深水裸巖地層3 m大直徑樁基施工關(guān)鍵技術(shù)

寧桂鋒

(廣西南玉鐵路有限公司,廣西 南寧 530022)

0 引言

隨著我國跨江跨海橋梁建設(shè)日益增多,水上鉆孔施工的工程越來越多。由于水上施工具有不可預(yù)見因素多、施工風(fēng)險高、施工難度大等特點(diǎn),同時樁基基礎(chǔ)作為工程施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響后續(xù)工序的總體工期,因此必須確保一次成優(yōu)。其中,裸巖地層大直徑鉆孔灌注樁施工,成倍地增加了水上大直徑鉆孔灌注樁的施工難度,對成樁質(zhì)量提出了更高的要求[1]。本文以南玉鐵路六景郁江特大橋?yàn)橐劳?參考類似工程樁基施工經(jīng)驗(yàn),對樁基施工工藝進(jìn)行優(yōu)化研究[2],采用雙層鋼護(hù)筒、大型旋挖鉆機(jī)分級擴(kuò)孔成孔施工技術(shù),確保了樁基成孔質(zhì)量,為裸巖地層大直徑樁基施工提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

新建南玉鐵路六景郁江特大橋全橋長11.465 km,主橋?yàn)殡p塔雙索面鋼混部分斜拉橋,采用主跨(41.75+109+320+109+41.75)m的跨越郁江,橋位水深約15 m。其中P3#和P4#墩為斜拉橋主墩,基礎(chǔ)均采用24根樁徑3 m的鉆孔樁,樁長分別為40 m和46 m。

主墩橋位處地質(zhì)以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、弱分化砂巖為主,覆蓋層較淺。因此需要解決鋼護(hù)筒下放及漏漿,同時需要選擇適宜的鉆孔設(shè)備及施工方法,只有克服這幾項(xiàng)技術(shù)難題才能確保成孔及成樁質(zhì)量。

2 樁基設(shè)備選型

3 樁基成孔技術(shù)

兩個主墩樁基采用雙層鋼護(hù)筒、大型旋挖鉆機(jī)分級擴(kuò)孔成孔施工技術(shù)。

3.1 裸巖地質(zhì)條件下鋼護(hù)筒安裝技術(shù)

3.1.1 鋼護(hù)筒安裝工藝

鋼護(hù)筒需在裸露巖面上埋設(shè),埋設(shè)的整體方案是:(1)下放外套阻水鋼護(hù)筒,護(hù)筒大小應(yīng)能滿足基巖開槽設(shè)備施工空間,對基巖開槽施工起導(dǎo)向定位的作用,采用旋挖鉆牙輪筒鉆切槽,在外套護(hù)筒的導(dǎo)向定位作用下,在基巖上切槽,形成略大于施工護(hù)筒的圓形槽位;(2)下放內(nèi)護(hù)筒,在外套護(hù)筒的導(dǎo)向下內(nèi)護(hù)筒精確嵌入所切的環(huán)形槽位里,形成穩(wěn)定的護(hù)筒受力結(jié)構(gòu),在實(shí)現(xiàn)護(hù)筒的精準(zhǔn)就位同時確保護(hù)筒底與基巖面密貼。如圖1所示。

圖1 鋼護(hù)筒安裝布置圖

3.1.2 外護(hù)筒安裝

主墩鋼護(hù)筒總長為28 m,采用分節(jié)沉放,孔口豎向?qū)雍?下沉采用整體式雙層型鋼定位導(dǎo)向框進(jìn)行定位,上下兩層導(dǎo)向架間距5 m,滿足相關(guān)的剛度要求。實(shí)際施沉?xí)r,完成第一節(jié)鋼護(hù)筒的入土著床,重點(diǎn)檢查其垂直度、平面偏位,確保豎向二次對接的垂直度[3]。

3.1.3 切槽

外套護(hù)筒加固完成后,鉆機(jī)就位并對位好樁中,選用6×φ3.4 m超長牙輪筒鉆開始鉆進(jìn),在φ3.5 m外套護(hù)筒中開始進(jìn)行環(huán)切切槽,切槽外徑為φ3.4 m,牙輪寬度即切槽寬度為20 cm,環(huán)槽內(nèi)徑φ3.2 m,切槽深度為2 m。

