王立新,李鯤鵬

(天津華北地質(zhì)勘查局,天津 300181)

蘇丹尼羅河水上鉆孔灌注樁快速定位及施工技術(shù)

王立新,李鯤鵬

(天津華北地質(zhì)勘查局,天津 300181)

在蘇丹尼羅河上進行鉆孔灌注樁施工時,采用無動力長方體浮箱做為施工平臺,達到了低造價、短工期的目的。介紹了浮箱施工措施和快速定位方法,以及灌注樁設(shè)計與施工技術(shù)。

水上鉆孔灌注樁;浮箱;施工平臺;快速定位

隨著蘇丹經(jīng)濟的快速發(fā)展,近幾年有數(shù)座橋梁在其境內(nèi)的尼羅河上興建,其必然涉及到在水上橋墩基礎(chǔ)的施工,由此就出現(xiàn)了如何更加便捷、經(jīng)濟地將鉆孔機械固定、施工,在保證施工要求前提下達到低造價、短工期的目的。

1 工程概況

該工程位于蘇丹東部 Shendy市境內(nèi)的一座跨尼羅河大橋,橋梁為 10跨 11個水中橋墩的鋼筋混凝土橋,單跨間距 45 m,橋面寬度 21 m,總橋長 580 m。該處河面寬度 420 m,水深 318～418 m,流速約3 m/s,除緊鄰河兩岸的兩個橋墩采用圍堰施工外,其余 9個均為水上施工。樁基施工時間自 2007年11月開始,2008年 6月結(jié)束。

項目為蘇丹大壩管理委員會 (DAM IMPLE2 MENTAT ION UN ION)發(fā)包,由埃及 COAC/PETROHELP公司設(shè)計及施工,ENG INEER/DAR CONSULT公司監(jiān)理,橋墩采用每跨 3個橋墩坐在一個群樁(10根基礎(chǔ)樁)承臺上。

2 地質(zhì)條件概況

1～16 m地層均為不穩(wěn)定砂層,加上在水下施工地層穩(wěn)定性更差,需要較長護筒跟進施工,具體地質(zhì)情況如表 1所示。

表 1 場區(qū)工程地質(zhì)情況一覽表

3 樁基施工

3.1 樁基設(shè)計

樁基礎(chǔ)設(shè)計為鉆孔灌注樁,有效樁長 42 m,樁徑 1200 mm,端承摩擦樁,設(shè)計單樁豎向承載力 345 kN,鋼筋籠全鉆孔通長配置,鋼筋籠內(nèi)徑 1000 mm,主筋 “25 mm雙排布置,箍筋 “12 mm,20 cm等間距螺旋布置,混凝土強度等級 C35,每個承臺下由 10根樁梅花形布置,平行水流方向 3+4+3顆,共有110根,其中圍堰施工 20根,水上施工 90根。

3.2 樁基設(shè)備選型

采用北京三一重機有限公司生產(chǎn)的 SR220型旋挖鉆機 (約 70 t)施工,水上無動力長方體浮箱做為施工平臺,50 t履帶吊車配合的施工方案。

3.3 施工前準備

(1)用于承載鉆孔設(shè)備的浮箱一個,最好使用長方體浮箱,其穩(wěn)定性要好于下收口的船體形狀浮箱,考慮鉆孔設(shè)備自重,要求浮箱承載能力≮400 t,最后選用尺寸為 25 m(長)×12 m(寬)×2 m(高)的無動力浮箱一個。

(2)50 t履帶吊車一臺固定在一個長方體無動力浮箱上,其承載能力≮300 t。

(3)有動力拖船一艘,用于浮箱的移動。

(4)12 m3的立方體泥漿罐 3個 (每個泥漿罐底部留有活口,用以清除沉渣并配有 3個泥漿泵),用于泥漿貯存、循環(huán)及起到部分配重作用,如鉆孔時其中一罐泥漿已經(jīng)打入孔內(nèi),立即用河水補給該泥漿罐,其他依此類推,回收泥漿時先將其中一罐河水放出,待重新放滿泥漿的同時,釋放另一泥漿罐里的河水,這樣就使泥漿配重只在 12 t左右范圍內(nèi)變動,不影響浮箱的平穩(wěn)。

(5)1 m3混凝土配重塊 10個,放在尾部兩端,總配重 (泥漿罐 +混凝土塊 +發(fā)電機等)原則小于鉆機質(zhì)量 10 t左右,使不工作時浮箱稍有前傾 3°～5°,達到鉆機加壓鉆進時浮箱恰好水平。

