)泥漿，其具有泥皮薄、穩(wěn)定性好、造漿率高以及相對(duì)密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，以海水造漿為主，通過配合比試驗(yàn)，保證泥漿性能，本工程泥漿主要分兩種：第一種用于裸巖鉆孔，海水：膨潤(rùn)土：純堿=1：0.66：0.22%；第二種用于海泥覆蓋層，海水：海泥：膨潤(rùn)土：純堿=1：0.64：0.36：0.1%；

在鉆進(jìn)過程中，根據(jù)不同的地質(zhì)及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)，保證樁基順利成孔，不同地質(zhì)泥漿性能參數(shù)總結(jié)如下：

3）鉆機(jī)鉆進(jìn)

護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)：采用正轉(zhuǎn)反吹施工工藝鉆進(jìn)，先利用淤泥質(zhì)土層進(jìn)行造漿，并及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)；當(dāng)鉆進(jìn)孔深達(dá)到30m位置時(shí)，改用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)提高鉆進(jìn)效率。為避免護(hù)筒底部出現(xiàn)漏漿塌孔事故，當(dāng)鉆進(jìn)至護(hù)筒底口以上兩米時(shí)應(yīng)降低鉆進(jìn)速度；待鉆頭鉆出護(hù)筒2m左右后，再正常鉆進(jìn)。

護(hù)筒外非巖層鉆進(jìn)：鉆頭鉆出護(hù)筒后，更換小直徑刮刀鉆頭，根據(jù)地層情況選擇鉆進(jìn)參數(shù)、控制泥漿性能指標(biāo)，以確?？妆诘陌踩?/p>

護(hù)筒外巖層鉆進(jìn)：

更換滾刀鉆進(jìn)行鉆孔并增加鉆機(jī)配重，以滿足切削巖石的要求。由于巖層中鉆機(jī)負(fù)荷重，進(jìn)尺緩慢，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況檢查鉆頭、保證低速慢進(jìn)，避免不良情況的發(fā)生。

鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)始終保持減壓鉆進(jìn)，鉆壓不得超過鉆具重力之和（扣除浮力）的80%，并在鉆頭頂部設(shè)置扶正器，保證成孔垂直度；孔內(nèi)水頭高度保持略高于高潮水位，防止出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

3.3鋼筋籠下放

1）起吊設(shè)備：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，前幾節(jié)單層鋼筋籠采用100t履帶吊進(jìn)行對(duì)接、下放，300t浮吊（鋼筋籠超過200t時(shí)600t浮吊）輔助抬吊；后續(xù)雙層鋼筋籠采用浮吊進(jìn)行對(duì)接、下放，履帶吊輔助抬吊。

2）鋼筋籠下放：為保證海洋環(huán)境中，鋼筋籠下放精度，采取了一種新型的鋼筋籠懸掛裝置。該裝置分為外環(huán)和內(nèi)環(huán)：外環(huán)用于鋼筋籠固定；內(nèi)環(huán)用于鋼筋籠起吊，且內(nèi)環(huán)直徑與鋼筋籠直徑相同；具體步驟為：

外環(huán)放置：將下放工具中外環(huán)放置在成孔樁位處，使外環(huán)與樁基同心；

內(nèi)環(huán)起吊：通過內(nèi)環(huán)起吊鋼筋籠放入孔內(nèi)；通過圓心確定鋼筋籠位置；

固定鋼筋籠：將外環(huán)上的插銷插入鋼筋籠頂段第一道加強(qiáng)圈之下，完成鋼筋籠固定，然后起吊第二節(jié)鋼筋籠與之對(duì)接，完成后，抽出插銷，進(jìn)行下放；

精鋼定位：鋼筋籠對(duì)接完成之后，通過精鋼將鋼筋籠主筋于內(nèi)環(huán)連接，精鋼長(zhǎng)度根據(jù)鋼筋籠高程和內(nèi)環(huán)高程進(jìn)行調(diào)整，保證鋼筋下放準(zhǔn)確；

下放完成：鋼筋籠下放完成后，將內(nèi)環(huán)放置插銷上，完成整個(gè)鋼筋籠的下放。

3.4 混凝土澆筑

混凝土采用φ422mm，壁厚12導(dǎo)管進(jìn)行灌注，下放前必須進(jìn)行水密性實(shí)驗(yàn)；導(dǎo)管下放完成后進(jìn)行二次清孔，保證孔底沉渣滿足要求?，F(xiàn)場(chǎng)采用3臺(tái)拖泵及16量攪拌車進(jìn)行混凝土供應(yīng)，通過集料斗下料模式進(jìn)行澆筑。

首封混凝土必須保證導(dǎo)管埋深大于2m，且在首封料斗拔球后仍需持續(xù)供料，保證封底成孔；混凝土澆筑時(shí)，要實(shí)時(shí)測(cè)量及記錄孔內(nèi)混凝土標(biāo)高及導(dǎo)管埋深，每次測(cè)點(diǎn)不少于2處，防止誤測(cè)，保證導(dǎo)管埋深控制在2～6m范圍內(nèi)。

澆筑過程中應(yīng)對(duì)混凝土進(jìn)行抽檢，嚴(yán)格把控混凝土性能，保證澆筑質(zhì)量。

澆筑完成后，為保證樁頭質(zhì)量，混凝土應(yīng)超灌1.5m左右。

4、結(jié)語

本文簡(jiǎn)單介紹了魚山大橋鋼管復(fù)合樁施工工藝，通過上述工藝，本工程樁基經(jīng)超聲波成孔檢測(cè)，均為I類樁，表明了上述施工工藝是完全滿足超大直徑超深樁基施工要求的，同時(shí)簡(jiǎn)化了施工步驟，縮短了工期，節(jié)約了成本。以上經(jīng)驗(yàn)可供今后類似工程參考。

參考文獻(xiàn)：

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