危明凱
(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001)
在國(guó)內(nèi)橋梁建設(shè)中,樁基施工是一項(xiàng)高度成熟的施工技術(shù),但深水厚砂礫石層樁基施工始終是樁基施工的一大難點(diǎn),施工不當(dāng)容易導(dǎo)致樁孔塌陷、孔徑縮小[1-3]。該文以某高速公路橋梁為例,對(duì)深水厚砂層樁基施工技術(shù)進(jìn)行深入探討。
某高速公路橋梁全長(zhǎng)2 918.7 m,主橋?yàn)?6.85 m+4×150 m+76.85 m 波形鋼腹板組合梁,主墩31#-32#墩基礎(chǔ)為深水樁。橋梁最長(zhǎng)樁基為32#墩,最大水深13 m,井長(zhǎng)38 m。該文以32#墩為例探討了厚砂礫石層深水樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。
該高速公路橋梁32#墩位于河道中間,鉆孔樁穿過(guò)淤泥、粉砂、細(xì)沙、圓礫石、細(xì)沙、圓礫石層。地質(zhì)條件多樣,環(huán)境復(fù)雜,周圍地質(zhì)多為圓形礫石,穩(wěn)定性差,孔壁塌陷風(fēng)險(xiǎn)大,易縮徑,鉆孔難度較大。
根據(jù)該高速公路橋梁所在區(qū)域的汛期河道水位數(shù)據(jù),設(shè)置32#墩臺(tái)鉆孔平臺(tái)作為島臺(tái),并滿足兩孔單向通航要求[4]。地基為鋼管樁,在鋼管樁頂部安裝承重梁,承重梁由貝雷梁和分配梁組成。
樁基施工質(zhì)量與樁基在水中的護(hù)筒布設(shè)質(zhì)量密切相關(guān),護(hù)筒制作成本很高,其長(zhǎng)度與制作成本直接相關(guān)。護(hù)筒越長(zhǎng),用料越多,成本越高,垂直度越難控制。該文根據(jù)目前粉砂層沖刷情況和地質(zhì)條件,擬制作從平臺(tái)上部至護(hù)筒下部全長(zhǎng)40 m 的鋼護(hù)筒。
鋼護(hù)筒制作材料為厚15 mm 的鋼板,其直徑由樁的直徑?jīng)Q定。為了增加鋼護(hù)筒的剛性,在其底部安裝60 cm的加強(qiáng)圈刃腳。在頂節(jié)頂部安裝一個(gè)60 cm 的加強(qiáng)圈,由厚12 mm 鋼板制成。護(hù)筒內(nèi)部設(shè)置“米”字形支撐結(jié)構(gòu)[5-6]。制作完成鋼護(hù)筒后用浮吊吊裝,用夾具和振動(dòng)錘DZ90 振動(dòng)鋼護(hù)筒,使其慢慢下沉。
根據(jù)總結(jié)的深水樁基礎(chǔ)施工要點(diǎn),對(duì)已構(gòu)建的平臺(tái)須重新測(cè)量。使用GPSRTK 測(cè)量方法重新測(cè)設(shè)。
在樁的水平和垂直軸上設(shè)置兩個(gè)測(cè)點(diǎn),在平臺(tái)工字鋼位置油漆標(biāo)記測(cè)點(diǎn),共進(jìn)行4個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量。將導(dǎo)向架與樁基中心、導(dǎo)向架中心進(jìn)行對(duì)比,如偏差在可控范圍內(nèi),可固定導(dǎo)向架,下放鋼護(hù)筒。
該高速公路橋梁32#墩樁基礎(chǔ)鉆孔作業(yè),采用大扭矩液壓旋挖鉆,首先安裝好旋挖鉆,精確定位完成后調(diào)整鉆孔內(nèi)部的泥漿指數(shù),打開空壓機(jī),進(jìn)行反循環(huán)鉆孔。
增加配重(15 t 配重)以增加鉆頭的爆破壓力,同時(shí)確保減壓鉆進(jìn)。由于該橋梁工程施工場(chǎng)地地質(zhì)具有軟硬夾雜特性,礫石層較厚,容易坍塌。因此,須不斷加強(qiáng)隨鉆泥漿管理,根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整泥漿性能、鉆進(jìn)速度等指標(biāo),以確保施工現(xiàn)場(chǎng)安全。
3.4.1 泥漿循環(huán)系統(tǒng)及指標(biāo)控制
該大橋32#墩水上平臺(tái)樁基鉆孔施工時(shí),于護(hù)筒內(nèi)實(shí)施泥漿循環(huán)操作,在平臺(tái)兩側(cè)設(shè)集渣船,利于泥漿循環(huán)及鉆渣外排,循環(huán)系統(tǒng)由鋼護(hù)筒、溜槽等多部分組成。圖1 所示為循環(huán)系統(tǒng)平面圖。使用膨潤(rùn)土制作泥漿,制作時(shí)還需添加相關(guān)化學(xué)劑,如PHP、純堿等,采用YJA-800 高速制漿機(jī)制造,泥漿性能指標(biāo)見表1。
