河惠莞高速公路楓樹壩特大橋鉆孔灌注樁施工探析

鄭光輝,冷昊華

(廣東省南粵交通河惠莞高速公路管理中心,廣東 廣州 510101)

0 概 況

楓樹壩特大橋位于龍川縣赤光鎮(zhèn)境內(nèi)主橋?yàn)殡p塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主橋全長640 m，橋跨布置為160+320+160 m(圖1)，塔墩梁固結(jié)體系。

圖1 主橋橋型布置圖(尺寸單位：cm)

楓樹壩特大橋4#墩承臺(tái)平面尺寸為20.1 m×25.6 m，高5 m，4#主墩承臺(tái)共設(shè)置20根Φ2.2 m的鉆孔灌注樁(圖2)。樁類型為摩擦樁，采用沖擊鉆施工，樁長為75 m，采用C30水下混凝土。

圖2 主墩4#樁基平面布置圖(尺寸單位：cm)

大橋位于丘陵區(qū)，地形起伏較大，4#主墩位于楓樹壩水庫北岸(圖3)，主要地層為強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，厚度43.1 m以上，其余以下地層主要為強(qiáng)、中風(fēng)化砂礫巖夾層多次交替布置(表1)。地表均為遇水易崩解的覆蓋層，迎水坡岸極不穩(wěn)定，水位變化導(dǎo)致沖刷，常發(fā)生垮塌情況。

表1 4#墩典型地質(zhì)狀況表

續(xù)表1

1 鉆孔灌注樁施工

1.1 鉆機(jī)選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)文件及詳勘資料，樁基一直處于強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖和中風(fēng)化砂礫巖的交替變化地層段等特點(diǎn)。楓樹壩大橋主橋4#墩樁基采用沖擊鉆施工，沖擊鉆施工工藝成熟，適用于各種地層，成孔質(zhì)量好且清孔后孔底沉渣少。

1.2 施工工藝流程

鉆孔樁施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→鉆孔平臺(tái)填筑→鋼護(hù)筒定位、埋設(shè)→鉆機(jī)就位→造漿、鉆進(jìn)成孔→清孔換漿→鉆機(jī)移位→檢孔→安放鋼筋籠→導(dǎo)管水密試驗(yàn)、下導(dǎo)管→沉渣厚度測試(不合格二次清孔)→灌注水下混凝土、泥漿回收→平臺(tái)拆除→樁基檢測。

1.3 泥漿制備

本項(xiàng)目采用河水造漿樁基成孔工藝，造漿材料主要選用以蒙脫石為主的鈉基膨潤土(含沙率小于4%)、純堿(Na2CO3)作為分散劑、纖維素(CMC)。根據(jù)不同地質(zhì)情況，加入不等量的鈉基膨潤土，制備出不同密度、粘度、護(hù)臂效果好、成孔質(zhì)量高的泥漿。實(shí)際施工過程中，由于地層情況風(fēng)化砂礫交替變化，不能完全按實(shí)驗(yàn)室配合比施工，主要是膠體率達(dá)不到指標(biāo)，一般只能到達(dá)80%左右。實(shí)驗(yàn)室就膠體率問題對(duì)原狀土泥漿進(jìn)行試配，通過調(diào)整鈉基膨潤土、純堿(Na2CO3)、纖維素(CMC)的含量來提高泥漿膠體率達(dá)到95%以上，其中鈉基膨潤土4.5%、純堿(Na2CO3)3.5%、纖維素(CMC)4.5‰(配比相對(duì)泥漿比例)。

1.4 施工工藝簡述

在4#主墩位置搭建施工平臺(tái)，平臺(tái)采用土石混合料填筑，考慮到平臺(tái)現(xiàn)狀坡岸較陡，為保證4#墩基礎(chǔ)施工安全，在平臺(tái)填方邊坡外側(cè)設(shè)置衡重式擋土墻固腳+圍擋。沖孔過程中根據(jù)不同土質(zhì)特征，不斷調(diào)節(jié)泥漿指標(biāo)和鉆孔速度，泥漿循環(huán)采用泥漿泵進(jìn)行泥漿循環(huán)，反復(fù)循環(huán)直到終孔。終孔完畢后采用超聲波成孔檢測儀分別對(duì)樁徑、傾斜度及實(shí)際孔深等，滿足規(guī)范要求后下放鋼筋籠。

鋼筋籠采用數(shù)控制作，鋼筋籠按12 m長度分節(jié)制作，主筋接頭采用直螺紋套筒連接。同時(shí)安裝超聲波聲測管，聲測管長度要和鋼筋籠長度保持一致。

