飛龍大橋砂巖地質(zhì)深水大直徑樁基施工技術(shù)

雷杰 李慶輝 藍(lán)世鑫

摘要：文章對飛龍大橋2.8 m大直徑樁基施工成功經(jīng)驗進行了總結(jié)，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察資料以及施工條件，從鉆孔平臺搭設(shè)、鉆孔機械選擇、鉆孔施工、清孔和檢查鉆孔、鋼筋籠制作與下放等方面，形成了有針對性的施工方案與關(guān)鍵技術(shù)。該工程所有樁基經(jīng)檢測為Ⅰ類樁，其成功經(jīng)驗可為同類型大橋深水樁基施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大直徑樁基；鉆孔灌注樁；鉆孔；施工工藝

中圖分類號：U445.55+1? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文意編號：1673-4874（2024）04-0122-02

0 引言

隨著橋梁跨徑的增大以及橋體體量的增加，大直徑樁基施工的要求也越來越高。而實際施工中樁基地質(zhì)情況復(fù)雜，如何把控好樁基質(zhì)量成為橋梁施工的重要控制點，它是橋梁整體穩(wěn)定性的基礎(chǔ)［1］。本文以平沙公路飛龍大橋項目為例，總結(jié)闡述在2.8 m大直徑樁基施工過程中如何優(yōu)化創(chuàng)新工藝，采用鉆孔施工微擴孔、黑旋風(fēng)泥漿凈化裝置、鋼筋籠固定定位裝置與技術(shù)等確保了樁基施工質(zhì)量，為類似大直徑樁基施工提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 工程概況

飛龍大橋位于廣西南寧市橫縣平馬鎮(zhèn)與新福鎮(zhèn)飛龍鄉(xiāng)交界處，大橋主跨6#～8#主墩位于郁江河道中，主墩處水深常年保持在8～11 m。主墩樁基設(shè)計采用6根直徑2.8 m的水下混凝土鉆孔灌注樁，其樁基施工的作業(yè)平臺為臨時鋼平臺，最深樁基為7#墩27.5 m，6#和8#樁基樁深都為23.5 m。

1.1 地質(zhì)情況

經(jīng)過深入的鉆探和工程地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)橋址區(qū)的地表分布有殘坡積層（Q4el+dl），河床和階地分布有沖洪層（Q4al+pl）。下方的基巖是白堊紀(jì)下部的大坡組的泥質(zhì)砂巖，它們覆蓋在砂巖之上。樁基樁體經(jīng)過淤泥、圓礫和強風(fēng)化砂巖層嵌入中風(fēng)化砂巖層，淤泥深5.2～6 m，以下為薄弱強風(fēng)化砂巖層和中風(fēng)化砂巖層。

1.2 水文條件

橋位區(qū)地表水主要為郁江，水深約8.00～11.00 m，水量大，地表水對橋梁建設(shè)影響大。由于橋梁區(qū)位于庫區(qū)，下游的攔河壩起到削峰蓄洪的作用，河水不會出現(xiàn)暴漲暴落現(xiàn)象，庫區(qū)水位的漲落對河岸穩(wěn)定性影響較小。橋位區(qū)的地下水主要為覆蓋層的孔隙水和基巖裂隙水，主要接受地表水側(cè)向補給和大氣降水補給。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料、地下水賦存及分布特征，地下水位年變幅在0.50～3.00 m之間，水量中等。

2 施工方案

2.1 鉆孔平臺搭設(shè)

大橋6#、7#、8#主墩擬利用搭設(shè)的鋼棧橋及樁基施工鋼平臺進行樁基施工。其中，6#、7#主墩鋼平臺連接于平馬側(cè)1#鋼棧橋，8#主墩鋼平臺連接于沙坪側(cè)2#鋼棧橋。樁基作業(yè)鋼平臺的鋼管樁利用振動錘進行鋼管樁沉樁施工，以保證入土端的強度和插打質(zhì)量，將管樁打入至穩(wěn)定巖層，以保證其垂直度和抗傾覆性。鋼管樁之間通過C20a槽鋼焊接成整體，在鋼管樁頂部依次搭設(shè)雙拼工字鋼橫梁、貝雷梁、分配梁及波紋鋼板，使鋼棧橋形成一個穩(wěn)定的整體［2］。施工過程中，應(yīng)重點保證鋼管樁的激振力滿足設(shè)計要求，同時保障鋼管樁的垂直度與平面位置滿足規(guī)范技術(shù)指標(biāo)的要求。每個主墩包含6根樁基，搭設(shè)的施工作業(yè)平臺同時滿足2臺沖擊鉆的施工需要，平臺搭設(shè)后的示意圖如圖1所示。

2.2 鉆孔機械選擇

根據(jù)鉆機性能及地質(zhì)情況分析，由于土層厚、入巖深、巖石較堅硬，考慮了旋挖鉆和沖擊鉆兩種。通過對比這兩種鉆機，由于回旋鉆的軌道和鉆桿空壓機等設(shè)備占用的空間較大，并且這種方法需要使用的設(shè)備也比較多，因此故障頻率也相對較高，這會影響機械效率的充分發(fā)揮。直接采用沖擊鉆的工藝更成熟，一個平臺上能安排兩根樁同時施工，設(shè)備維修簡單［3］。

