漢江大橋水上平臺鉆孔樁施工質(zhì)量與管控技術(shù)

劉新兵

（新疆路橋北疆工程建設(shè)有限公司，新疆 昌吉 831100）

1 引言

跨江跨河特大橋的施工安全隱患多，質(zhì)量控制薄弱環(huán)節(jié)多，施工過程中不可控潛在因素多。本文依托安康至嵐皋高速公路安嵐AL-C01標(biāo)中漢江特大橋，主墩施工跨越漢江兩岸，施工難度較大，橋梁下部構(gòu)造涉水施工需要對橋梁墩臺施工過程中的每一道工序、每一處細節(jié)和重點工程嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)、安全關(guān)和環(huán)保關(guān)，其中漢江大橋主墩3#和4#墩水中樁基礎(chǔ)是本標(biāo)段的重點工程和難點工程，水中樁基礎(chǔ)施工是最難控制的隱蔽性工程。

2 工程簡況

安嵐AL-C01標(biāo)段起點位于建民鎮(zhèn)忠誠村附近，終點位于吉河鎮(zhèn)吉河壩村附近，起訖樁號K0+000～K4+110，全長4.110km。在該項目中分布著主線橋長2553m/4 座，互通樞紐3236.215m/2 處。漢江大橋3#和4#墩采用的是水中樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，也是本次施工的難點。從實際情況分析，3#、4#墩處于河道中間，樁頂處于水面以下10m位置處，所以施工難度較高。

3 水中鋼棧橋與平臺質(zhì)控

3.1 水中墩平臺質(zhì)量管控要點

漢江大橋3#和4#墩樁墩部位，應(yīng)用鋼棧橋設(shè)置鉆孔平臺進行作業(yè)。

棧橋行車道寬6m，按公路I 級設(shè)計，根據(jù)200t 荷載計算分析，設(shè)計車速15km/h。平臺采用7 組“321”型貝雷梁，兩側(cè)各2 組（2 片/組），采用90cm 花架連接，中間3 組（3片/組），采用45cm 花架連接，貝雷梁的各個結(jié)構(gòu)部分的連接應(yīng)用斜撐栓接[1]。貝雷梁上設(shè)置I25b 橫向分配梁，按照間隔距離70.5cm 設(shè)置要求進行布置，I25b橫向分配梁與貝雷梁的所有連接部分應(yīng)用騎馬螺栓進行固定，同時在表面均勻的鋪設(shè)行車道面板，以達到正常施工標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

圖1 漢江大橋水中樁鉆孔樁施工平臺

3.2 施工鉆機選擇

樁基施工采用履帶式旋挖鉆進行鉆孔，鉆機分排隔孔作業(yè)，水中鉆孔樁利用泥漿外運罐車作為泥漿循環(huán)池、沉淀池及造漿池；鉆孔沉渣通過管道輸送或罐車運送至指定泥漿處理地點。

4 漢江大橋水上平臺鉆孔樁施工質(zhì)量管控

4.1 搭建平臺質(zhì)控要點

水中樁在施工中，將棧橋作為標(biāo)準(zhǔn)，主要的施工材料是鋼管，建設(shè)鉆孔作業(yè)平臺。鋼管樁安裝完畢后，傾斜度不超過1%，位置偏差不超過300mm。鉆孔平臺應(yīng)用的是梁柱組合形式，并且采取鋼管樁、鋼護筒、貝雷梁等結(jié)構(gòu)形式組合成為成體，各個結(jié)構(gòu)部分的尺寸、位置符合要求[2]。

平臺在施工環(huán)節(jié)要綜合分析高水位或者潮位，通常需要超出潮水位1m多的高度。鉆孔平臺達到牢固、穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，惡劣自然環(huán)境并不會對其產(chǎn)生影響。平臺連接達到牢固性標(biāo)準(zhǔn)，任何船舶不會觸碰平臺與護筒。鉆孔平臺上布置航標(biāo)、警示等部件，夜晚有示廓燈亮起，周邊設(shè)置救生圈。通常情況下，水中墩應(yīng)用鋼管樁形式，工字梁主要承載結(jié)構(gòu)，槽鋼是基點部分，然后在表面鋪設(shè)鋼板制作作業(yè)平臺。

