大跨径桥梁基础高潮汐、深水、大直径钻孔灌注桩施工

        0 引言

        随着高速公路、铁路建设的飞速发展,大跨径桥梁基础采用大直径深水钻孔灌注桩应用广泛,如何保证高潮汐、深水、大直径钻孔灌注桩施工质量至关重要,本文通过对厦漳高速公路漳州段扩建工程ZA4合同段主跨120号, 121号墩直径为2. 5 m的高潮汐深水大直径钻孔灌注桩施工进行研究,确保桩基的施工质量。（参考《www.jianzhu518.com》）

        1 工程概况

        厦漳高速公路漳州段扩建工程ZA4合同段为南港特大桥的一部分,主跨跨九龙江南港水域上部采用(85+150+85)m预应力混凝土连续刚构箱梁,下部采用六棱形大体积混凝土承台(1个半篮球场大),基础采用16根直径为2. 5 m钻孔灌注桩基础。钻孔灌注桩120号墩最长为92. 0 m、摩擦桩, 121号墩为嵌岩桩、桩长为74. 0 m,南港特大桥跨九龙江南港河段为感潮河段,潮流为往复式半日潮流,最大水深16. 0 m,设计最高通航水位4. 78 m,最低通航水位-2. 6 m,潮差最大为7. 38 m。钻孔灌注桩施工采用搭设钢栈桥及钻孔平台,埋设钢护筒、冲击钻成孔的施工方法。

        2 施工准备

        1)进场后根据现场实际情况确定高潮汐深水大直径钻孔灌注桩施工方案,在保证“三通一平”的条件下,各种材料进场。2)各种施工机械、设备进场,人员到位。

        3 钻孔平台的设计与施工

        3.1 钻孔平台的设计

        钻孔平台采用管桩基础、工字钢横梁、工字钢(贝雷梁)分布梁、槽钢面板。为保证下部桥梁施工能合理利用平台,主跨钻孔平台采用的钢管(钢管桩径80 cm,壁厚8 mm)跨径控制在6 m以内(以避开桩基护筒和钢围堰施工为原则),工字钢为横梁,Ⅰ25b型工字钢为分配梁(间距50 cm)、面板为20 cm槽钢(净距5 cm)。

        3.2 钻孔平台施工

        钻孔平台钢管桩采用50 t履带吊沉桩,施工时履带吊副钩将钢管先水平吊起,移动到适宜位置,调整钢管桩使其竖直,再利用履带吊主钩吊起的振动锤上的液压钳将钢管固定,并通过液压钳调整钢管桩的竖直度,钢管桩的平面位置通过全站仪或两台J2经纬仪引导下进行定位,利用45 kW振动锤液压夹具固定钢管桩,起吊后放入导向架内,开启振动锤进行插打钢管桩,履带吊必须保持钢管桩垂直状态下,在振动锤的激振力作用下振动下沉。当桩长度满足设计长度且贯入量小于5 cm /min时,持荷5 min,钢管桩无明显下沉时方可停止振动。当第一节在场地上预制好钢管桩长度不够时,采用边打边接桩的方法使钢管桩的长度满足要求。在桩顶加焊(900×900)mm2,δ=10 mm钢盖板,钢盖板必须与周边满焊,并保证钢盖板水平。为确保钢管桩稳固,在钢管之间用槽钢焊接斜撑及平撑。钢管桩顶钢盖板焊接完后,将工字钢横梁用吊车吊放至钢管桩桩顶,横梁根据设计平台采用工字钢或贝雷梁放在桩顶的中心位置调整水平与桩顶钢盖板焊接。钢栈桥横梁安装完毕后安装纵横梁,纵横梁相交部位采用焊接或栓接。在钻孔平台位置,靠近钢护筒侧工字钢纵、横梁严格按设计位置安放,防止侵入钢护筒净空。铺设桥面板及护栏,并利用护栏设置夜间反光纸,引导和提示船只通行,保证施工安全。

        4 钢护筒的埋置

        钢护筒的制作安装符合要求是高潮汐深水钻孔桩基施工的重要环节,如何进行高潮汐深水钻孔护筒的制作和安装将直接关系到能否在最短的时间内成孔,也是成孔的主要技术难题。

        4.1 钢护筒的选材及制作

        护筒的选材与钻孔桩的直径、水深、水流、地质条件有很大关系。根据现场采用壁厚14 mm、长9 100 mm、宽1 800 mm的钢板卷制成直径为2. 9 m钢护筒。现场卷制成1. 8 m一节,将其焊接牢固并不漏水。