采用實心錐沖擊鉆機進行鉆孔，沖錘直徑達到2.8 m，重量達到5 t，并且在主墩平臺上安排了2臺鉆機進行同時作業(yè)。由于樁基大部分經(jīng)過中風(fēng)化巖層，對鉆錘具有高磨耗作用，經(jīng)過一段時間沖孔后將沖錘提起至平臺上加焊沖錘刃角，根據(jù)樁徑尺寸選擇加焊5 cm刃角，擴大沖錘直徑，鉆孔過程中盡量達到全斷面覆蓋鉆孔。

2.3 鉆孔施工

施工平臺建立后，通過全站儀在施工平臺對鋼護筒的縱、橫軸線進行測量設(shè)計，并在平臺上做出油漆標(biāo)記，以此進行井字形導(dǎo)向架定位，通過采用該定位方法保證導(dǎo)向架縱、橫軸線與護筒設(shè)計軸線重合，再進行鋼護筒下沉操作。在鋼護筒下沉過程中通過全站儀十字絲控制其傾斜度，同時校核鋼護筒平面位置。水下主墩2.8 m的樁基施工，鋼護筒由鋼板卷制而成，該鋼護筒成型后直徑為3.0 m，壁厚為16 mm。依據(jù)設(shè)計文件、鋼平臺頂面設(shè)計高程以及工程地質(zhì)剖面圖，對應(yīng)三個水下主墩，首節(jié)鋼護筒的最大長度為19 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的長度為1.5 m，可計算的首節(jié)鋼護筒的最大重量為22.23 t，利用一臺50 t汽車吊吊裝。為了防止插打過程鋼護筒底部卷曲變形，需進行如下處理：將護筒頂節(jié)的筒節(jié)外壁與環(huán)形襟帶相接，以此加強其抗變形能力，該環(huán)形襟帶與母筒節(jié)鋼材等厚長度30 cm。鋼護筒沉放過程中，采用汽車吊配合振動錘的施工方法。在鋼護筒振入過程中，不可直接采用振動下沉，而應(yīng)先采用自重下沉，在確保鋼護筒的位置準(zhǔn)確、鋼護筒穩(wěn)定性滿足要求后，方可使用振動錘振動下沉。

2.4 清孔和檢查鉆孔

該橋主墩樁基處軟弱土層淤泥、圓礫覆蓋層較厚，因此采用泥漿攪拌機進行泥漿制備。在施工過程中，首先把黏土與水混在一起，然后放進攪拌器里。再慢慢添加其他組分，直至混合物的相對密度在1.20～1.40，黏度在22～30 Pa·s，并且含沙率＜4%。把混合物倒進鋼護筒，并確保泥漿的數(shù)量充足。

主墩樁基施工過程中，利用正在施工的樁基附近的其余鋼護筒作為泥漿池。在主墩樁基施工前，先將每個主墩的所有鋼護筒振打至指定高程，而后利用其附近的鋼護筒作為泥漿池。在完成主墩的一部分樁基施工之后，可利用已施工樁基的護筒繼續(xù)作為泥漿池。在沖孔、泥漿循環(huán)的過程中，定時監(jiān)測鋼護筒內(nèi)泥漿深度，當(dāng)護筒內(nèi)泥漿池頂面距離護筒頂面＜2 m，利用長臂鉤機將多余的泥漿打撈至裝有泥漿罐的平板車，將多余泥漿運輸至岸邊的泥漿、污水處理場地。

為保證鉆進施工的效率，利用泥漿空壓機反循環(huán)法清渣，配合“黑旋風(fēng)”泥漿凈化裝置過濾泥漿渣。將抽渣管接長送至距離孔底約1 m，接通空壓機，利用抽渣管將孔底鉆渣、高濃度泥漿抽出，經(jīng)“黑旋風(fēng)”空壓機過濾，過濾后泥漿集中至泥漿池備用，后泵送至樁基鉆孔中形成循環(huán)［4］。

終孔檢驗，考慮鋼筋籠不同節(jié)段之間的接高，在樁基鋼筋拼接安裝施工完成后的2 h內(nèi)，必須檢查孔底的沉淀物厚度以及泥漿的參數(shù)，若超出技術(shù)規(guī)范要求，則需要在混凝土施工之前，使用導(dǎo)管對孔洞實施第二次清洗。清孔后的泥漿指標(biāo)應(yīng)滿足以下指標(biāo)：相對密度為1.03～1.10；沉渣厚度＜50 cm；黏度為17～20 Pa·s；含砂率<2%;膠體率>98%；。

為保證樁基鋼筋籠的順利下放，制作了簡易探籠用于試下放，探籠由14根6 m長16 mm的鋼筋分別在兩端頭和中間分三圈箍筋焊接起來而成，箍筋中間用鋼筋焊接成三角形支撐，以防變形。