4.2 測量定位控制要點

水中墩臺達到精確度的要求，組織專業(yè)測量人員開展測量工作，并且利用基站式GPS一拖二儀器定位，在平臺穩(wěn)定位置上布置中心點，使用紅漆標(biāo)記，且不會存在樁點破壞的情況，偏差不超過±5mm。

4.3 鋼護筒設(shè)置質(zhì)量管控要點

4.3.1護筒的要求

護筒使用鋼板制作，其厚度為12mm，直徑D=d+0.3m（d為樁徑）。要想保證護筒結(jié)構(gòu)強度、剛度性能合格，避免在運輸環(huán)節(jié)發(fā)生變形，在上口、中部分別焊接加勁肋。鋼護筒連接時，采用焊接加長的方式[3]。

4.3.2護筒的埋設(shè)

埋設(shè)護筒施工環(huán)節(jié)，應(yīng)用履帶吊聯(lián)合振樁錘的方式進行，該項目施工選擇應(yīng)用50T履帶吊和60型振動錘作為施工設(shè)備，其性能參數(shù)合格，且滿足現(xiàn)場施工的需要，達到正常施工標(biāo)準(zhǔn)。

①水中樁護筒結(jié)構(gòu)需要插入到持力層以下深度，提高穩(wěn)定性，防止水流沖刷損壞。安裝后，檢測中心偏差在2cm 以內(nèi)，傾斜度在1%以內(nèi)，且上部需要布設(shè)20×30cm溢漿孔，實現(xiàn)泥漿的循環(huán)使用。

②樁位護筒一般采用鋼制，護筒的頂面標(biāo)高需要高于水位1m～3m，預(yù)防因雨季時節(jié)河水上漲影響樁基施工，如圖2所示。

圖2 水中樁鋼護筒安放及對中定位

4.4 泥漿護壁

依據(jù)現(xiàn)場施工情況，因地制宜的利用工地附近的優(yōu)質(zhì)粘土，當(dāng)橋梁附近無優(yōu)質(zhì)粘土或者膨潤土無法造出合格泥漿時，可采購鉆孔樁專用化學(xué)泥漿制劑[4]。

鉆孔作業(yè)階段，泥漿需要超出孔外水位和地下水位，這樣可以有效的回收鉆渣，且不會發(fā)生環(huán)境污染的問題，還要在設(shè)備旁側(cè)設(shè)置4m×4m×3m 的泥漿中轉(zhuǎn)箱，使用專業(yè)的泥漿運輸車將其運輸?shù)揭?guī)定地點存放。開始鉆進前，泥漿箱檢驗達標(biāo)后才能進行施工。

4.5 鉆孔施工質(zhì)量管控要點

樁基采用合規(guī)達標(biāo)的機械鉆進成孔方法的同時，還應(yīng)該確保以下施工過程質(zhì)量控制要點合格。

①鉆機開鉆之前精準(zhǔn)定位并且固定機位，防止施工過程中鉆機傾斜、移動而造成樁位偏差。

②樁體結(jié)構(gòu)鉆孔中心距離5m 內(nèi)，必須在灌注結(jié)束后24h才能進行其他結(jié)構(gòu)的施工，以免給該結(jié)構(gòu)造成損壞和影響。

③鉆進作業(yè)階段，確保內(nèi)部水位、泥漿稠度合格，避免出現(xiàn)塌孔的問題。

④要想保證護筒內(nèi)外的水泥漿面差值合格，應(yīng)通過輔助泥漿泵方式進行調(diào)整，使得內(nèi)外的壓力差在合理范圍內(nèi)[5]。

⑤每一個交接班對泥漿取樣后試驗檢測，保證泥漿指標(biāo)滿足施工過程泥漿護壁及沉渣懸浮等工藝需求。

4.6 樁基施工泥漿清孔關(guān)鍵節(jié)點

樁基鉆進成孔之后立刻測量成孔深度LA，成孔之后關(guān)鍵工序清孔后即可測量孔深度LB，關(guān)鍵工序清孔完成后拔出導(dǎo)管，立刻組織機械、設(shè)備、人員安裝鋼筋籠，安裝導(dǎo)管后立刻進行二次清孔。樁基基底沉淀層厚度L=LA-LB，L≤50mm。

