壽縣淮河特大橋大直徑厚砂層超長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工
2017-09-04
1、工程概況
1.1壽縣淮河特大橋橋位距離焦崗湖入淮口2.5km，距離上游方家坎人渡2.64km，下游毛集港區(qū)碼頭2.5km，其間無其他碼頭、橋梁。全橋長(zhǎng)11.8km，其中主橋長(zhǎng)440m。其中19號(hào)墩（主墩）、20號(hào)墩（主墩）位于淮河主河槽上。19#、20#主墩各采用20根直徑2.0m鉆孔樁灌注樁，樁底標(biāo)高為-82.13m，樁頂標(biāo)高為5.87m，單樁樁長(zhǎng)88m，樁底持力層位于粗砂層中，均為摩擦樁設(shè)計(jì)。
1.2地質(zhì)鉆探資料表明，在勘探所達(dá)深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地土層第①～⑦層為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al），第⑧～⑩層為第四系上更新統(tǒng)沖積層（Q3al）。橋位區(qū)發(fā)育有軟土，屬特殊性巖土。軟土層厚1.50～7.70m，天然含水量30.5～42.7%，天然孔隙比0.917～1.305，液性指數(shù)0.88～2.08，壓縮系數(shù)0.36～1.02MPa-1，標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)一般3.0～7.0擊，其承載力基本容許值為70～80kPa，極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為20～25kPa，工程性質(zhì)差，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用樁基礎(chǔ)穿過軟土層。同時(shí)勘察發(fā)現(xiàn)有一層孔隙型潛水，勘察期間地下水位埋深在0.00～8.2m之間，含水量豐富；河床內(nèi)土質(zhì)含砂量大，砂層比較厚，樁基處鉆探柱狀圖顯示砂層高達(dá)40m，地質(zhì)條件差，施工難度大。
2、鉆機(jī)選型及鉆孔施工工藝
2.1 鉆機(jī)選型
施工樁位區(qū)域工程的鉆孔深度為88m，加上平臺(tái)搭設(shè)高度（樁底標(biāo)高-82.13m，平臺(tái)頂部標(biāo)高23.5m）所以鉆機(jī)的最大鉆孔深度達(dá)110m。樁直徑最大為Φ200cm，根據(jù)地質(zhì)條件分析，故鉆頭宜備用刮刀、牙輪兩套鉆頭，刮刀鉆頭在亞砂土層中施工，所以施工時(shí)的鉆機(jī)選用自有的GPS-25D，鉆頭采用有良好扶正導(dǎo)向性的雙腰帶籠式鉆頭，鉆桿剛度要足夠，該鉆機(jī)可正反循環(huán)施工，而且適用于各種地層該機(jī)最大輸出扭矩達(dá)120KN.m，鉆孔深度最大130m，完全能夠滿足主墩樁基橋施工需要。
2.2 鉆孔平臺(tái)施工
主橋19#、20#墩位于淮河主航道兩側(cè)水中，鉆孔樁采用水上平臺(tái)方案進(jìn)行施工。鉆孔平臺(tái)采用鋼管支撐樁+鋼護(hù)筒+型鋼梁+貝雷梁+鋼面板結(jié)構(gòu)形式。鉆孔平面尺寸30m×24.2m，平臺(tái)于與棧橋連接成整體。主棧橋?qū)挾葹?m，保證兩部罐車同行，減少錯(cuò)車，節(jié)約澆筑時(shí)間；平臺(tái)兩側(cè)設(shè)置6m寬支棧橋，作為履帶吊吊裝作業(yè)區(qū)及材料堆放區(qū)，配合插打鋼板樁等，節(jié)約成本。鉆孔平臺(tái)采用履帶吊配合插打安裝。履帶吊位于棧橋上，按鋼管支撐樁→樁間橫向聯(lián)系→貝雷梁→分配梁→鋼面板→欄桿附屬設(shè)施的順序安裝。
2.3鋼護(hù)筒施工
