福州新建洪山大橋主墩樁基礎(chǔ)施工方案及質(zhì)量控制措施

■陳珍玉

（福建路信交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，福州 350000）

1 工程概況

新建洪山大橋設(shè)計(jì)起點(diǎn)K0+041.3，左幅終點(diǎn)K0+513.8，右幅設(shè)計(jì)終點(diǎn)K0+510.8，左、右幅橋梁長(zhǎng)分別為472.5m 和 469.5m，孔徑布置為（2×32.5）+（72+132+72）+（45+2×40）m，分雙幅布置。 其中，主橋孔跨（72+132+72）m采用預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)采用板式墩，群樁基礎(chǔ)。水中主墩3號(hào)、4號(hào)墩左右幅各有16根直徑2.2m鉆孔灌注樁，樁基為嵌巖樁，嵌入中風(fēng)化花崗巖1.5倍樁徑，樁長(zhǎng)45m～64m間，花崗巖巖層飽和狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度為 11.7MPa～103.6MPa，超過(guò) 60MPa的占總數(shù)的61%。其橋型布置圖、主墩鉆孔灌注樁平面布置圖，詳見(jiàn)圖1和圖2。橋梁設(shè)計(jì)荷載為城—A級(jí)，抗震為8度。

圖1 洪山大橋橋型布置圖（單位：cm）

圖2 洪山大橋主墩鉆孔灌注樁平面布置圖（單位：cm）

2 水文地質(zhì)條件

本工程跨越閩江北港，河道窄深，源短流急，平均約3年就要發(fā)生一次超2萬(wàn)m3每秒的較大洪水，洪水就暴雨成因主要有梅雨型和臺(tái)風(fēng)雨型兩種，為內(nèi)河Ⅳ級(jí)通航河道。300年一遇洪水位+10.499m，10年一遇洪水期標(biāo)高+9.0m，流速1.5m/s，設(shè)計(jì)最高通航水位+8.08m，通航凈高≥8m，側(cè)高5m，單孔雙向通航凈寬＞120m，上底寬108m。潮型為正規(guī)半日潮，平均潮差大于 4 m。閩江多年平均高潮位+5.14m，多年平均低潮位+0.99m；最大漲潮流速1.1m/s，最大落潮流速1.19m/s；泥面標(biāo)高：-3.76m。

擬建場(chǎng)地自下而上依次為填筑土（Q4ml）、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土（Qel+dl）、全風(fēng)化花崗斑巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗斑巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗斑巖、中風(fēng)化花崗斑巖（地基承載力特征值取fak=1500kPa）。

3 施工平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)思路

東、西兩側(cè)便橋均不考慮通航要求，因洪山橋跨越閩江，兩側(cè)是河堤，且河底與岸側(cè)有高差，河堤邊考慮型鋼結(jié)構(gòu)作為過(guò)渡。

3.2 便橋及鉆孔鋼平臺(tái)使用功能要求

便橋及鉆孔鋼平臺(tái)承載力應(yīng)滿足表1中設(shè)計(jì)參數(shù)要求；便橋及鉆孔鋼平臺(tái)跨度、平面位置及高程滿足通航等要求。

3.3 鋼便橋及鉆孔平臺(tái)布置與結(jié)構(gòu)形式

便橋及鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)層自下而上分別為Φ800×10mm鋼管樁→雙層Φ426×8mm平聯(lián)管/2[20斜撐→主橫梁2工40a→主縱梁321型貝雷片→縱向工22a分配梁→橫向工12.6分配梁→8mm面板花紋鋼板→防護(hù)結(jié)構(gòu)。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)表

經(jīng)驗(yàn)算，驗(yàn)算包括單樁平均承載力計(jì)算、主縱梁鋼貝雷抗彎拉應(yīng)力計(jì)算、橫向分配梁、鋼管樁強(qiáng)度和穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算及便橋與平臺(tái)過(guò)渡連接處構(gòu)造安全等，均滿足要求。

以西側(cè)便橋及4#墩平臺(tái)為例，其結(jié)構(gòu)布置如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 西岸右側(cè)便橋及4#主墩鉆孔平臺(tái)平面布置示意圖（單位：mm）

圖4 右幅4墩鉆孔平臺(tái)橫橋向剖面結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

圖5 右幅4墩鉆孔平臺(tái)縱橋向剖面結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

3.4 施工順序

本工程采用搭設(shè)便橋及鉆孔平臺(tái)作為后續(xù)工序施工的作業(yè)平臺(tái)，總體施工順序：先施工東、西兩側(cè)主便橋，再施工支便橋和主墩鉆孔平臺(tái)。東西兩側(cè)便橋、鉆孔平臺(tái)同時(shí)組織施工。