4.7 成孔檢查質(zhì)量管控要點

鉆孔樁終孔、清孔工作完成后，做好直徑、傾斜度的檢查，保證各項技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在鉆孔深度達到設(shè)計要求后，灌注混凝土結(jié)構(gòu)之前，做好整個長度范圍內(nèi)檢查，確保全長度質(zhì)量合格。

4.8 鋼筋加工及安裝質(zhì)量管控要點

鋼筋制作現(xiàn)場，需要做好場地硬化處理，鋼筋加工需要在平臺內(nèi)進行，通過長線匹配方式實現(xiàn)，結(jié)合樁體長度整體或者分節(jié)的方法制作鋼筋籠[6，7]。

鋼筋籠制作時應(yīng)合理加筋，主要方式為：加工環(huán)節(jié)做好尺寸的控制，加勁筋位置符合要求，把主筋設(shè)置在平臺上，應(yīng)用石筆進行位置標(biāo)記。焊接作業(yè)環(huán)節(jié)，保證加勁筋的位置、結(jié)構(gòu)形式符合要求，正確進行施工，然后點焊連接。

在一根主筋上把所有的加勁筋焊接完成之后，人工方式轉(zhuǎn)動鋼筋骨架結(jié)構(gòu)，并且把其他的主筋逐一進行焊接施工。吊起鋼筋籠放置在支架上，套上盤條筋，根據(jù)設(shè)計方案直接把螺旋筋綁扎在主筋上，再進行全面焊接作業(yè)[8-10]。

樁基鋼筋籠縱向鋼筋應(yīng)用機械方式連接作業(yè)，接頭套筒應(yīng)用工具緊固連接，保證兩個絲頭處于中部位置，且擰緊連接。各個鋼筋直徑與扭矩都要符合要求，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 鋼筋直徑與最小扭矩

鋼筋籠接長、安放環(huán)節(jié)，確保骨架達到垂直度標(biāo)準(zhǔn)。要想使得鋼筋籠下放加速進行，每根樁基礎(chǔ)的鋼筋接長次數(shù)要控制在3次以內(nèi)，做好接頭部位的質(zhì)量全面檢查，在下沉的同時要切除內(nèi)部十字撐[11，12]。在混凝土灌注前，將鋼筋籠全部下入到孔內(nèi)，確保骨架符合要求后才能灌入混凝土。鋼筋骨架重新放置前，需要保證底部沒有松散物，確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量性能合格。鋼筋骨架制作和吊放的允許誤差見表2。

表2 鋼筋安裝實測項目

4.9 安裝導(dǎo)管及二次清孔

鋼筋籠安放到結(jié)構(gòu)內(nèi)，就可以進行導(dǎo)管安裝施工，同時實施二次清孔作業(yè)，且保證底部沉淀層結(jié)構(gòu)厚度達到設(shè)計要求。

4.10 灌注水下混凝土質(zhì)量管控要點

4.10.1灌注前技術(shù)準(zhǔn)備

樁基配合比必須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計方案，經(jīng)監(jiān)理單位批準(zhǔn)后方可施工。灌注水下混凝土通常應(yīng)用導(dǎo)管承壓法灌注施工，且導(dǎo)管正式投入使用前要進行性能試驗，如抗拔、高壓水泌性等檢測，導(dǎo)管的接頭抗拔試驗及導(dǎo)管的高壓水泌性試驗檢測必須同時合格，導(dǎo)管才可以投入水下灌注混凝土。

