馬寧特大橋深水鉆孔灌注樁施工技術(shù)的探討
1 工程概況
馬寧特大橋是佛山市北至均安公路主干線高贊至均安南沙段二標(biāo)關(guān)鍵控制工程項(xiàng)目，為佛山市干線公路網(wǎng)中規(guī)劃“縱五”公路主干線的一部分。全長(zhǎng)1707米，橋梁下部結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、高樁承臺(tái)、空心薄壁墩，上部結(jié)構(gòu)及跨徑組合為：16×30m[簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)小箱梁]＋3×50m[現(xiàn)澆連續(xù)箱梁]＋（76＋2×130＋76）m[續(xù)剛構(gòu)]＋3×50m[現(xiàn)澆連續(xù)箱梁]＋17×30m[簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)小箱梁]。主橋上跨容桂水道，為廣東省一級(jí)通航航道，橋位處水面寬約400m，水深10m～23m，三個(gè)主墩20#、21#、22#均為20m左右的深水樁基。
主橋主墩左右幅分開設(shè)置，每幅墩布置有6根D220鉆孔灌注樁，樁頂標(biāo)高0.2m、樁長(zhǎng)45m～47m，為嵌巖樁，樁底嵌入微風(fēng)化巖不小于5m。
2 施工方案及工藝研究
主墩水中樁基采取在墩位處搭建鋼平臺(tái)的方式施工，按照棧橋及平臺(tái)設(shè)計(jì)圖，于墩位處搭建平臺(tái)，將20#墩平臺(tái)與北岸相聯(lián)、將21#、22#墩平臺(tái)與南岸相聯(lián)，預(yù)留20#至21#墩間水道通航，每個(gè)平臺(tái)上布置2～3臺(tái)沖孔樁機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工，鋼筋籠在岸上集中制作、用駁船運(yùn)至樁位處、用50噸浮吊起吊安裝。鉆孔灌注樁施工流程如圖1所示。
2.1 施工場(chǎng)地準(zhǔn)備
施工前應(yīng)將場(chǎng)地平整好，以便安裝鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。在場(chǎng)地平整好后，按照設(shè)計(jì)圖紙利用全站儀測(cè)放各鉆孔灌注樁樁孔位置，并在樁周設(shè)置護(hù)樁。
2.2 鋼護(hù)筒定位沉放
2.2.1 施工流程
平臺(tái)搭建后，于平臺(tái)上加工制作鋼護(hù)筒定位導(dǎo)向架，用50噸浮吊起吊鋼護(hù)筒置于導(dǎo)向架內(nèi)，用振動(dòng)錘振動(dòng)下沉。
2.1.2 振動(dòng)錘選擇
按激振力(P)大于土的動(dòng)摩阻力(R)減去鋼護(hù)筒與振動(dòng)錘自重(G)的和進(jìn)行計(jì)算分析（即P>R-G），確定選擇BDH-25型振動(dòng)錘。
2.2.3 導(dǎo)向架制作與安裝
導(dǎo)向架上下層導(dǎo)向之間的間距不小于5m，具有足夠的剛度，在測(cè)量人員的指揮下，將導(dǎo)向架安裝在平臺(tái)上，并以電焊固定。
2.2.4 鋼護(hù)筒下沉
鋼護(hù)筒全長(zhǎng)35m，于岸灘加工，上船運(yùn)至樁位處，以50噸浮吊起吊送入導(dǎo)向架內(nèi)，使其自由下沉，起吊船脫鉤，起吊船吊起振動(dòng)錘至鋼護(hù)頂口，校正鋼護(hù)平面位置和垂直度符合要求后起振下沉。
