漢江特大橋水中主2#墩樁基首件工程施工技術(shù)要點(diǎn)總結(jié)

張獻(xiàn)明 何圣賢

摘要 文章中主要針對(duì)漢江特大橋主2#墩樁基試樁的施工技術(shù)展開(kāi)了論述，詳細(xì)分析在不同地質(zhì)條件下采用回旋鉆和旋挖鉆的成孔質(zhì)量及成孔效率，驗(yàn)證樁基成孔工藝技術(shù)是否合理，并根據(jù)實(shí)際工程論述了樁基鋼護(hù)筒施工、樁基成孔施工、鋼筋籠制作及樁孔檢測(cè)的施工技術(shù)。介紹了試樁質(zhì)量檢測(cè)方法及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)的正式施工提供參考和積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 墩樁基;施工技術(shù);質(zhì)量檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào) U445.551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）07-0097-03

0 引言

橋梁樁基是橋梁至關(guān)重要的承重構(gòu)件，直接決定橋梁的壽命，同時(shí)橋梁樁基也是隱蔽工程，如施工不合理造成問(wèn)題也較難彌補(bǔ)和修復(fù)，直接影響到橋梁的使用安全，所以試樁施工尤為重要。待試樁報(bào)告出來(lái)后，應(yīng)根據(jù)報(bào)告提供的試樁單樁承載力，對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的全部過(guò)程。試樁在橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中占有相當(dāng)重要的地位，試樁的數(shù)量和試樁位置要嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

1 工程概況

G207襄陽(yáng)市襄州至宜城段改建工程（K29+715～K55+

955），屬于G207襄陽(yáng)市襄州至宜城段改建工程中的一標(biāo)段，起于襄州區(qū)與樊城區(qū)分界處，在牛首鎮(zhèn)設(shè)置處為漢江特大橋跨越漢江。該項(xiàng)目過(guò)漢江部分為單塔斜拉橋，主墩位于漢江中心;水中主2#主墩位于漢江中間，塔柱承臺(tái)厚2.5 m。單個(gè)承臺(tái)下設(shè)25根直徑2.5 m的鉆孔灌注樁，摩擦樁設(shè)計(jì)，樁長(zhǎng)均為68 m。

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）要求，對(duì)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)或技術(shù)條件特別復(fù)雜的鉆孔灌注樁，宜在施工前進(jìn)行工藝試樁，以獲取和驗(yàn)證相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性及施工工藝的可靠性，故在主2#墩承臺(tái)北側(cè)位置開(kāi)展試樁施工[1]。

1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)漢江特大橋主橋2#墩樁基設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)際鉆進(jìn)情況，選取上游側(cè)第1排第2列為首根工程樁，試樁徑2.5 m，樁長(zhǎng)為69 m，樁頂標(biāo)高為47.500 m，樁位地面標(biāo)高為57.233 m，坐標(biāo)位置為： X=3 552 485.562，

Y=464 845.348，主筋采用HRB400φ32 mm鋼筋，主筋間距22.9 cm，箍筋采用HRB400φ12 mm、φ16 mm鋼筋，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為水下C30。

1.2 水文地質(zhì)條件

（1）根據(jù)SQKHJ-ZK01勘探孔，地層從上到下依次為圓礫、強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、中風(fēng)化泥灰?guī)r、中風(fēng)化泥巖，樁基地質(zhì)斷面見(jiàn)表1。

（2）該項(xiàng)目影響水系主要為漢江，地表水最終匯入漢江。漢江由西往東貫穿襄陽(yáng)市。7月至9月為豐水期。據(jù)漢江襄陽(yáng)站觀(guān)測(cè)資料，近年來(lái)最高水位64.75 m（2017年10月），最低水位62.395 m（2019年8月），年平均水位62.7 m。

2 施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 泥漿制備及泥漿循環(huán)

2.1.1 泥漿制備

試樁采用反循環(huán)回旋鉆機(jī)施工，配備2個(gè)泥漿池，分別為鉆渣池和泥漿循環(huán)池，單個(gè)泥漿池大小為鉆孔灌注樁方量的1/15～1/20。

泥漿制漿原料采用膨潤(rùn)土、水和外加劑，膨潤(rùn)土有較好的分散懸浮性和造漿性，相對(duì)密度低、粘度好、泥皮薄、穩(wěn)定性強(qiáng)、固壁能力高以及鉆具回轉(zhuǎn)阻力小等特點(diǎn)。泥漿膨潤(rùn)土具體用量經(jīng)計(jì)算如下：