按設(shè)計(jì)要求，本工程在承臺(tái)以下設(shè)永久性護(hù)筒，長(zhǎng)度為8m，外壁防腐，鋼護(hù)筒內(nèi)徑為2.3m，鋼護(hù)筒的筒壁厚度取18mm，采用Q235C鋼。護(hù)筒頂面與平臺(tái)頂面齊平，長(zhǎng)度為25.63m，鋼護(hù)筒沉放先在加工場(chǎng)將卷制好的短節(jié)拼焊成吊裝節(jié)，為保證垂直度和平面位置，預(yù)先安裝導(dǎo)向架，分階段插打鋼護(hù)筒，過程中加強(qiáng)測(cè)量控制，發(fā)現(xiàn)偏斜及時(shí)調(diào)整，用DZ120型振動(dòng)錘錘至設(shè)計(jì)標(biāo)高。
2.4鉆孔施工
a.泥漿
由于在水中平臺(tái)上施工，無法開挖泥漿池，且是反循環(huán)成孔鉆渣數(shù)量較大，需及時(shí)清理鉆渣。為提高鉆進(jìn)效率和成孔速度，在平臺(tái)上制作鉆渣沉淀箱，在配備泥漿箱的同時(shí)，用400mm的鋼管將5個(gè)鋼護(hù)筒串聯(lián)起來，組成泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿采用淡水制備PHP泥漿。制漿用原材料；制漿采用膨潤(rùn)土，選用以蒙脫石為主的膨潤(rùn)土，保證土具有較好的分散懸浮性和造漿性。開鉆時(shí)慢速鉆進(jìn)，待導(dǎo)鉆頭全部進(jìn)入地層后，方可加速鉆進(jìn)。整個(gè)過程采用減壓鉆孔，成孔后將鉆具提離孔底。停止運(yùn)轉(zhuǎn)并保持泥漿循環(huán)10～20min清洗孔底，將孔底鉆渣徹底排凈。為保證鉆孔的垂直，應(yīng)隨時(shí)校正磨盤水平和每根鉆桿的連接，鉆進(jìn)一氣呵成，不在中途停頓，如確因故障停止鉆進(jìn)時(shí)，將鉆頭提升放至外，以免被鉆渣埋住鉆頭。
b.檢孔：
現(xiàn)場(chǎng)配備一臺(tái)灌注樁孔徑檢測(cè)儀進(jìn)行鉆孔樁的孔徑、孔深、垂直度等指標(biāo)的檢測(cè)。
2.5 清孔
清孔工作分兩次進(jìn)行。第一次清孔時(shí)，當(dāng)鉆進(jìn)深度接近孔底標(biāo)高時(shí)，放慢轉(zhuǎn)速鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高，進(jìn)行第一次換漿，并提鉆空鉆，反吸孔內(nèi)鉆渣。當(dāng)泥漿箱中無明顯鉆渣沉淀，且泥漿指標(biāo)滿足比重為1.05～1.15、粘度為19s～24s，含砂率小于4%為止。然后提鉆并用灌注樁孔徑檢測(cè)儀檢孔，合格后下放鋼筋籠。
2.6 鋼筋籠制作及安裝
主橋樁基鋼筋籠采用長(zhǎng)線加工法在定位胎具上分段制作鋼筋籠，采用專業(yè)胎座式鋼筋籠加工模具，多節(jié)段同時(shí)加工，控制鋼筋籠軸線偏差，保證鋼筋匹配對(duì)接精度。
根據(jù)吊車起吊能力和施工現(xiàn)場(chǎng)情況，盡量減少鋼筋籠接頭數(shù)量，以縮短鋼筋籠下放時(shí)間，鋼筋籠每節(jié)18m，共五節(jié)（4*18+18.3）m，采用套筒連接。為防止鋼筋籠吊裝運(yùn)輸過程中變形，在鋼筋籠內(nèi)環(huán)加強(qiáng)圈處用鋼筋加焊三角形支撐；為方便施工鋼筋籠安裝時(shí)用80T履帶吊裝，頂端用起吊扁擔(dān)防止主筋彎曲保證主筋垂直，確保上、下節(jié)鋼筋籠對(duì)接時(shí)中心線保持一致，主筋對(duì)位后準(zhǔn)確后使用鐓粗直螺紋連接接頭。為確保鋼筋保護(hù)層，鋼筋籠環(huán)向加強(qiáng)筋處設(shè)置保護(hù)層耳筋并安設(shè)混凝土預(yù)制墊塊，且在2.3m鋼護(hù)筒里準(zhǔn)確設(shè)置耳筋，以保證鋼筋籠居中。為了檢測(cè)成樁質(zhì)量，在鋼筋籠內(nèi)側(cè)設(shè)置通長(zhǎng)塑鋼檢測(cè)管，每根樁基內(nèi)設(shè)置4根聲測(cè)管，聲測(cè)管頂端伸出樁頂15米，以便提早進(jìn)行主橋樁基檢測(cè)，縮短工期。