從上表，我們可以看到，孔子在《史記》任何一個部分中都有述及，可以說是貫穿于《史記》整個結(jié)構(gòu)中的，體現(xiàn)了一種完整性。此外，述及孔子的部分在《史記》中分布比較均勻，雖然在書、世家和本紀(jì)等部分中所占比例較大，但若以全部述及孔子的卷數(shù)占《史記》總卷數(shù)的比例作參照，則差距尚不是很大，這又體現(xiàn)了一種普遍性，可見《史記》注重孔子絕不是偶然的，而是經(jīng)過深思熟慮和精心設(shè)計(jì)的，表現(xiàn)了司馬遷對孔子的傾心關(guān)注。

3.1.4 施工護(hù)筒下放

完成入巖2 m環(huán)切切槽后,提出鉆頭并移開鉆機(jī),按照下放外套護(hù)筒施工步驟,下放外徑φ3.3 m施工護(hù)筒,施工護(hù)筒下放時需確保精準(zhǔn)落入環(huán)切槽內(nèi),然后采用120 t振動錘振動至不再下沉為止,確保護(hù)筒底與槽底密貼。施工護(hù)筒下放完成后,撤除外套護(hù)筒限制,拔起外套護(hù)筒,同時加固已入槽的施工護(hù)筒。施工護(hù)筒由于已入槽,在外套護(hù)筒起拔過程中能確保穩(wěn)定。同時,在外套護(hù)筒拔除時,應(yīng)迅速加固已入槽的施工護(hù)筒。

3.2 樁基成孔施工技術(shù)

3.2.1 鉆孔工藝

由于六景郁江特大橋主橋巖層為硬質(zhì)砂巖,鉆孔工藝選定為分級擴(kuò)孔成孔工藝:鉆頭中心定位及糾偏→φ1.5 m牙輪筒鉆鉆進(jìn)至孔底(過程中截齒筒鉆取芯)→1.5 m導(dǎo)向φ2.0 m牙輪筒鉆擴(kuò)孔鉆進(jìn)→2.0 m導(dǎo)向φ2.5 m牙輪筒鉆擴(kuò)孔鉆進(jìn)→2.5 m導(dǎo)向φ3 m牙輪筒鉆擴(kuò)孔鉆進(jìn)→φ3 m截齒筒鉆掃孔→成孔檢查及一次清孔→下放鋼筋籠及二次清孔→混凝土灌注。

3.2.2 鉆頭中心定位及糾偏

巖面雖經(jīng)過清淤且前期已完成護(hù)筒埋設(shè),但仍不能確保護(hù)筒范圍內(nèi)巖床平整,故開孔施工時的鉆頭中心定位及糾偏是確保成孔質(zhì)量的重要保障。如圖2所示,利用特制的上導(dǎo)正牙輪筒開始護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn),利用φ3 m導(dǎo)正圈與施工護(hù)筒確保φ1.5牙輪筒鉆垂中切割巖面。此時的φ1.5 m牙輪筒鉆中心與上導(dǎo)正圈及施工護(hù)筒均同軸。上導(dǎo)正牙輪筒的使用,既完成了鉆頭中心定位,也確保了垂直入巖。

圖2 上導(dǎo)正鉆頭鉆進(jìn)示意圖

3.2.3φ1.5 m鉆孔及修孔

利用φ1.5 m的取芯筒鉆及撈渣鉆頭將φ1.5 m筒鉆切削部分撈出,此部分經(jīng)過上導(dǎo)正定心及筒鉆切削,此段垂直度已得到保障。采用φ1.5 m長筒鉆切削,撈渣斗撈渣及取石柱等施工方法,直至φ1.5 m直徑到達(dá)設(shè)計(jì)樁底高程。利用特制φ1.5 m×6 m修孔鉆頭,對已鉆至孔底的孔形,進(jìn)行修孔。確保整體孔型順直。

3.2.4 逐級擴(kuò)孔轉(zhuǎn)進(jìn)、沉渣撈取及成孔

修孔完成后,利用下導(dǎo)正鉆頭開始擴(kuò)孔,擴(kuò)孔過程配合相應(yīng)撈渣鉆頭撈取擴(kuò)至孔底的鉆渣。同時,后續(xù)逐級以每0.5 m孔徑遞增,直至完成φ3 m擴(kuò)孔施工。鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,對孔深、孔徑進(jìn)行檢查。如圖3所示。

