林桂明
(福建第一公路工程集團(tuán)有限公司,福建泉州362000)
海靈橋橋梁中心樁號HLK0+895.000,橋梁長度32.04m,斜交角度115o,上部結(jié)構(gòu)設(shè)置為預(yù)制混凝土簡支空心板梁。本橋橋梁寬度19.5m,樁基共有19 根,樁徑為1.2m,起點(diǎn)臺、1#橋墩、終點(diǎn)臺有效樁長均為10m,嵌巖深度5.4~10m,樁底巖層為微風(fēng)化花崗巖,巖石表面層斜度較大,角度45~60o。橋面縱橫坡通過蓋梁、臺帽橫坡及橋面鋪裝的厚度共同調(diào)整,橋臺處設(shè)置D-40 伸縮縫,兩橋臺處設(shè)置L=6m 搭板。泉州臺商投資區(qū)內(nèi)地形起伏復(fù)雜,地貌類型依次有花崗巖低山、紅壤臺地、圍墾地和沿海灘涂等。擬建橋址位于濱海沉積平原地帶的海靈大道舊路,路改橋,該橋左臨門頭溪,右臨海靈保通路,上空有高壓線,周圍有高壓鐵塔;地層地下水位較高,主要由現(xiàn)有道路路基結(jié)構(gòu)層、雜填土、粉質(zhì)黏土、中砂、微風(fēng)化花崗巖。
該工程特點(diǎn):一是本項(xiàng)目為路改橋,海靈橋左臨門頭河溪,右臨保通路,橋梁寬度19.5m,場地狹小,工期緊,無法滿足多臺沖擊鉆等大型機(jī)械同時施工。二是地層中砂層的地下水位高,采用普通的人工挖孔施工方案在穿越砂層時,容易出現(xiàn)塌孔、不進(jìn)尺現(xiàn)象,人工挖孔難于成孔;泥漿護(hù)壁鉆孔時間長時容易造成縮孔。三是斜巖夾角45~60o,在穿越土石交界面時,微風(fēng)化巖面斜度在45~60o,斜度很大,大型沖錘沖擊巖面時,容易產(chǎn)生偏向偏孔。四是右臨海靈保通路,周邊有高壓鐵塔,孔樁上有高壓電線,限制了爆破作業(yè)及大型機(jī)械的安裝。五是嵌微風(fēng)化花崗巖深度較長,強(qiáng)度高,施工難度大。六是右側(cè)為路改橋,修筑了海靈大道保通路,車輛密集,交通量大,道路太近,容易影響道路沉降及增加噪聲。
該項(xiàng)目的環(huán)境復(fù)雜,因此需要在施工前不斷探索適合該工程的成孔辦法。
通過對復(fù)雜地質(zhì)及環(huán)境存在的問題進(jìn)行分析研究,提出幾種解決方案。經(jīng)過分析與實(shí)踐,找到符合該項(xiàng)目的成孔施工方案,可以順利通過各地質(zhì)層最終成孔。
采用人工開挖很容易挖除2~6m 的雜填土、粉質(zhì)黏土。到1~3m 厚度砂層,常規(guī)的開挖方法容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象;通過多種方法試驗(yàn),均未能順利通過,無法向下繼續(xù)開挖,致使無法成孔,甚至造成塌孔危險。面對該問題選擇了三個解決方案進(jìn)行對比。一是注漿帷幕法工藝,優(yōu)點(diǎn)是在干燥環(huán)境下能有效地固結(jié)地質(zhì),起到隔水封水作用,施工安全可靠;缺點(diǎn)是造價高,且在地下水位高的砂層地段注漿,滲透效果差,達(dá)不到預(yù)期效果。二是鋼護(hù)筒護(hù)壁工藝,優(yōu)點(diǎn)是成樁時免受不良地質(zhì)的影響,使成樁工作得以順利進(jìn)行;但本項(xiàng)目周邊有高壓鐵塔,上有高壓電線,大型設(shè)備凈空不夠,限制了施工條件。三是沖擊鉆鉆孔工藝,優(yōu)點(diǎn)是沖擊形成的泥漿孔壁堅(jiān)固穩(wěn)定,設(shè)備簡單,沖擊方便;缺點(diǎn)是在砂地質(zhì)層較厚地段施工容易造成縮徑,本項(xiàng)目砍巖長度占樁長的55%以上,且圍巖強(qiáng)度高,鉆進(jìn)成孔時間長,會造成砂層地段極易造成縮孔,甚至清孔時塌孔[1]。經(jīng)過多種解決方案對比,選定采用人工挖孔加輔助工藝措施,即仿照鋼板樁對扣工藝,通過在護(hù)壁外環(huán)施打半竹片樁,使半竹片樁形成對扣,有效制止了流砂滲出,最后成功穿越了砂層,再用常規(guī)方法開挖。