2.7灌注水下砼
灌注混凝土之前應(yīng)利用導(dǎo)管和泥漿箱循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行二次清孔，作業(yè)注意以下3點(diǎn)：
1）配制一池比重小，膠體率高（粘度、剪力大），含砂率小的優(yōu)質(zhì)泥漿專為清孔所用；2）多次量取鉆孔深度，使沉渣厚度滿足規(guī)范要求；3）掌握清孔時(shí)間，當(dāng)導(dǎo)管出口泥漿的含砂率與進(jìn)口泥漿的含砂率（本工程規(guī)定這4%）相近時(shí)即可停止，以防止吸塌孔壁。 滿足要求后立即開始灌注混凝土。灌注水下混凝土采用300mm大內(nèi)徑導(dǎo)管，在導(dǎo)管使用前按要求對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行水密試驗(yàn)。首灌混凝土用自制的大料斗連續(xù)灌注，保證初灌對(duì)導(dǎo)管底口的足夠埋深。灌注開始后，應(yīng)緊湊、連續(xù)地進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停工。在灌注過程中應(yīng)注意觀察管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位升降情況，及時(shí)測(cè)量并記錄導(dǎo)管埋置深度和混凝土面高度，正確指揮導(dǎo)管的提升和拆除。導(dǎo)管提升時(shí)應(yīng)保持軸線豎直和位置居中，逐步提升，導(dǎo)管的埋深一般控制在2～6m范圍內(nèi)。
為確保樁頂質(zhì)量，在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上加灌一定高度，增加的高度為1.0m。此段混凝土在承臺(tái)開挖后鑿除，鑿除時(shí)須防止損毀樁身。由于樁頂距離平臺(tái)的高度太大，無法用測(cè)繩準(zhǔn)確測(cè)出，為保證成樁質(zhì)量及測(cè)距的準(zhǔn)確性，特采用鋼絞線制作的測(cè)桿配合測(cè)繩測(cè)量。
3、施工總結(jié)技術(shù)措施
3.1 孔內(nèi)事故多，施工難度大
a. 鉆桿選擇 在水位較深，有通航要求的易坍塌地層施工超長(zhǎng)、大直徑鉆孔樁必須嚴(yán)格按施工規(guī)范及工藝要求施工，加強(qiáng)組織管理，各施工班組協(xié)同作戰(zhàn)，方能確保成孔、成樁質(zhì)量。因此，施工中應(yīng)注意的問題有：鉆桿剛度要足夠，因?yàn)?05m深、200cm大直徑深樁鉆桿長(zhǎng)，鉆進(jìn)過程中受的扭矩大，若鉆桿柔度大鉆進(jìn)過程中易造成變形甚至折斷。鋼護(hù)筒埋置深度要能防止護(hù)筒底發(fā)生涌砂現(xiàn)象，保證筒底不漏水、坍塌。
b.護(hù)筒底鉆孔控制 鉆進(jìn)過程中注意孔內(nèi)水位，隨時(shí)補(bǔ)漿，維持護(hù)筒內(nèi)的水頭高度，防止孔壁塌。升降鉆具應(yīng)平穩(wěn)，尤其是當(dāng)鉆頭處于護(hù)筒底口位置時(shí)，必須防止鉆頭鉤掛護(hù)筒。加接鉆桿時(shí)，應(yīng)先停止鉆進(jìn)，將鉆具提離孔底50～100cm，維持沖洗液循環(huán)10分鐘以上，以清除孔底并將管道內(nèi)的鉆渣攜出排凈，然后停泵加接鉆桿。鉆桿連接螺栓應(yīng)擰緊上牢，認(rèn)真檢查密封圈，以防鉆桿接頭漏水漏氣，使反循環(huán)無法正常工作。鉆進(jìn)過程應(yīng)連續(xù)操作，不得中途長(zhǎng)時(shí)間停止。