(6)發(fā)電機及電焊機等生產(chǎn)所需設(shè)備。

(7)護筒 90個,壁厚 12 mm,每個分 3節(jié),首節(jié)9 m,根據(jù)水深總長為 2018～2118 m不等。

3.4 施工方案

3.4.1 浮箱施工措施及定位

(1)將浮箱長邊平行水流方向放置,鉆機固定在逆水方向短邊的中間位置,鉆機在浮箱平臺上的位置始終固定不動,只移動浮箱達到變換樁位的目的。

(2)在浮箱上面逆水方向的 2個前角位置固定2個鋼絲繩卷揚滾輪 (手動操作即可),鋼絲繩的另一端固定在 2個重力錨上面,使浮箱在水流的作用下平衡,通過操縱卷揚可以在一定范圍內(nèi)改變浮箱的水平位置,通過現(xiàn)場試驗每側(cè)重力錨的質(zhì)量 >3 t即可。

(3)在浮箱側(cè)面長邊上距離各轉(zhuǎn)角 2 m的 4個位置豎向焊上 4個鋼管箍,浮箱位置確定后用 4根鋼管通過管箍垂直插入河底,鋼管直徑 >250 mm,以減小鉆機在旋轉(zhuǎn)時浮箱的左右平移量。

(4)在浮箱平臺鉆機位置前端制作工作平臺,用于下設(shè)鋼筋和混凝土灌注,內(nèi)圈尺寸大于護筒外邊 10 cm左右,兩側(cè)施工操作面寬度≮1 m。

(5)浮箱定位

①鉆機自行上浮箱就位,移動時為保證浮箱平衡鉆機務必停在浮箱中心位置,先用動力拖船將浮箱拖至大概樁位位置;

②在浮箱最前端工作平臺上拉十字線,十字中心與護筒中心重合,此時在岸邊用全站儀配合,使十字中心與擬打樁中心位置偏差≯50 cm;

③用履帶吊車將平臺前端的重力錨投入河底,拉線與浮箱成 45°夾角,收緊鋼絲繩,先保證浮箱的初步穩(wěn)定;

④移走拖船,通過操作手動卷揚進行位置再調(diào)整 (因為重力錨與浮箱斜線拉設(shè),可以通過調(diào)整鉆機兩側(cè)手動卷揚的方式達到浮箱在小范圍內(nèi)前后、左右平移的目的,使浮箱準確就位),使操作平臺十字線與樁位初步重合 (偏差≯10 cm);

⑤裝載尾部混凝土配重及泥漿罐、鉆頭、發(fā)電機等生產(chǎn)設(shè)備,裝載時盡量做到左右對稱,同時將鉆機開到前端位置就位;

⑥落下尾部 2個重力錨,但鋼絲繩不必收緊,待護筒下設(shè)并調(diào)整偏差符合要求后收緊 (在這時沒有鉆進產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力,所以浮箱不會發(fā)生左右偏移)。至此,浮箱定位基本結(jié)束。

3.4.2 護筒精確定位

浮箱平臺初步定位后,先確定鉆機位置,調(diào)整好鉆機垂直度,然后用鉆機安裝上專用護筒套卡 (導正器)將第一節(jié)護筒提到指定位置,第一節(jié)護筒長度≮9 m,將護筒靠鉆機一側(cè)的側(cè)壁貼到浮箱側(cè)面鋼板,使鉆機套卡側(cè)壁與浮箱側(cè)壁兩點一線,避免護筒底部受水流影響向平臺側(cè)偏移,懸掛后用遠處全站儀校核護筒是否偏差,如無偏差用鉆機將其壓入河床 015 m,再次校核護筒垂直度及中心位置,如有偏差較大,將護筒重新提起,通過操作手動卷揚來移動浮箱重新定位,如偏差較小,通過鉆機旋轉(zhuǎn)護筒來微調(diào)相關(guān)參數(shù),待最后定位滿足要求誤差范圍后,將 4根固定鋼管落入河底,后面 2個固定重力錨卷揚收緊,準備開始鉆進成孔。

注意事項:

(1)嚴格控制護筒壁厚,絕對不能小于 12 mm,因為下設(shè)過程必須加力旋擰,護筒強度不夠極易變形。

(2)護筒下設(shè)時要用全站儀全過程跟蹤糾偏,保證全過程傾斜度≯1%,如偏差過大,當鉆進穿過護筒底后,極易造成卡鉆事故。

(3)焊接時必須嚴格檢查焊接質(zhì)量,否則護筒下設(shè)過程中在地下開焊斷開無法補救。

3.4.3 鉆進成孔

由于此工程護筒不能一次下到穩(wěn)定層 (河床下16 m),需分 3次下設(shè),即在 16 m之前是邊下護筒邊成孔。

注意事項:

(1)開始進尺到 1 m后,抽出護筒內(nèi)河水,注入已調(diào)配好的泥漿,密度 112～113 kg/L。

(2)16 m以淺土質(zhì)松散,采用有泄水孔平底筒鉆鉆頭施工,緩慢提鉆,避免因孔側(cè)土體瞬時泄壓造成坍塌。

(3)在到達 16～17 m時,該地層為較硬泥巖夾層,且具有 30°～35°斜面,為保證鉆進的垂直度,該層必須使用平底筒鉆鉆頭緩慢鉆進,盡量不加壓,用自重壓力即可,如果用螺旋鉆鉆頭在硬、滑的泥巖斜面鉆進極易造成斜孔。