便橋和鉆孔平臺(tái)從基礎(chǔ)向上部結(jié)構(gòu)施工順序?yàn)椋轰摴軜?擴(kuò)大基礎(chǔ)施工→平聯(lián)管施工→下橫梁施工→貝雷梁施工→縱橫向分配梁施工→面板施工→附屬設(shè)施施工。

4 樁基施工及質(zhì)量控制

4.1 鋼護(hù)筒埋設(shè)

洪山大橋主墩3、4#墩鋼護(hù)筒采用外徑Φ2.5m，壁厚14mm，護(hù)筒長(zhǎng)24m，Q235鋼板卷制，護(hù)筒頂?shù)卓?0cm范圍內(nèi)增設(shè)一道12mm厚的樁尖加強(qiáng)環(huán)，采用80t履帶吊結(jié)合定位架及DZJ180振動(dòng)錘下沉到位，埋置深度為10m，頂面與鉆孔平臺(tái)持平。護(hù)筒埋設(shè)中心偏位不大于50mm，豎直傾斜度不大于1/100。

沉放鋼護(hù)筒時(shí)需通過(guò)定位控制樁放樣，先行放出鋼護(hù)筒的中心位置，安放護(hù)筒導(dǎo)向架，然后履帶吊移動(dòng)鋼護(hù)筒，使鋼護(hù)筒中心與導(dǎo)向架中心位置重合。同時(shí)用水平尺或垂球檢查，使鋼護(hù)筒堅(jiān)直，再連接振動(dòng)錘，打開(kāi)振動(dòng)錘的夾鉗，使振動(dòng)錘緩慢落于鋼護(hù)筒上，并保證振動(dòng)錘中心與鋼護(hù)筒中心重合，確保施震過(guò)程中鋼護(hù)筒不跑偏，鉆進(jìn)過(guò)程中，尤其在地層變化鉆進(jìn)時(shí)，需隨時(shí)檢查護(hù)筒偏位，確保成孔偏位優(yōu)于規(guī)范規(guī)定。

4.2 鉆機(jī)選型及成孔順序

鑒于該大橋主墩3、4#水中樁基為嵌巖樁，花崗巖巖層飽和狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度為11.7MPa～103.6MPa，超過(guò)60MPa的占總數(shù)的61%。因此選用沖擊鉆工作效率高、成孔質(zhì)量可靠、鉆進(jìn)工作時(shí)對(duì)平臺(tái)操作空間要求小、自重荷載較小等特點(diǎn)的CK2200型沖擊鉆鉆機(jī)。鉆機(jī)安裝之前，測(cè)量人員根據(jù)樁位坐標(biāo)放出鉆機(jī)安裝位置，通過(guò)十字交叉法確定落錘中心點(diǎn)，使鉆機(jī)起吊鉆錘的最前端滑輪槽中心點(diǎn)（直接起吊鉆錘段鋼絲繩的中心線）的鉛垂線與樁孔中心點(diǎn)重合。在鉆進(jìn)的過(guò)程中對(duì)底座四角點(diǎn)不間斷進(jìn)行水準(zhǔn)校核，如發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)有傾斜跡象平整度偏差大于5mm，進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整保證鉆機(jī)鉆錘中心、樁孔中心基本在同一鉛垂線上。

故該大橋主墩3#和4#主墩各設(shè)置3臺(tái)CK2200沖擊鉆隔孔跳鉆，三個(gè)循環(huán)完成樁基施工，每個(gè)主墩配備1臺(tái)泥漿處理器，每臺(tái)鉆機(jī)配備2臺(tái)泥漿泵以及其他配套設(shè)施。

4.3 泥漿的制配與循環(huán)

本工程鉆孔灌注樁施工采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥漿。制漿材料的膨潤(rùn)土采用Ⅱ級(jí)鈣土，水：淡水，分散劑采用工業(yè)碳酸納（Na2CO3）等，絮凝劑采用PHP聚丙烯酰胺絮凝劑，增粘劑：選用中粘度堿性羧甲基纖維素（CMC）。

泥漿配比根據(jù)工藝試驗(yàn)成果確定，配合比見(jiàn)表2：

表2 拌制泥漿配合比（1m3漿液）

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，鉆孔施工時(shí)采用與成孔樁位護(hù)筒相鄰一個(gè)護(hù)筒或泥漿箱通過(guò)Φ300mm的螺旋橡膠連通管連接形成泥漿循環(huán)系統(tǒng)。正常鉆進(jìn)過(guò)程中相鄰護(hù)筒作為沉淀池和儲(chǔ)漿池，反循環(huán)清孔時(shí)鉆機(jī)泥漿管與泥漿凈化器相連，循環(huán)泥漿通過(guò)凈化器排渣后返回相鄰護(hù)筒內(nèi)。