本工程水下混凝土澆注導(dǎo)管選用Φ300 mm×8 mm的無縫鋼管，快速接頭，導(dǎo)管長度以每節(jié)2.7 m為主，配備一套4 m長底管及兩套1 m、0.5 m長調(diào)節(jié)管。水下混凝土灌注完畢后，進(jìn)行超聲波樁基檢測，檢測完畢進(jìn)行孔底壓漿處理。

2 施工出現(xiàn)的問題及處理方法

2.1 鋼護(hù)筒定位和埋設(shè)

樁基順利完成的首要環(huán)節(jié)關(guān)鍵是控制鋼護(hù)筒的垂直度。項(xiàng)目鋼護(hù)筒采用δ=12 mm鋼板卷制，內(nèi)徑大于設(shè)計(jì)樁徑20 cm，本區(qū)段的孔口地質(zhì)條件較好，孔口護(hù)筒長度取2 m。為確?？卓诜€(wěn)定、地表水不進(jìn)入孔內(nèi)及鉆孔內(nèi)泥漿不外流，將鋼護(hù)筒的埋設(shè)高度高出地面30 cm。

本工程首先采用挖掘機(jī)開挖出深度1.7 m左右，直徑超過樁徑20 cm的坑，根據(jù)護(hù)樁中心點(diǎn)埋設(shè)護(hù)筒，以降低護(hù)筒位置偏差，再用粘性土回填護(hù)筒外側(cè)并夯實(shí)，再用全站儀測量鋼護(hù)筒的埋設(shè)精度，使得其平面位置偏差<±50 mm，傾斜度<1%。

2.2 塌孔

沖孔過程中，由于受外力沖擊，或者停止泥漿循環(huán)時(shí)間過長等導(dǎo)致塌孔現(xiàn)象。采取回填優(yōu)質(zhì)材料后重新沖孔處理，或者采用插入鋼護(hù)筒護(hù)壁應(yīng)對(duì)出現(xiàn)較大塌孔發(fā)生。

2.3 黏錘

鉆孔至硬塑粘性土層時(shí)，巖土黏性太大，極易出現(xiàn)黏錘現(xiàn)象。針對(duì)黏錘現(xiàn)象，采取的措施是：

(1)向樁孔內(nèi)注入稀泥漿或者清水，減少巖土層和錘體之間的摩擦力。

(2)抬高錘體下落高度，提高沖擊動(dòng)能，使錘體和巖土層分離。

2.4 樁孔垂直度校正

由于本工程樁孔長度達(dá)78 m，入土較深，穿越不同巖層土質(zhì)，在豎向荷載、土壓力及水壓力等作用下，4#主墩探明施工過程中有11樁孔垂直度出現(xiàn)不同程度的偏移，以下主要介紹其中4#墩樁孔垂直度校正情況(圖3)。

圖3 4#墩樁基垂直度校正情況

針對(duì)上述情況采取的糾偏措施有：

有意將樁機(jī)位移3～5 cm， 增加始糾處的著力點(diǎn)面積，有利于形成臺(tái)階，同時(shí)采用小沖程， 回收鋼絲繩確保鋼絲稍緊，確保糾偏的效果。

回填直徑為孔徑1/3～1/2的塊石，塊石強(qiáng)度略高于巖層強(qiáng)度，先投入2～3 m高度，用錘頭沖擊使之密實(shí)，再進(jìn)行第二次、第三次投石，直至回填到偏斜孔段以上1 m位置。

形成了大孔段的S形樁孔時(shí)，用水下混凝土澆注到偏斜孔段以上1 m的位置，持凝固后再行沖進(jìn)糾偏。

3 結(jié) 論

楓樹壩特大橋4#主墩樁基施工中采用河水造漿成孔工藝，充分利用現(xiàn)場已有的資源，大大節(jié)省的施工成本。不斷優(yōu)化施工過程中存在的問題，達(dá)到了縮短工期、保證質(zhì)量的目的。由于樁基直徑大，土質(zhì)不穩(wěn)定，極其容易造成樁孔出現(xiàn)偏移，影響成樁的進(jìn)度和質(zhì)量，建議在施工現(xiàn)場準(zhǔn)備一定數(shù)量孔徑1/3～1/2的塊石材料，樁孔出現(xiàn)偏移時(shí)確保及時(shí)回填材料再回沖。同時(shí)本工程對(duì)成孔偏移糾偏的處理方法也可為其他特大橋施工提供借鑒。