圖3 分級擴(kuò)孔示意圖

3.2.5 樁基清孔施工技術(shù)

成孔后進(jìn)行一次清孔,以免間隔時間過長,造成清孔困難或坍孔[4]。清孔先初步采用平底撈砂鉆斗清理孔底沉渣,然后使用氣舉反循環(huán)清渣措施對孔底沉渣進(jìn)行徹底清理[5]。當(dāng)泥漿比重大或含砂率高時,出現(xiàn)氣舉反循環(huán)清理速度緩慢一直達(dá)不到效果,采取泥漿分離措施。下放后鋼筋籠,對孔底沉渣進(jìn)行檢查,不符合要求需要繼續(xù)二次清孔。

3.2.6 混凝土灌注

安裝導(dǎo)管前必須進(jìn)行密封試驗(yàn),吊放時位置要保持軸線順直,防止其卡掛鋼筋籠和碰撞孔壁。

由于孔徑較大,首盤混凝土要埋住導(dǎo)管1 m以上,經(jīng)計(jì)算至少需要12.47 m3混凝土。為此專門加工一個容積達(dá)到12 m3的大料斗,孔口設(shè)置一個2 m3小料斗,大料斗用混凝土輸送泵泵送混凝土,首盤灌注時先將大料斗內(nèi)灌滿混凝土,然后邊灌注邊用輸送泵往料斗內(nèi)泵送混凝土,孔口小料斗罐車直接放料,兩個料斗同時供料,確保首灌質(zhì)量。為保證樁頭混凝土質(zhì)量,混凝土灌注面要超過樁基設(shè)計(jì)標(biāo)高1.5 m以上,以防止樁頭為水泥漿,強(qiáng)度不足[6-9]。

4 結(jié)語

六景郁江特大橋主墩樁基為保證成樁質(zhì)量,采用外套護(hù)筒及分級擴(kuò)孔成孔工藝。在樁基混凝土齡期達(dá)到之后,經(jīng)檢測,48根樁基均為Ⅰ類樁,達(dá)到預(yù)期效果。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn),提出以下施工工藝優(yōu)化建議:

(1)外護(hù)筒直接入土著床,外護(hù)筒下放過程中,重點(diǎn)檢查垂直度、平面偏位,確保豎向?qū)拥拇怪倍取?/p>

(2)護(hù)筒安裝之前在孔位處精準(zhǔn)定位外套護(hù)筒,在護(hù)筒內(nèi)環(huán)切切槽,再下放施工護(hù)筒,該措施能快速完成裸巖、深水等困難施工條件下的樁基鋼護(hù)筒施工,且樁基施工護(hù)筒能準(zhǔn)確地伸入穩(wěn)定基巖,有效地保障了樁基施工質(zhì)量。

(3)當(dāng)?shù)貙訋r性較硬,旋挖鉆在入巖時,需采用取芯截齒筒鉆配合嵌巖雙底撈砂斗進(jìn)行鉆進(jìn)。入巖旋挖鉆機(jī)所用截齒取芯鉆頭,通過合理布齒,使齒間相互為對方創(chuàng)造自由面,為高效入巖創(chuàng)造條件。

(4)利用特制的上導(dǎo)正牙輪筒開始護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn),利用φ3 m導(dǎo)正圈與施工護(hù)筒確保φ1.5 m牙輪筒鉆垂中切割巖面。此時的φ1.5 m牙輪筒鉆中心與上導(dǎo)正圈及施工護(hù)筒均同軸。上導(dǎo)正牙輪筒的使用,既完成了有效定心,也確保了垂直入巖。

(5)樁基施工基于弱風(fēng)化砂巖地質(zhì),采用分級擴(kuò)孔施工工藝,從1.5～3.0 m分四級進(jìn)行擴(kuò)孔施工,同時安排三臺鉆機(jī)同時進(jìn)行鉆進(jìn),3臺鉆機(jī)分別配合不同級別的擴(kuò)孔,避免了分級擴(kuò)孔過程中需要頻繁更換鉆頭的問題,大大縮短了樁基施工工期。