表1 泥漿性能指標(biāo)要求
圖1 循環(huán)系統(tǒng)平面示意圖
3.4.2 鋼護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)
鉆進(jìn)前,鉆桿稍提,于護(hù)筒內(nèi)部制漿,泥漿泵開始工作,攪拌泥漿,完成泥漿拌和后開始進(jìn)行鉆進(jìn)施工。泥漿池泥漿比重低于1.15 嚴(yán)禁鉆進(jìn),超過(guò)該比重后方可實(shí)施鉆進(jìn)施工,距離護(hù)筒底1~2 m 時(shí),應(yīng)減壓放低鉆進(jìn)速度,穩(wěn)定護(hù)筒底部地層,鉆頭等完全沒(méi)入地層開始正常鉆進(jìn)施工。
3.4.3 一般土層鉆進(jìn)
一旦開始鉆孔施工,嚴(yán)禁中斷,須持續(xù)推進(jìn),根據(jù)鉆進(jìn)部位、地質(zhì)等確定鉆進(jìn)速度,并優(yōu)化泥漿比,接入鉆桿時(shí),應(yīng)保證接頭連接緊密,規(guī)避漏水、脫落等風(fēng)險(xiǎn)。鉆進(jìn)施工過(guò)程,應(yīng)對(duì)泥漿水頭嚴(yán)格控制,其高度嚴(yán)禁低于2 m,如出現(xiàn)漏失、損失泥漿的情況,應(yīng)及時(shí)采取措施補(bǔ)充[7]。
鉆進(jìn)時(shí),為有效防止塌孔、擴(kuò)孔、彎孔和斜孔,泥漿進(jìn)行護(hù)壁,嚴(yán)格控制泥漿各項(xiàng)指標(biāo),控制好內(nèi)外水頭差和進(jìn)尺速度,提高泥漿黏度。鉆進(jìn)使用減壓法,杜絕使用全壓鉆進(jìn)方式,嚴(yán)格控制鉆桿狀態(tài),全程垂直,平穩(wěn)回轉(zhuǎn)鉆頭。
3.4.4 砂礫土層鉆進(jìn)
砂礫層粒徑約為2~10 cm,正循環(huán)時(shí),泥漿排渣困難,因此砂礫土層采用泵吸反循環(huán),根據(jù)進(jìn)尺情況,更換刀刃間隙較大(>S cm)的鉆頭,并及時(shí)跟進(jìn)進(jìn)尺速度,調(diào)整轉(zhuǎn)速及鉆壓。鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆機(jī)如出現(xiàn)負(fù)荷較大、進(jìn)尺較慢的情況,應(yīng)及時(shí)對(duì)鉆頭進(jìn)行檢查,同時(shí)采取低速慢進(jìn)的措施,以免發(fā)生其他不良情況,同時(shí)密切關(guān)注進(jìn)尺效果。如出現(xiàn)明顯減慢情況,應(yīng)停止施工,對(duì)鉆具進(jìn)行檢查,了解其是否受損,若發(fā)現(xiàn)受損應(yīng)及時(shí)治理。終孔時(shí),做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)記錄工作,記錄內(nèi)容包括配重、鉆桿長(zhǎng)度、編號(hào)等,借此了解孔底標(biāo)高情況。
鉆孔完成后,通過(guò)孔壁回聲儀測(cè)定孔的直徑、垂直度等,初步檢測(cè)合格后報(bào)驗(yàn),通過(guò)驗(yàn)收后實(shí)施首次清孔操作:首次清孔采取鉆機(jī)氣舉法,該次清孔施工過(guò)程中,鉆具與孔底保持10 cm 距離,嚴(yán)格控制鉆具速度,緩慢回轉(zhuǎn),便于孔底沉渣全部清理干凈;同步實(shí)施孔內(nèi)泥漿置換,新拌泥漿置換孔內(nèi)泥漿,提升孔內(nèi)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)。通過(guò)各方驗(yàn)收后,實(shí)施提鉆檢孔操作,進(jìn)行后續(xù)施工[8]。
鋼筋籠完成下放后,下放灌注混凝土用的導(dǎo)管,對(duì)沉渣厚度進(jìn)行測(cè)量,如果與設(shè)計(jì)、規(guī)范要求不符,則需實(shí)施第二次清孔施工。
32#墩樁基鋼筋籠全長(zhǎng)100.95 m,直徑1.6 m,進(jìn)行同槽制作,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段12 m 一節(jié),按安裝順序編號(hào),鋼筋與鋼筋之間使用直螺紋連接。鋼筋籠制作時(shí),對(duì)稱布置測(cè)聲管,固定由定位鋼筋焊接,制作完成后向水運(yùn)碼頭運(yùn)輸,將其使用船舶運(yùn)輸至32#墩施工現(xiàn)場(chǎng),在運(yùn)輸、臨時(shí)吊放過(guò)程中應(yīng)以枕木墊平,防止鋼筋籠變形。接長(zhǎng)鋼筋籠前將螺紋套筒、管鉗等設(shè)備、工具準(zhǔn)備好,按照編號(hào)下放鋼筋籠,全程使用浮吊吊裝,吊裝時(shí)嚴(yán)格控制速度,嚴(yán)禁過(guò)快[9]。