（1）

式中：q——每m3泥漿所需的膨潤(rùn)土的質(zhì)量（kg）;V——每m3泥漿所需的膨潤(rùn)土的體積（m3）;ρ1——膨潤(rùn)土的密度（kg/m3）;ρ2——要求的泥漿的密度（kg/m3），ρ2=Vρ1+（1?V）ρ3;ρ3——水的密度（kg/m3）。

為提高護(hù)壁效果，通過(guò)加入適量的工業(yè)碳酸鈉和丙烯酰胺（PHP）絮凝劑，能夠提高泥漿的膠體率、粘度和穩(wěn)定性，同時(shí)降低泥漿的失水率和含砂率，使泥漿護(hù)壁效果更好。

制漿采用機(jī)械攪拌法，攪拌機(jī)械為泥漿攪拌機(jī)，泥漿攪拌機(jī)兩端為封閉的圓鼓，內(nèi)部焊接有金屬葉片的水平滾軸，在泥漿攪拌機(jī)鼓的前端為進(jìn)料斗，后端為可啟閉的出漿門(mén)，在進(jìn)料斗口設(shè)有孔眼為8～10 mm的篩子過(guò)濾泥漿。

為提高鉆孔效率，保證護(hù)壁效果及終孔后的沉渣厚度滿(mǎn)足要求，在鉆進(jìn)過(guò)程中須不斷調(diào)整泥漿的比重，使泥漿的性能匹配旋挖鉆的工藝與其對(duì)應(yīng)的地層情況。

2.1.2 泥漿循環(huán)及凈化處理

鉆孔樁所用泥漿采取集中拌制、集中供應(yīng)方式。鉆進(jìn)過(guò)程中，泥漿通過(guò)泥漿分離器進(jìn)行泥沙分離，泥漿回流至泥漿箱內(nèi)，通過(guò)泥漿箱回流至孔內(nèi)，分離出的泥沙進(jìn)入鉆渣箱內(nèi)，通過(guò)泥漿車(chē)運(yùn)輸至指定地點(diǎn)處理。

2.2 鋼護(hù)筒施工

根據(jù)地勘資料，地層從上到下依次為粉砂、飽和稍密圓礫、飽和中密圓礫、強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r，中風(fēng)化灰?guī)r和中風(fēng)化泥巖。為防止鉆進(jìn)過(guò)程中塌孔及泥漿外漏，采用鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁。經(jīng)計(jì)算鋼護(hù)筒長(zhǎng)度取27 m，沉入地下27 m，鋼護(hù)筒內(nèi)徑2為800 mm，壁厚16 mm。每根護(hù)筒重量為20.7 t。

該項(xiàng)目鋼護(hù)筒施工所選用的機(jī)械為YZ400型振動(dòng)錘和85 t履帶吊施打鋼護(hù)筒直下放，下放到位后引入旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔至強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r。根據(jù)規(guī)范要求護(hù)筒中心與設(shè)計(jì)樁位中心的平面位置偏差不超過(guò)50 mm，同時(shí)鋼護(hù)筒垂直度不得超過(guò)1%。

2.3 成孔施工

根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果及樁基的參數(shù)，同時(shí)考慮鉆機(jī)的鉆進(jìn)能力和施工效率。采用型號(hào)為ZJD-4000回旋鉆機(jī)作為首樁的主要鉆孔設(shè)備，其性能參數(shù)詳見(jiàn)表2。

鉆孔施工采用旋挖鉆和回旋鉆相結(jié)合的成孔工藝。旋挖鉆早期于護(hù)筒施打過(guò)程中鉆進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r頂面，待護(hù)筒施打完成后更換為回旋鉆?；匦@使用直徑為2.5 m的四翼刮刀鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中持續(xù)向孔內(nèi)注入泥漿。為提高鉆孔效率，保證護(hù)壁效果，在鉆進(jìn)過(guò)程中不斷調(diào)整泥漿比重。不同的地層應(yīng)采用不同性能指標(biāo)的泥漿進(jìn)行護(hù)壁。泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)調(diào)整見(jiàn)表3、表4。

鉆進(jìn)成孔分為2個(gè)階段，分別為：旋挖鉆鉆孔階段和回旋鉆鉆孔階段。鉆孔施工應(yīng)密切關(guān)注地質(zhì)變化，地質(zhì)變化節(jié)點(diǎn)處應(yīng)加密渣樣的收集，每2 m留樣一次;地質(zhì)變化處加密至每1 m留樣一次，同時(shí)密切關(guān)注泥漿指標(biāo)并及時(shí)調(diào)整。