本工程項(xiàng)目處在斜巖角度45~60o,斜巖段的成孔方案選擇是攻克孔樁成孔的重要因素。方案對比:
2.2.1 沖擊鉆鉆孔工藝,優(yōu)點(diǎn)是在鉆錘的錘擊直徑內(nèi),在同一種地質(zhì)層中,能有穩(wěn)定的鉆進(jìn)進(jìn)度。缺點(diǎn)是在遇到地質(zhì)條件巖面斜度太大時,孔樁在鉆進(jìn)到土石交界面軟硬區(qū)別很大時,鉆頭面受力不均,極易產(chǎn)生偏孔,造成卡錘甚至掉錘,施工時間長,難度大;本橋橋址上有高壓線,鉆機(jī)擺設(shè)后安全高度不足,且斜巖角度在45~60o,鉆錘在同一深度軟硬區(qū)別很大,擊穿斜巖效果差,砍巖高成本、低效益,無法滿足施工進(jìn)度要求。
2.2.2 人工挖孔工藝:具有施工機(jī)具簡單、無噪聲、無振動、造價低、能直接判斷持力層地質(zhì)情況等優(yōu)點(diǎn),有效解決了場地小和高空限制的難題,同時大大改善周邊保通路的運(yùn)行環(huán)境,又能把斜巖直接整體暴露在外,處理斜巖問題簡單、經(jīng)濟(jì)、快速。
本工程項(xiàng)目所在地微風(fēng)化硬質(zhì)圍巖長度長,嵌巖段的成孔工藝的選擇是樁基成孔的重心。方案對比:
沖擊鉆施工工藝在嵌巖地段的優(yōu)點(diǎn)是在有裂隙或軟質(zhì)花崗巖的沖擊進(jìn)度效果好。海靈橋嵌巖為微風(fēng)化花崗巖,硬度高,8.5~10m 嵌巖深度長,沖擊鉆沖擊時,錘牙磨耗極大,成本高,微風(fēng)化花崗巖整體性強(qiáng),巖石強(qiáng)度高,砍巖時無臨空面,鉆孔進(jìn)度慢。而普通的人工挖孔工藝,優(yōu)點(diǎn)是無噪聲、無振動、造價低。缺點(diǎn)是微風(fēng)化圍巖強(qiáng)度高,人工開采不動,通常配合爆破作業(yè)成孔工藝。本項(xiàng)目上有高壓線,右臨車輛密集的保通路,限制了爆破作業(yè),該工藝不能滿足施工條件[2]。
通過解決方案對比,采用水磨取芯施工工藝,即通過小型機(jī)具,沿樁基直徑外環(huán)連續(xù)取芯,在樁外側(cè)形成臨空面后,砍斷中間石柱成孔工藝,能有效地克服高強(qiáng)度、嵌巖深度長的微風(fēng)化地層問題。如此循環(huán)操作至終孔,工期進(jìn)度安全可控,同時也節(jié)約施工造價。
通過分析對各地層的施工方案的反復(fù)對比,最終選擇采用多種工藝相結(jié)合的人工挖孔工藝,即通過參考鋼板樁對扣工藝,采用半竹樁對扣輔助法施工工藝穿越砂層;將斜巖暴露在表面,直接破除;最后用水磨鉆孔取芯施工工藝通過硬質(zhì)微風(fēng)化花崗巖,最終成孔。
施工主要工藝包括:測量放樣,施工準(zhǔn)備,孔樁開挖(半竹片樁對扣和水磨取芯結(jié)合工藝,要點(diǎn)詳述),出渣,單節(jié)成孔,護(hù)壁鋼筋安裝與支模,澆筑護(hù)壁混凝土,繼續(xù)循環(huán)開挖至孔底,樁底驗(yàn)收,鋼筋籠制作與安裝,澆筑樁身混凝土,成樁。其中最主要的環(huán)節(jié)是混凝土成孔工藝和澆筑工藝。復(fù)雜地質(zhì)成孔要點(diǎn):