(4)到 18 m以深粉質(zhì)粘土層要控制一次鉆進量,少進尺,勤提鉆,勿要貪多,避免一次進尺過大造成滯鉆。

3.4.4 鋼筋籠及導管下設(shè)

鉆孔完成后,鉆機即可停止作業(yè),固定在另一個浮箱上的履帶吊車配合將備好的鋼筋籠分次下入孔中 (鋼筋籠分 4次下設(shè),每次 10 m),然后按順序?qū)ⅰ?00 mm混凝土導管下入孔內(nèi),下導管前提前提報混凝土使用計劃。

3.4.5 灌注混凝土

灌注混凝土是采用高壓泵車停在就近的岸邊,通過架在浮橋上的泵管直接將混凝土泵到相應的鉆孔位置,連續(xù)灌注一次成功。

注意事項:灌注前一定測定混凝土塌落度,要求在 18～19 cm,粗骨料最好選用 2～3 cm的卵石,確?；炷恋牧鲃有?避免因為泵送距離過長造成堵管。

3.4.6 泥漿回收

由于有效樁長 42 m,泥漿用量極大 (約 52 m3/樁),考慮泥漿成本很高及對尼羅河水的污染,泥漿必須回收,回收辦法為:在護筒上口焊接簡易斜槽(最終護筒頂面距浮箱上表面 1 m,具備自流條件),在浮箱靠護筒位置安裝容積泥漿回收槽,槽內(nèi)下設(shè)泥漿泵,直接將周轉(zhuǎn)槽內(nèi)的回收泥漿泵入已經(jīng)放干河水的泥漿罐內(nèi),第一個泥漿罐放滿后,再放干第二個泥漿罐的河水,直到孔中溢流出的泥漿含泥量符合要求后,可以不再回收,經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理同意后直接排入河中。

注意事項:下次使用泥漿前務必重新測定泥漿密度,控制在 112～113 kg/L之間。

3.4.7 浮箱再移位

前一根樁灌注結(jié)束后,用履帶吊車提起固定鋼管,用鋼插銷固定于管箍上,此時可以直接通過操作手動卷揚達到平移浮箱平臺目的,定位步驟同第一根樁定位相同,待 3根樁完成后即可將已完成樁作為錨樁,順序施工。

4 施工效果及體會

通過本工程的實際工作,每次移位時間一般在2～3 h,基本不額外占用施工時間,雖然每次提鉆或加壓旋轉(zhuǎn)鉆進時鉆機位置會有 35～45 cm的上下浮動量,在旋擰鉆桿時浮箱尾部有少量的擺動,但實踐證明該浮動量對成樁質(zhì)量及效率不構(gòu)成影響。

總之,通過該次施工與以前相比大大提高了工作效率,很大程度降低了勞動強度,大大減少了施工成本,可以認為是便捷、低廉、高效、安全可行的施工方法,該工程的按期、保質(zhì)完成也為我公司在蘇丹的樁基施工市場中積累了更多的成功水上施工經(jīng)驗,擴大了在當?shù)氐挠绊?為將來在當?shù)貥痘袌鲋姓碱I(lǐng)更大份額打下堅實的基礎(chǔ)。

[1] 張忠亭.鉆孔灌注樁設(shè)計與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[2] 中國有色金屬工業(yè)總公司.巖土工程施工方法[M].遼寧:遼寧科學技術(shù)出版社,1990.

[3] 楊克己.實用樁基工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

[4] 劉瑞臣,宋小軍.水上鉆孔灌注樁護筒底穿的預防及處理[J].探礦工程,2003,(2).

Rapid Position ing and Construction Technology for Above-water Bored Cast-in-place Pile in the Nile of Sudan

WANG Li-xin,LI Kun-peng(Tianjin North China Geological Exploration Bureau,Tianjin 300181,China)

Unpowered rectangular floating pontoon was taken as construction platform while constructing the bored cast-in-place pile in theNile of Sudan,low cost and short construction periodwere achieved.The paper introduced the construction of floating pontoon and the design&construction technology for bored cast-in-place pile.

above-water bored cast-in-place pile;floating pontoon;construction platfor m;rapid positioning

U443.15+4

A

1672-7428(2010)01-0057-03

2009-08-31

王立新 (1974-),男 (漢族),黑龍江齊齊哈爾人,天津華北地質(zhì)勘查局工程師,巖土工程專業(yè),從事地質(zhì)工程及海外巖土項目的綜合管理工作,天津市河東區(qū)津塘路 99號。