2.5 鋼筋籠制作與下放

鋼筋籠應(yīng)在專門的鋼筋加工場制作，鋼筋籠應(yīng)每隔2 m設(shè)置臨時三角形加勁撐，以防在施工過程中發(fā)生變形；加強箍肋必須設(shè)在主筋的內(nèi)側(cè)，環(huán)形筋在主筋的外側(cè)。鋼筋骨架在起吊施工過程中，宜采用扁擔(dān)梁輔助起吊，如需多節(jié)鋼筋籠焊接加長時，第一節(jié)鋼筋籠放入孔內(nèi)，取出臨時十字加勁撐，在護筒頂用工字鋼穿過加勁箍下掛住鋼筋籠，并保證工字鋼水平和鋼筋籠垂直；吊放第二節(jié)與第一節(jié)鋼筋骨架進行豎向機械連接，接頭進行墩粗后開絲，開絲后應(yīng)用塑料保護。

鋼筋籠安裝精準(zhǔn)度是樁基施工質(zhì)量的關(guān)鍵，而在深水大直徑樁基鋼筋籠的安裝施工中，傳統(tǒng)的鋼筋籠定位裝置及方法精度差，施工效率低、定位效果差。為解決以上問題，項目相關(guān)技術(shù)人員提出了一種新型鋼筋籠定位與調(diào)節(jié)技術(shù)方案，研發(fā)的調(diào)節(jié)限位構(gòu)件（見圖2）抵壓在鋼筋籠內(nèi)外兩側(cè)，可限制并調(diào)節(jié)鋼筋籠下放過程中可能出現(xiàn)的偏位，即對鋼筋籠進行垂直向及平面向的調(diào)節(jié)，操作方便、快捷，實現(xiàn)鋼筋籠高精度定位，保證樁基施工質(zhì)量，下放過程也能減少人力調(diào)整，提高下放效率。

該創(chuàng)新裝置含有兩根承重梁、兩根懸掛梁，兩根懸掛梁平行搭設(shè)在兩根承重梁之間形成井字形承重結(jié)構(gòu)，兩根承重梁平行安裝在鋼平臺上并位于鋼護筒的兩側(cè)。通過連接及加固件與鋼平臺建立可靠調(diào)節(jié)聯(lián)系，使在鋼筋籠下放及樁基混凝土灌注過程中將整套鋼筋籠懸掛裝置固定在鋼平臺上，使得裝置牢固穩(wěn)定，有效保證施工過程的安全性。在完成鋼筋籠定位固定澆筑工作后，其組成的各個構(gòu)件可拆卸周轉(zhuǎn)，重復(fù)使用，可節(jié)約大量成本，具有較好的經(jīng)濟環(huán)保效益。如圖3所示。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

（1）樁基鋼筋籠采用自動滾焊機加工制作，鋼筋籠主筋放置于滾焊機上旋轉(zhuǎn)綁扎環(huán)繞箍筋，在內(nèi)圈加強筋上支撐三角鋼筋，在鋼筋籠下放過程中可通過采用扁擔(dān)梁起吊的方法，目的是防止鋼筋籠在施工過程中由于受到擠壓而發(fā)生變形。

（2）分級擴孔，在沖擊鉆沖錘上補焊5 cm焊齒進行微擴孔，使開孔直徑滿足要求，還可以有效控制鉆孔的垂直度。

（3）在大部分樁身位于深水中風(fēng)化砂巖地質(zhì)條件下，樁基施工泥漿反循環(huán)過濾清渣，利用空壓機和抽渣管將泥漿抽出，采用“黑旋風(fēng)”泥漿凈化裝置過濾出泥渣，過濾完的泥漿重新收集到泥漿池調(diào)配再抽至鉆孔中循環(huán)利用。

（4）樁基鋼筋籠定位固定技術(shù)的利用保證了鋼筋籠的高精度定位與下放，也提升了樁基的質(zhì)量。

4 結(jié)語

飛龍大橋為S210橫縣平馬至靈山沙坪公路關(guān)鍵性控制工程，根據(jù)大橋所處的地質(zhì)情況，優(yōu)化樁基施工工藝，對每一根樁基進行超聲波探測，最后檢測均為Ⅰ類樁。事實證明，飛龍大橋樁基的一系列施工工藝是成功的，可以為同類樁基施工提供參考借鑒。

參考文獻

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［2］彭 寅.復(fù)雜地質(zhì)深水大直徑樁基施工技術(shù)［J］.黑龍江交通科技，2019，42（8）：124-125，127.

［3］趙定發(fā).深水裸巖3.6 m大直徑樁基施工技術(shù)［J］.中外建筑，2020（4）：192-193.

［4］王玉蓮.深水區(qū)大直徑砂層鉆孔樁施工技術(shù)［J］.建筑機械，2019（7）：129-131.

作者簡介：雷 杰（1992—），工程師，主要從事橋梁施工管理工作。