（1）旋挖鉆鉆孔階段（+66.934～+41.434）：此階段地層分布為粉砂層、卵石層、圓礫層和強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r層。采用旋挖鉆結(jié)合直徑為2.5 m的截齒鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，當(dāng)孔底高程為+41.434時(shí)，鉆渣第一次呈現(xiàn)灰白色餅狀，結(jié)合地勘資料可判定此時(shí)已進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r，護(hù)筒內(nèi)的覆蓋層已全部掏除完畢，旋挖鉆鉆孔結(jié)束。

（2）回旋鉆鉆進(jìn)成孔階段（+41.434～+21.500）：此階段地質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、中風(fēng)化泥灰?guī)r及中風(fēng)化泥巖，旋挖鉆鉆進(jìn)結(jié)束后鉆機(jī)更換為ZJD-4000回旋鉆機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)鉆桿為每節(jié)3 m，鉆頭有效長(zhǎng)度為5.05 m，機(jī)高0.9 m，采用直徑2.5 m的四翼刮刀的鉆頭緩慢進(jìn)行鉆進(jìn)直至成孔，在鉆進(jìn)過(guò)程中留存好渣樣并向孔內(nèi)補(bǔ)充過(guò)濾后的泥漿使孔壁堅(jiān)實(shí)，不坍不漏。

在鉆進(jìn)成孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行第一次清孔工藝。為保證清孔效率和清渣徹底，采用氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行，即利用鉆桿向風(fēng)管內(nèi)通入高壓空氣，高壓空氣進(jìn)入鉆桿內(nèi)水面后，在水壓力的作用下，高壓空氣從底部彎頭流出，進(jìn)而帶動(dòng)孔底沉渣從彎頭導(dǎo)管排出。成孔一次清孔的泥漿性能如表5所示。清孔后采用已校驗(yàn)的專(zhuān)用鋼絲測(cè)繩測(cè)得孔深88.53 m，判定沉渣厚度滿(mǎn)足要求。

2.4 鋼筋籠的制作與安裝

試樁的鋼筋籠主筋為HRB400φ32鋼筋，箍筋采用HRB400φ12、φ16鋼筋。鋼筋按施工圖布置：其中主筋的間距為22.9 cm，箍筋加密段的間距為10 cm，箍筋非加密段的間距為20 cm。

鋼筋籠利用長(zhǎng)線(xiàn)胎架法分節(jié)同槽加工制作，胎架間距2 m，以保證鋼筋籠整體的垂直度滿(mǎn)足要求。在鋼筋籠加工過(guò)程中在制作好的加勁箍?jī)?nèi)加焊六角形支撐，以確保其不會(huì)變形。在鋼筋籠下放至孔口適當(dāng)位置時(shí)，再將六角形支撐割除。每節(jié)鋼筋籠兩端主筋的接頭進(jìn)行錯(cuò)位布置，并且同一連接區(qū)內(nèi)鋼筋接頭數(shù)量在50%以?xún)?nèi)[2]。

2.5 成樁施工

2.5.1 導(dǎo)管安裝

鋼筋籠下放到位后，利用履帶吊將水密試驗(yàn)合格后的導(dǎo)管進(jìn)行下放，為防止下放過(guò)程中導(dǎo)管接頭勾掛鋼筋骨架，導(dǎo)管應(yīng)置于孔位中心。導(dǎo)管下放前檢查導(dǎo)管清潔度和密封圈的完好性。在導(dǎo)管下放的過(guò)程中使用專(zhuān)門(mén)的吊具和導(dǎo)管固定架，對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行逐段吊裝接長(zhǎng)并且保證垂直下放，直至將導(dǎo)管下放至離孔底30～40 cm處。

2.5.2 二次清孔

樁基導(dǎo)管安裝到位后，采用測(cè)繩和測(cè)深錘進(jìn)行沉渣厚度檢測(cè)，測(cè)繩在使用前需經(jīng)過(guò)檢定后的鋼尺進(jìn)行復(fù)核標(biāo)定。根據(jù)終孔深度來(lái)計(jì)算孔底的沉渣厚度并且檢查泥漿指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求，如果孔內(nèi)沉渣和泥漿指標(biāo)不能滿(mǎn)足要求，則應(yīng)立即進(jìn)行二次清孔，二次清孔后的泥漿指標(biāo)詳見(jiàn)表6。

試樁的二次清孔同樣也是采用氣舉反循環(huán)工藝，用導(dǎo)管作為吸泥泵的吸漿管進(jìn)行清孔，即利用上部帶彎頭的混凝土澆筑導(dǎo)管，在彎頭導(dǎo)管內(nèi)接入φ60×3.5 mm無(wú)縫鋼管作為內(nèi)風(fēng)管，風(fēng)管內(nèi)通入高壓空氣，高壓空氣進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)水面后，在水壓力的作用下，帶動(dòng)孔底沉渣從彎頭導(dǎo)管排出從而進(jìn)行清渣。風(fēng)管的風(fēng)壓應(yīng)控制在0.5～