為保證施工各階段的泥漿性能指標(biāo)，開(kāi)鉆施工期間每2h檢測(cè)一次，等泥漿性能穩(wěn)定后每4h檢測(cè)一次，并根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程中地層變化情況增加檢測(cè)頻率。

4.4 鉆進(jìn)成孔

鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)注意地層變化，及時(shí)撈取渣樣判別，記入記錄表中，并與地質(zhì)報(bào)告對(duì)照，渣樣應(yīng)編號(hào)保存，以便分析。有關(guān)記錄時(shí)間按如下要求進(jìn)行：①鉆進(jìn)時(shí)間達(dá)到2h時(shí)需要記錄；②地質(zhì)變化時(shí)需要記錄；③交接班時(shí)需要記錄；④鉆頭更換時(shí)需要記錄；⑤維修或其他故原因而停鉆時(shí)需要記錄；⑥進(jìn)入巖層后每20cm記錄一次。成孔結(jié)束，及時(shí)提供一份完整的施工記錄，包括鉆孔記錄、實(shí)際的地質(zhì)柱狀圖、巖樣標(biāo)本。

4.5 清孔

終孔后，經(jīng)檢測(cè)孔底沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，孔內(nèi)泥漿指標(biāo)符合相對(duì)密度1.03～1.10；黏度17～20Pa.s；含砂率：＜2%；膠體率：＞98%要求后（循環(huán)時(shí)間控制在2～4h，循環(huán)滿足2個(gè)循環(huán)以上，具體循環(huán)時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)泥漿指標(biāo)而定），及時(shí)停機(jī)提錘、移走鉆機(jī)，盡快進(jìn)行孔深、孔徑、傾斜度及孔底沉渣的檢測(cè)和驗(yàn)收。

4.6 鋼筋籠制作安裝

鋼筋籠采取在后場(chǎng)分節(jié)同槽長(zhǎng)線胎膜法加工制作，采用平板車通過(guò)施工棧橋運(yùn)至施工墩位，在鉆孔完成驗(yàn)收合格后，用80t履帶吊分節(jié)吊入樁孔進(jìn)行接長(zhǎng)和下放。

以洪山大橋主墩右幅4#墩為例：鋼筋籠長(zhǎng)度為45.5m，鋼筋籠主筋為12m一節(jié)，分節(jié)長(zhǎng)度為：3×12m+1×9.5m=45.9m（樁基頂口第一節(jié)為12m）。由于全橋?yàn)榍稁r樁設(shè)計(jì)，每根鉆孔樁的實(shí)際樁長(zhǎng)可能會(huì)與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)有所不同，導(dǎo)致樁基底口最后一節(jié)鋼筋籠可能會(huì)加長(zhǎng)或縮短。此時(shí)樁基鋼筋籠最后一節(jié)的分節(jié)長(zhǎng)度將根據(jù)成孔后的標(biāo)高進(jìn)行加長(zhǎng)或截短調(diào)整。

4.7 水下混凝土灌注

水下混凝土澆注是鉆孔灌注樁施工的主要工序，也是影響樁身質(zhì)量的關(guān)鍵。灌注前須仔細(xì)測(cè)量沉渣，若沉渣厚度超出設(shè)計(jì)規(guī)定值（孔底沉渣厚度應(yīng)小于5cm）時(shí)須進(jìn)行第二次清孔，二次清孔利用混凝土澆注導(dǎo)管采用氣舉反循環(huán)法進(jìn)行，滿足設(shè)計(jì)要求后才能灌注水下混凝土。

4.7.1 水下混凝土灌注設(shè)備

灌注水下砼導(dǎo)管采用絲扣式無(wú)縫鋼導(dǎo)管灌注Φ300×10mm，快速螺紋接頭。底節(jié)導(dǎo)管采用9m整長(zhǎng)中間無(wú)接頭，其他標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)為3m，另配長(zhǎng)度為0.5m、1.0m、2.0m等短導(dǎo)管調(diào)節(jié)。導(dǎo)管接頭處設(shè)2道密封圈，保證接頭的密封性。使用前，應(yīng)進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)。