鋼筋籠對(duì)接過(guò)程中,通過(guò)型鋼將鋼筋籠臨時(shí)固定,使用螺紋套與上節(jié)鋼筋接頭頂口對(duì)齊。當(dāng)對(duì)齊兩節(jié)鋼筋籠主筋,通過(guò)上旋套筒連接,使用浮吊吊裝,下放型鋼,完成該次吊裝后,重復(fù)本操作,至完成下放所有節(jié)段。下放最后一節(jié)時(shí),應(yīng)調(diào)整鋼筋籠位置,使用吊筋進(jìn)行懸吊操作,提升下放精確度。上述下放全程應(yīng)控制鋼筋籠中心、樁位中心合一。
下放鋼筋籠后安裝導(dǎo)管,并標(biāo)定導(dǎo)管長(zhǎng)度。因樁基較長(zhǎng),涉水較大,導(dǎo)管氣密性與混凝土灌注情況息息相關(guān),因此灌注前還需實(shí)施閉水試驗(yàn),了解導(dǎo)管密閉性,32#墩樁基使用的導(dǎo)管外徑32.8 cm,壁厚12 mm,且無(wú)縫,接頭使用T 型螺紋。
該大橋32#墩樁基混凝土由陸上拌和站集中供應(yīng),通過(guò)混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送至臨時(shí)碼頭,再由臨時(shí)碼頭混凝土罐車卸料至船上旋轉(zhuǎn)罐中,利用船舶將混凝土罐運(yùn)輸至墩位,通過(guò)墩位兩側(cè)船上的輸送泵將混凝土泵送到位。水上混凝土運(yùn)輸示意見圖2。
圖2 水上混凝土運(yùn)輸示意圖
混凝土需經(jīng)多次運(yùn)輸,除配合比應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)控制外,還必須嚴(yán)格控制其和易性、坍落度。中心儲(chǔ)料斗注入混凝土,開始水下澆筑混凝土施工,全程使用導(dǎo)管、小料斗,完成單根樁混凝土澆筑后,置換出的泥漿通過(guò)設(shè)備抽送排至沉淀池內(nèi)。
(1)在檢測(cè)施工材料的質(zhì)量時(shí),應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照各項(xiàng)指標(biāo),對(duì)原材料質(zhì)量及規(guī)格進(jìn)行全面檢測(cè),盡可能選擇有質(zhì)量保障,生產(chǎn)規(guī)模較大的實(shí)力材料生產(chǎn)廠商,并建立長(zhǎng)期合作關(guān)系。
(2)在材料進(jìn)場(chǎng)之前,要查驗(yàn)出廠合格證,將材料規(guī)格與設(shè)計(jì)要求做好比對(duì),待最后抽樣檢查結(jié)束后,不合格的材料進(jìn)行及時(shí)處理,禁止直接用于施工。
(3)建立健全質(zhì)量控制體系。設(shè)置項(xiàng)目經(jīng)理為質(zhì)量控制小組的主要負(fù)責(zé)人,組建包括總工程師、技術(shù)員、現(xiàn)場(chǎng)施工員、施工班組負(fù)責(zé)人等人員的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì),合理分工強(qiáng)化職責(zé),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題,進(jìn)一步提高技術(shù)交底工作的效率[10]。
(4)建立安全管控小組,實(shí)施三級(jí)安全教育機(jī)制,做好安全培訓(xùn)工作。為提高安全教育的效果,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)三級(jí)安全教育的重視,成立專門的安全教育小組,并有針對(duì)性地展開對(duì)不同工種、工序的安全教育學(xué)習(xí)。
綜上所述,樁基施工是一項(xiàng)高度成熟的施工技術(shù),但厚砂礫石層地質(zhì)條件施工深水樁基難度較大,該高速公路橋梁32#墩深水超長(zhǎng)樁基施工工期為60 天,共完成14 根樁基施工。經(jīng)多次檢查,鋼護(hù)筒垂直度符合要求,樁徑及水平位置誤差小,各質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定指標(biāo)均達(dá)標(biāo),極大提升了橋梁樁基施工效率,節(jié)省施工成本,可為類似工程施工提供技術(shù)參考,具有良好的應(yīng)用價(jià)值。