c.清除雜物 為了防止鉆進(jìn)過程中遇到障礙物（槽鋼、工字鋼等），首先在插打鋼護(hù)筒之前采取必要的措施對(duì)鉆孔平臺(tái)范圍內(nèi)的河床進(jìn)行清理，做到提前控制；其次鉆機(jī)就位后用大型電磁鐵在護(hù)筒內(nèi)吸附一遍，發(fā)現(xiàn)了及時(shí)處理；若遇到大的槽鋼或鐵，用筒狀鉆具打撈，最后很難解決的話用潛水員水下切割打撈，但是此項(xiàng)費(fèi)用太高，效果好且節(jié)省時(shí)間。所以在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)管理，遇到掉物及時(shí)打撈并注意井口的維護(hù)，防止鉆進(jìn)前落物進(jìn)護(hù)筒。
d.護(hù)筒漏水處理 針對(duì)鉆進(jìn)過程中鋼護(hù)筒漏水導(dǎo)致穿孔的情況，施工過程中在進(jìn)尺至護(hù)筒底2～4m位置采用正循環(huán)鉆進(jìn)，待順利通過后改用反循環(huán)繼續(xù)進(jìn)尺。本次施工過程中有發(fā)現(xiàn)19#主墩2-1樁基穿孔情況，立即停止鉆進(jìn)回填粘土，放置兩天后接長(zhǎng)鋼護(hù)筒并跟進(jìn)插打，一段時(shí)間穩(wěn)固后重新鉆孔，過程中加強(qiáng)控制，最終順利成樁，此次事故處理妥當(dāng)對(duì)成樁質(zhì)量及節(jié)點(diǎn)工期要求沒造成影響。
3.2 超長(zhǎng)樁垂直度的控制
a.優(yōu)選鉆機(jī) 鉆頭采用有良好扶正導(dǎo)向性的雙腰帶籠式鉆頭；
b.三點(diǎn)一線 鉆機(jī)就位后，必須保證樁中心、轉(zhuǎn)盤中心及天車中心三點(diǎn)一線，鉆進(jìn)過程中應(yīng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)盤水平的控制；
c.減壓鉆孔 在正常施工過程中，為保證鉆孔的垂直度，采用減壓鉆進(jìn)，始終讓加在孔底的鉆壓小于鉆具總重（扣除泥漿浮力）的80%；
d.軟硬地層處控制 當(dāng)鉆至軟硬地層變化處應(yīng)控制鉆進(jìn)速度防止鉆頭偏斜。鉆孔偏斜時(shí)，可提起鉆頭，上下反復(fù)掃鉆幾次，以便削去硬土，如糾正無效，應(yīng)于孔中局部回填粘土至偏孔處0.5m以上，重新鉆進(jìn)。
由于加強(qiáng)了施工過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，成孔后通過灌注樁孔徑檢測(cè)儀對(duì)傾斜度、孔徑、沉渣進(jìn)行檢測(cè)，均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。該儀器操作簡(jiǎn)單方便，且檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)化。如下例：
4.結(jié)束語
在壽縣淮河特大橋樁基施工過程中，在開鉆前準(zhǔn)備工作充分的條件下，通過對(duì)各個(gè)工序環(huán)節(jié)的控制和對(duì)設(shè)備能力的加強(qiáng)及改進(jìn)，大大提高了鉆機(jī)的施工能力，完全適應(yīng)了工程超深厚砂層樁的施工。成樁過程中利用先進(jìn)儀器進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步保證了成孔的質(zhì)量，使工程施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期的效果，按照業(yè)主要求的節(jié)點(diǎn)工期圓滿完成南北岸主墩樁基施工。為以后的淮河橋樁基礎(chǔ)施工進(jìn)一步積累了經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)。
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