鋼護(hù)筒下沉至上層導(dǎo)向口時(shí)停振，拆除上層導(dǎo)向口，再次振動(dòng)下沉至下層導(dǎo)向口，拆除導(dǎo)向架，繼續(xù)振動(dòng)下沉直至設(shè)計(jì)標(biāo)高處，并再次測(cè)量復(fù)核護(hù)筒位置。
2.3 鉆孔灌注樁成孔
2.3.1 鉆機(jī)選型
由于鋼護(hù)筒入河床深度達(dá)14m，可有效抵抗鋼護(hù)筒處局部沖刷，且入粘土層有1m，做好沖孔時(shí)泥漿制備與循環(huán)，可保證護(hù)筒底不至塌孔。根據(jù)在珠三角地區(qū)鉆孔灌注樁施工經(jīng)驗(yàn)，選擇沖擊成孔鉆機(jī)進(jìn)行樁基施工。
2.3.2 鉆孔編號(hào)與施工順序
各墩樁基編號(hào)詳如圖2所示，每墩布置3臺(tái)沖孔鉆機(jī)，按先左幅后右幅進(jìn)行施工，各墩單幅樁基施工時(shí)，首輪三臺(tái)樁機(jī)分別對(duì)Z20-1、Z20-4、Z20-5三根樁進(jìn)行施工，而后再對(duì)Z20-2、Z20-3、Z20-6樁 基進(jìn)行施工，其它各幅樁基施工順序同此進(jìn)行。
2.3.3 泥漿制備及循環(huán)
鉆孔施工前首先在泥漿船上采用泥漿攪拌機(jī)攪拌膨潤(rùn)土泥漿,泥漿純攪拌時(shí)間不得少于3分鐘,新制泥漿經(jīng)膨化24小時(shí)后方可使用,達(dá)到要求的泥漿利用3PNL泵泵送至鋼護(hù)筒內(nèi),當(dāng)鋼護(hù)筒內(nèi)泥漿性能滿足施工要求后即可開孔沖進(jìn)。
選用膨潤(rùn)土、分散劑、降失水增粘劑和聚丙烯酰氨等制漿材料制備符合表1所要求。
采用泥漿凈化器進(jìn)行除渣處理后的泥漿,滿足指標(biāo)要求的可進(jìn)行重復(fù)利用,經(jīng)多次重復(fù)使用的泥漿,如果指標(biāo)降低,應(yīng)采取措施進(jìn)行調(diào)整,嚴(yán)重超標(biāo)的應(yīng)廢棄更換。進(jìn)行泥漿消耗量統(tǒng)計(jì),測(cè)試出單根樁和每立方米成孔工程量的泥漿消耗量,以便更準(zhǔn)確的為鉆孔施工準(zhǔn)備泥漿。
以鄰近鋼護(hù)筒作泥漿池，將待鉆孔鋼護(hù)筒與相鄰鋼護(hù)筒通過鋼板制作的流槽相連，在作泥漿池的鋼護(hù)筒內(nèi)安裝泥漿泵，將泥漿抽入待鉆孔鋼護(hù)筒內(nèi)，鉆孔內(nèi)的泥漿經(jīng)流槽流入相鄰鋼護(hù)筒內(nèi)如此形成泥漿循環(huán)。
在泥漿流槽處安置存渣平臺(tái)，沖孔進(jìn)行中，安排專人在泥漿流槽內(nèi)撈取鉆渣，將鉆渣存在平臺(tái)上，待到一定量時(shí)再轉(zhuǎn)入泥漿船上，從各孔內(nèi)鉆出來(lái)的鉆渣必須經(jīng)運(yùn)輸船運(yùn)到指定地點(diǎn)處理。
2.3.4 鉆機(jī)安裝、調(diào)試及移位
鉆機(jī)經(jīng)船泊運(yùn)至樁位處，用浮吊起吊安置在鋼平臺(tái)上，經(jīng)測(cè)量、對(duì)中、調(diào)平后，將鉆機(jī)固定在平臺(tái)上。
在平臺(tái)上放出樁中心護(hù)樁，鉆孔過程中，每間隔一定時(shí)間要進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)偏位立即糾正。
2.3.5 鉆進(jìn)成孔