根據(jù)首批封底混凝土方量的要求，首批封孔混凝土數(shù)量按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）規(guī)定第 8.2.11 式進(jìn)行計(jì)算：V≥（πD2/4）（H1+H2）+ （πd2/4）h1=（π×2.32/4）×（1.0+0.40）+（π×0.32/4）×35.3=8.3m3，取 10m3。按照計(jì)算，即需加工集料斗容積為10m3，另加工一個(gè)1.5m3的小料斗，選用10m3集中大料斗和1.5m3灌注小料斗能夠滿足混凝土澆注的需要。

4.7.2 混凝土澆注設(shè)備

混凝土澆注采用商品混凝土，該攪拌站距離橋址處約25m，故配備15輛12m3輸送車進(jìn)行運(yùn)輸，采用混凝土拖泵進(jìn)行灌注。

4.7.3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

樁身混凝土為水中C35水下混凝土，混凝土除滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)符合下列要求：

（1）水泥的初凝時(shí)間，不宜小于2.5h。

（2）粗骨料優(yōu)先選用卵石，如采用碎石宜增加混凝土配合比的含砂率。

（3）細(xì)骨料宜采用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒潔凈且粒徑小于5mm的河砂。

（4）水下混凝土拌合物應(yīng)具有足夠的流動(dòng)性和良好的和易性。

（5）灌注時(shí)坍落度宜為 180～220mm。

（6）混凝土的配制強(qiáng)度應(yīng)比設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高10%～20%。

（7） 滿足 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）第6章節(jié)的相關(guān)要求。

4.7.4 水下混凝土灌注

主墩單根鉆孔樁的混凝土最大方量243.3m3，預(yù)計(jì)8h左右澆注完成。混凝土采用商品砼，通過(guò)泵車進(jìn)行泵送，將混凝土輸送至平臺(tái)集料大料斗，料斗門放料，經(jīng)流槽進(jìn)入小料斗和導(dǎo)管進(jìn)行灌注。

正常灌注階段導(dǎo)管埋深控制在2～6m，且每7～15min測(cè)量一次混凝土面標(biāo)高，測(cè)點(diǎn)為2個(gè)，當(dāng)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)較大的高差時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深，同時(shí)混凝土在護(hù)筒刃腳以下時(shí)須保持護(hù)筒內(nèi)泥漿面高于水位2m。當(dāng)混凝土灌注臨近結(jié)束時(shí)，核對(duì)混凝土的灌入數(shù)量，以確定所測(cè)混凝土的高度是否準(zhǔn)確，當(dāng)確定混凝土的頂面標(biāo)高到位后，停止灌注，及時(shí)拆除灌注導(dǎo)管。灌注完成時(shí)，砼面應(yīng)高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高1.0m，以保證樁頭混凝土質(zhì)量。

4.7.5 成樁質(zhì)量檢測(cè)

本項(xiàng)目橋梁工程采用預(yù)先埋設(shè)聲測(cè)管作為鉆孔灌注樁超聲波無(wú)破損法檢測(cè)樁基成樁質(zhì)量，按設(shè)計(jì)和規(guī)范規(guī)定達(dá)到28d強(qiáng)度以后進(jìn)行。因每樁必檢，故在下放鋼筋籠過(guò)程中，注意對(duì)聲測(cè)管注入淡水和接頭部位焊接密封，確保聲測(cè)管密封。在正式檢測(cè)前，提前派專人逐個(gè)模板聲測(cè)是否有堵漏情況發(fā)生，若有，及時(shí)采用淡水沖等方法處理。樁基超聲波或取芯檢測(cè)完成后，需要對(duì)預(yù)留孔洞進(jìn)行壓漿封閉。

5 施工效果評(píng)價(jià)

該橋于2016年下半年開(kāi)工建設(shè)，目前主墩及基礎(chǔ)已施工完畢，正在進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)梁體施工。該工程按照提出的質(zhì)量控制措施指導(dǎo)施工，鉆孔灌注樁的樁身連續(xù)完整無(wú)缺陷，全部是I類樁；樁的傾斜度、軸線偏位、混凝土強(qiáng)度等指標(biāo)均100%控制在規(guī)范允許值范圍內(nèi)。表明所提出的施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施極具針對(duì)性，是切實(shí)有效的，能為今后同類工程提供借鑒和參考。

[1]劉吉士，陳亞軍.橋梁施工百問(wèn)[M].北京：人民交通出版社，2009，7.

[3]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2011，10.

[3]樁基工程手冊(cè)》編寫委員會(huì).樁基工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

[4]建筑樁基技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[5]周國(guó)鈞，牛青山.灌注樁設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京：地震出版社，2013.