灌注速度要求：直徑2m 以下的樁，速度不小于50m3/h；直徑2m以上的樁，速度不小于80m3/h[12-14]。

首批混凝土材料要達到導(dǎo)管首次埋設(shè)深度（H1≥100cm）和底部填充的要求，所需混凝土數(shù)量見公式（1）。

式中，V為灌注首批混凝土所需體積，m3；

D為樁孔直徑，m；

H1為樁孔至導(dǎo)管底端間距，一般為35cm～45cm；

H2為導(dǎo)管初次埋置深度，應(yīng)小于等于100cm，一般為100cm；

d為導(dǎo)管內(nèi)徑，m；

h1為樁孔內(nèi)混凝土達到埋置深度H2時，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外（或泥漿）壓力所需的高度，m；

HW為樁孔內(nèi)水或泥漿的深度，m；

YW為樁孔內(nèi)水或泥漿的重度，kN/m3；

YC為混凝土拌和物的重度，kN/m3。

4.10.2施工節(jié)點控制

①灌注施工階段，當(dāng)內(nèi)部混凝土沒有充滿存在空氣時，后續(xù)混凝土應(yīng)該緩慢灌入施工，不能整體灌入，也不要使用導(dǎo)管，否則會導(dǎo)致內(nèi)部存在高壓水囊的結(jié)構(gòu)，將關(guān)節(jié)間橡皮墊擠出[15]。

②灌注時要保持連續(xù)進行，避免中途間斷作業(yè)。灌注的過程中，要避免混凝土從漏斗頂部溢出或者孔底掉落，保證內(nèi)部的水泥凝結(jié)。灌注施工階段，應(yīng)該隨時觀察了解內(nèi)部混凝土下降、孔內(nèi)水位上升的情況，測量混凝土高度尺寸，及時指導(dǎo)導(dǎo)管提升和拆除作業(yè)。導(dǎo)管提升確保豎直和居中，提升速度應(yīng)符合要求。

③導(dǎo)管提升到接頭絲口露孔口以上高度時，可以拆除1節(jié)或2節(jié)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，具體根據(jù)實際情況確定。在該工作進行時，應(yīng)該停止灌注作業(yè)，將漏斗取出，保證導(dǎo)管的牢固性，并且懸掛提升設(shè)備，松開導(dǎo)管的絲扣，將提升導(dǎo)管應(yīng)用吊鉤懸掛到待拆的導(dǎo)管上部吊環(huán)，在螺栓拆除或者快速接頭拆除后，吊起拆除后的導(dǎo)管，緩慢放置在地面，然后把漏斗重新拆入到井口導(dǎo)管中，做好位置尺寸的校正，再灌注施工。

④混凝土灌注到臨近標(biāo)高部位上，技術(shù)人員計算確定混凝土施工量，確定合適拌合站數(shù)量和拌合能力，保證材料正常供應(yīng)。

⑤一般為了保證樁基頂部混凝土的密實度和質(zhì)量，需要超出標(biāo)高加灌一定高度，一般超出標(biāo)高加灌高度為50cm～100cm，加灌的高度在樁基檢測之前需要破除，破除之后的樁頂必須平整而且無松散層。

4.11 成樁檢測

樁身結(jié)構(gòu)達到規(guī)定強度后，把樁頭松散結(jié)構(gòu)鑿除掉，確保表面達到平整、清潔性的要求，不會存在任何泥土、雜物等問題，然后上報監(jiān)理工程師檢查驗收。樁基需要逐一檢測，采取超聲檢測的方式，一般在灌注施工結(jié)束的14d～28d內(nèi)進行。

5 結(jié)語

水中樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工難度較高，屬于隱蔽工程項目，是跨海大橋重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，也是百年工程項目，其施工環(huán)境比較復(fù)雜，容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損壞的問題，一但結(jié)構(gòu)破壞，維修難度高、成本亦高。本文選擇安嵐AL-C01工程進行研究，分析水上鉆孔平臺建設(shè)施工要求和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)管理經(jīng)驗，提高技術(shù)水平，本研究值得推廣和應(yīng)用。