主墩樁基處，表層河床均為砂層，鉆進(jìn)前須在鋼護(hù)筒內(nèi)注滿符合指標(biāo)的泥漿，以小沖程沖進(jìn)，隨著進(jìn)尺不斷檢查泥漿指標(biāo)，當(dāng)泥漿指標(biāo)不符合要求時(shí)，要及時(shí)調(diào)整。
當(dāng)鉆進(jìn)在鋼護(hù)筒內(nèi)進(jìn)行時(shí)，要經(jīng)常校正鋼絲繩中心與樁中心偏差，及時(shí)糾正，防止沖錘碰撞鋼護(hù)筒。
沖孔中要注意渣樣的撈取，一般地質(zhì)每進(jìn)尺一米要取一次渣樣留存，在進(jìn)入不同地層交界處附近時(shí)要加大取樣頻率，通過渣樣與地質(zhì)勘探資料比對(duì)，繪制實(shí)際地質(zhì)柱狀圖。尤其要加強(qiáng)接近進(jìn)入弱風(fēng)化或微風(fēng)化巖時(shí)的取樣工作，一旦進(jìn)入弱風(fēng)化或微風(fēng)化巖，要及時(shí)通知監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，并報(bào)設(shè)計(jì)單位，以共同確定樁基入巖深度，為下一步終孔提供依據(jù)。
2.3.6 清孔
孔深達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，孔徑、豎直度符合設(shè)計(jì)及技術(shù)規(guī)范要求。終孔后立即進(jìn)行清孔，清孔時(shí)以低稠度泥漿逐漸替換孔內(nèi)泥漿，同時(shí)使用濾砂器，并以人工配合清除泥漿內(nèi)巖渣，并確保清孔后泥漿性能符合表2。
2.4 鋼筋籠制作與安裝
主墩各樁基單根鋼筋籠總重25噸左右，鋼筋籠主筋由80根HRB400φ28mm鋼筋構(gòu)成，并且每二根沿縱向間隔180cm點(diǎn)焊成一束。鋼筋籠螺旋筋為HRB400φ12mm。主筋可采用搭接焊、綁條焊、直螺紋連接、機(jī)械連接，但不論采用哪種方式都要符合技術(shù)規(guī)范要求。每個(gè)斷面的接頭數(shù)量不大于50%，相鄰斷面間距不小于150cm，在鋼筋籠主筋數(shù)量發(fā)生改變的斷面上下各150cm范圍內(nèi)避免出現(xiàn)接頭。
鋼筋籠經(jīng)船運(yùn)至孔位處，用浮吊起吊，按從底節(jié)到頂節(jié)的順序逐一接長(zhǎng)，在鋼護(hù)筒兩側(cè)堆碼砂包，砂包高出護(hù)筒10cm，砂包頂橫置一條28號(hào)槽鋼，先將底節(jié)鋼筋籠放入孔內(nèi)，用兩根鋼扁擔(dān)將底節(jié)鋼筋籠擱置在槽鋼上，再吊起上一節(jié)鋼筋籠，緩慢下放并通過人工轉(zhuǎn)動(dòng)使之與孔內(nèi)鋼筋籠主筋對(duì)齊，然后逐一連接，連接完成后連同底節(jié)鋼筋籠吊起，取出鋼扁擔(dān)，將鋼筋籠下放，如上法連接各節(jié)鋼筋籠。鋼筋籠是懸吊在孔內(nèi)，鋼筋籠底距孔底20cm，為保證鋼筋籠在孔內(nèi)居中，除在鋼筋籠周圍安裝有定位鋼筋外，在鋼筋籠頂部加筋箍四周對(duì)稱焊8根φ28mm鋼筋，使之支撐在鋼護(hù)筒壁上。
2.5 水下混凝土施工
2.5.1 灌注混凝土
水下混凝土灌注是鉆孔灌注樁的主要工序，也是影響樁身質(zhì)量的關(guān)鍵，要通過試配確定滿足強(qiáng)度、和易性、流動(dòng)性及膠凝等要求的混凝土配合比,灌注前要仔細(xì)測(cè)量沉渣，只有沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí)，才能進(jìn)行灌注施工。