半竹片樁對扣工藝:在流砂層地段,為確保樁徑長度在進(jìn)入砂層前的土層1.5m 范圍內(nèi),將護(hù)壁的直徑由D+300mm 慢慢過渡到D+400mm,澆筑好護(hù)壁。在進(jìn)入砂層時先沿樁外以外斜角10o向下施打1m 長半竹樁(注意不占護(hù)壁位置),并使半竹樁與半竹樁形成對扣,有效制止了流砂流出問題;根據(jù)現(xiàn)場流砂及工人的配合情況,調(diào)整每環(huán)進(jìn)尺縮短到0.3~0.5m,保證工人在孔內(nèi)作業(yè)時成模,工人離開孔內(nèi)后,安全穩(wěn)定,及時安裝護(hù)壁鋼筋,澆筑護(hù)壁混凝土并用插搖鋼釬振搗密實(shí);在半竹片樁地段,控制砂層開挖每循環(huán)到0.9m 深度時,必須及時鋼筋混凝土護(hù)壁成環(huán),及時施打下一階段半竹片樁成環(huán),防止與上一環(huán)半竹片樁存在空擋,保證半竹片樁與上一環(huán)的有效搭接,如此循環(huán)開挖直至穿越砂層段,每環(huán)及時復(fù)核樁孔垂直度和直徑并及時修正。
水磨取芯鉆工藝:第一步,取芯內(nèi)直徑150mm,以樁基為中心點(diǎn),以到取芯機(jī)中線為樁基的半徑,沿孔樁外徑以外一定斜角向下鉆孔后成環(huán)取芯[水磨機(jī)具高度1000mm,鉆機(jī)操作外緣超鉆芯80mm,計算斜交角度為(80+150/2)/1000=0.155,TAN(0.155)-1=8.8o],確保合理的操作空間,同時不縮孔,取芯角度控制在10o內(nèi),固定支牢固。每孔每次取芯進(jìn)尺長度0.6m,沿樁半徑取芯完后,中間形成獨(dú)立石柱。第二步,沿樁外圈取芯后的臨空面,連續(xù)4 處取芯孔,在孔1/5 下端放入鋼墊塊,再插入鋼楔,用大錘依次錘擊鋼楔,使巖體獲得一個水平?jīng)_力,進(jìn)而拉裂獨(dú)立石柱,再通過葫蘆吊將其吊出。由于鉆孔取芯在樁基孔壁形成鋸齒狀條,為保證樁徑,通過復(fù)測孔位直徑,將侵占到孔內(nèi)徑的鋸齒狀條鑿除進(jìn)行糾偏。如此循環(huán)操作,直至孔底成孔,微風(fēng)化巖石段落孔壁穩(wěn)定,節(jié)約造價,免護(hù)壁支護(hù)。
人工挖孔工藝:為確保樁徑在進(jìn)入砂層前的土層1.5m 范圍內(nèi),將護(hù)壁的直徑由D+300mm 慢慢過渡到D+400mm,澆筑好鋼筋混凝土護(hù)壁。按半竹片樁對扣工藝方法通過砂層后,露出圍巖斜巖角度45~60o,微風(fēng)化花崗巖硬度高,用其他施工工藝處理起來復(fù)雜、成本高,選用多種工藝相結(jié)合的人工挖孔工藝將地下的斜巖露出在外,處理方式多、快、準(zhǔn);不僅解決了場地狹小問題,同時隔樁開挖,工作面多,進(jìn)度快,人工挖孔無噪聲、無振動,為周邊的車輛運(yùn)行提供了良好的環(huán)境。
圖1 輔助法人工挖孔立面示意圖
圖2 半竹片樁對扣示意圖
在復(fù)雜環(huán)境條件下,通過方案對比解決場地條件和復(fù)雜地質(zhì)條件困擾,優(yōu)化施工方案,選擇采用半竹片樁對扣工藝穿越砂層,采用水磨取芯施工工藝通過硬質(zhì)圍巖等多種工藝相結(jié)合的人工挖孔工藝,成功地攻克流砂層,高效地推進(jìn)硬度高的圍巖層,同時人工挖孔有效地把很難處理的斜巖顯露出來而使問題得到解決。既順利地在復(fù)雜環(huán)境下通過各層地層成孔,又保證了周邊道路的穩(wěn)定和降低噪聲,有效地克服了諸多復(fù)雜環(huán)境的施工難題。本方案施工進(jìn)度快、施工安全、經(jīng)濟(jì)效果好,在本工程實(shí)踐中切實(shí)可行,經(jīng)檢驗(yàn)獲得成功,灌注樁身質(zhì)量優(yōu)良,故此方案可為樁基施工提供參考。