0.8 MPa，不宜過(guò)大或過(guò)小。氣壓過(guò)大會(huì)損壞泥漿壁，造成塌孔。氣壓過(guò)小則不能使沉渣翻滾，達(dá)不到清孔效果。清孔后，用測(cè)繩法測(cè)量孔深，與終孔時(shí)的孔深進(jìn)行比較，檢驗(yàn)沉渣厚度是否滿(mǎn)足規(guī)定值。若沉渣厚度大于規(guī)定值，則要繼續(xù)清孔，直到符合要求為止。

2.5.3 混凝土澆筑

試樁施工混凝土采用1#混凝土拌合站自拌C30混凝土，通過(guò)試驗(yàn)得出混凝土配合比滿(mǎn)足要求?；炷翝仓饕譃閮蓚€(gè)階段：

（1）混凝土首封施工：混凝土封底采用拔塞法施工。采用混凝土罐車(chē)+6.0 m3的小集料斗連續(xù)澆筑施工。首批混凝土澆完成后，立即測(cè)量導(dǎo)管的埋深，其埋深不得小于1 m。

（2）混凝土正常澆筑：在首封混凝土灌注成功后，剩余樁基混凝土應(yīng)連續(xù)灌注不得中斷。在混凝土灌注過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)測(cè)量混凝土面的高度，并正確計(jì)算導(dǎo)管埋入混凝土深度，導(dǎo)管的埋深應(yīng)控制在2～6 m的范圍內(nèi)，當(dāng)導(dǎo)管埋深超過(guò)此范圍時(shí)應(yīng)及時(shí)拆卸導(dǎo)管。當(dāng)灌注混凝土超過(guò)樁頂標(biāo)高0.5～1.0 m時(shí)，即停止灌注并及時(shí)拆除灌注導(dǎo)管。

3 質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定

3.1 成孔質(zhì)量檢測(cè)

按設(shè)計(jì)要求對(duì)每根試樁成孔的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第一冊(cè)土建工程》（JTG F80/1）的規(guī)定，試樁的孔徑、孔形及傾斜度和孔底的沉淀厚度采用YT-U70（120）型超聲波檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)。

根據(jù)檢孔報(bào)告可知：鉆孔實(shí)測(cè)平均樁徑2.58 m>2.5 m;實(shí)測(cè)垂直度0.23%<0.5%;實(shí)測(cè)孔深89.8 m，有效孔深為89.8?1.25（錐形鉆尖）=88.55 m，成孔的各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，首樁成孔效果較好。

3.2 混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)

根據(jù)規(guī)定對(duì)C30水下混凝土配合比進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)，其7天抗壓強(qiáng)度為38.2 MPa，28天抗壓強(qiáng)度為45 MPa，所用配合比滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。首樁澆筑前，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土的工作性能進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)混凝土的坍落度為210 mm，擴(kuò)展度為580 mm，其工作性能良好。

3.3 成樁質(zhì)量檢驗(yàn)

試樁直徑2.5 m，長(zhǎng)度69 m，采用聲波透射法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果良好且樁身完整，樁身的混凝土強(qiáng)度高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，并且樁身強(qiáng)度不低于15 MPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范。

4 結(jié)論

通過(guò)試樁，可得出在粉砂層、卵石層、圓礫層和強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r層時(shí)使用旋挖鉆機(jī)鉆孔時(shí)的工效，鉆進(jìn)速率為6.38 m/h。更換回旋鉆機(jī)后在強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、中風(fēng)化泥巖時(shí)，其鉆進(jìn)速率在強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r層為0.93 m/h，在中風(fēng)化泥灰?guī)r鉆進(jìn)速率為0.54 m/h，在中風(fēng)化泥巖的鉆進(jìn)速率為0.59 m/h。該次試裝檢驗(yàn)了成樁過(guò)程的各個(gè)施工工序，取得了重要的施工參數(shù)，可以指導(dǎo)后續(xù)樁基的施工。試樁的順利進(jìn)行表明項(xiàng)目部施工資源配置（包括管理人員、施工人員及施工機(jī)具設(shè)備）滿(mǎn)足項(xiàng)目部試樁施工需求。通過(guò)聲波透射法檢測(cè)試樁，判定樁身完整，為I類(lèi)樁，樁身混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，檢驗(yàn)了該次試樁施工中各程序施工技術(shù)的合理性，為后續(xù)的正式施工具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范： JTG/T 3650—2020[S]. 北京：人民交通出版社， 2020.

[2]公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： JTGB01 2003[S]. 北京：人 民交通出版社， 2004.