導(dǎo)管采用壁厚12mm、內(nèi)徑280mm的無(wú)縫鋼管，螺紋連接，且導(dǎo)管須經(jīng)水密試驗(yàn)驗(yàn)證不漏水，考慮擴(kuò)孔因素，主墩單根鉆孔灌注樁混凝土方量約200m3，采用泵送混凝土灌注，預(yù)計(jì)灌注時(shí)間7小時(shí)。
經(jīng)計(jì)算首盤混凝土方量10m3，為避免首盤混凝土灌注時(shí)孔內(nèi)泥漿上涌，污染江水，灌注前將孔內(nèi)泥將抽出15m3左右。
采用剪球法灌注水下混凝土，用雙層編織袋包裹混凝土、用8mm鐵絲捆綁牢固，成圓球形，外徑比導(dǎo)管內(nèi)徑略小，空隙用編織袋堵塞，阻水球安置在導(dǎo)管口下30cm左右，鐵絲綁扎在上方吊鉤上，與導(dǎo)管口同軸。
利用沖孔樁機(jī)卷?xiàng)顧C(jī)提起灌漿斗，將灌漿斗與導(dǎo)管相連，連同灌漿斗與導(dǎo)管一起放入孔內(nèi)，確認(rèn)導(dǎo)管底接觸孔底，做好標(biāo)記，再將導(dǎo)管提高40cm，拉緊卷?xiàng)顧C(jī)手剎。
將儲(chǔ)料斗安置在灌漿斗一側(cè)，出料口對(duì)準(zhǔn)灌漿斗，先將混凝土注滿儲(chǔ)料斗，再注滿灌漿斗，用鋼絲鉗剪斷阻水球鐵絲，待灌漿斗內(nèi)混凝土面下降1/3時(shí)打開儲(chǔ)料斗出料口閘門，使儲(chǔ)料斗內(nèi)混凝土快速流入灌漿斗內(nèi)，并連續(xù)不間斷地灌入孔內(nèi)。
灌注過程中，導(dǎo)管埋深不大于6m，每次拆管后導(dǎo)管埋深不小于3m，以確保導(dǎo)管不至被拔出混凝土面。
主墩鉆孔灌注樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高位于承臺(tái)底面上20cm，為保證樁頂質(zhì)量，混凝土灌注高度要高出樁頂設(shè)計(jì)面不小于150cm。
平臺(tái)上灌注混凝土示意圖如圖3所示。
2.5.2 水下混凝土灌注過程中應(yīng)注意的問題
?。?）混凝土灌注前，料場(chǎng)合格的砂、碎石、水泥、外加劑等材料不少于設(shè)計(jì)用量的2倍。
?。?）對(duì)混凝土拌合機(jī)械、輸送泵進(jìn)行檢查、維護(hù)，保持性能良好。
?。?）嚴(yán)格控制進(jìn)行儲(chǔ)料斗內(nèi)混凝土的坍落度，坍落度太小，混凝土流動(dòng)性差，易造成堵管。坍落度太大，混凝土易泌水離析，也會(huì)造成堵管。
?。?）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比投放外加劑，避免混凝土提前初凝造成堵管。
?。?）灌注過程中，應(yīng)不時(shí)上下緩慢提升導(dǎo)管，避免導(dǎo)管埋置太深混凝土初凝后提不動(dòng)或混凝土假凝而堵管。
?。?）供電設(shè)備、混凝土拌合設(shè)備和泵送設(shè)備必須是雙套，防止機(jī)械故障造成斷樁。
結(jié)語(yǔ)
鉆孔灌注樁技術(shù)以其適應(yīng)強(qiáng)、抗震性能好、操作方便、施工安全等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于跨徑橋梁建設(shè)工程中。然而，鉆孔灌注樁施工工序繁多，隱蔽性強(qiáng)，且大多在水下施工，這進(jìn)一步增加了鉆孔灌注樁施工的難度。因此，對(duì)鉆孔灌注樁的施工工藝要求和質(zhì)量控制顯得尤為重要。
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