        4.2 钢护筒埋设前导向架的制作及安装

        为了保证高潮汐深水桩钢护筒的埋设符合要求必须设置导向架。导向架的设置采用25b工字钢做成双层井字架形成一个简易的导向架。

        4.3 钢护筒的安装

        在导向架安装完成后,复核桩位中心,确定桩中心与导向架中心在同一位置后进行钢护筒的安装。第一节安装时高出钻孔平台80 cm~100 cm,用工字钢焊两个支撑点固定在钻孔平台的工字钢上,再起吊下节进行安装,为了使对接吻合,在对接时应四周转动,寻找最佳位置。当钢护筒对接长度满足平台至河床高度要求后,在平潮时将护筒落至河床,检查护筒的平面位置和垂直度,保证钢护筒准确就位。利用振动力为900 kN的振动锤通过液压钳将钢护筒紧紧固定,振动锤通过液压钳直接将力传递给钢护筒。

        5 钻孔桩施工

        5.1 钻机就位

        钻机就位时应调整钢丝绳与桩中心重合,钻机的底座和顶端必须平整、稳定,确保在施工中不发生倾斜、晃动,并将钻机用钢筋焊在钻孔平台上。

        5.2 高潮汐深水钻孔桩造浆

        造浆材料选用塑性指数大于25,粒径小于0. 005 mm,颗粒含量多于总量50%的本地红粘土,开孔前用车拉红土倒入孔内(数量根据空孔部分的体积确定,掺量为空孔体积的0. 4倍),经过24 h充分浸泡后,用钻锤在孔内充分搅拌均匀后进尺。钻孔过程中派专人进行水头观测,对可能出现的穿孔现象进行预防;钻进出护筒1. 5 m~2. 0 m左右投入适量的水泥,用钻锤冲击均匀后,每隔半小时左右上下往复提升一次锤, 24 h后即可正常钻进,目的是防止护筒底脚穿孔。

        5.3 钻孔

        桩基采用10 t冲击钻机进行钻孔,在钻孔过程中,应经常检测泥浆的各项指标,控制护筒内水头,确保孔内外压力差在(0. 02±0. 01)MPa之间,以防穿孔。及时测量孔深,检查施工原始记录,注意地质变化,在地质变化处捞渣取样,判明后进行记录,并绘制地质柱状图,与设计进行比较。钻孔深度达到设计孔深,地质满足要求后,采用检孔器对孔深、孔径和竖直度进行检查,符合规范要求后成孔。

        5.4 清孔

        水中大直径钻孔桩清孔质量好坏直接关系到桩基的质量,为保证泥浆的比重和泥浆各项指标满足要求,采用ZX-100B泥浆净化器进行清孔。确保孔内排出的泥浆手摸无2 mm~3 mm颗粒,泥浆比重不大于1. 1,含砂率小于2%,粘度17 s~20 s。同时保证水下混凝土灌注前孔底沉碴厚度:嵌岩桩不大于3 cm、摩擦桩不大于10 cm。严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。

        5.5 钢筋笼安装

        由于钢筋笼为双层钢筋笼、质量大,为防吊装时变形,在吊装端用Φ32钢筋制作“内三角”撑焊在加强筋上,在下沉钢筋笼时切除。同时为保证钢筋笼吊装过程中钢筋加劲筋能满足承重要求,在加劲筋两侧加焊一定长度的短钢筋头,将加劲筋卡住,随着钢筋笼的节数和重量的加大,将短钢筋头长度和根数增加,设置双层加劲筋。钢筋笼安装时先用80 t汽车吊起吊第一节钢筋笼,对准孔位中心后下放,四周工人扶住以防偏位,在钢筋笼下设到事先安设好的挂钩位置,人工配合将挂钩挂到钢筋笼设置的吊点位置固定,起吊下一钢筋笼,对准后进行钢筋笼主筋连接和箍筋绑扎。随着最后一节钢筋笼连接完成后,用吊车缓缓将整个钢筋笼吊起慢慢放入孔内,下到设计标高后设置吊筋将整个钢筋笼吊在钻孔平台上。吊筋采用2点吊,吊筋为Φ28 mm圆钢与主筋焊接,每根焊接长度不小于40 cm。将吊筋上设置的吊环挂在钻孔平台上设置的挂钩上,钢筋笼在四个方向用钢筋头上焊成三角形保护层,厚度为钢护筒内径到钢筋笼外径的距离,确保钢筋笼处于孔桩中心。

        5.6 混凝土灌注

        为保证灌注的质量,首先对混凝土配合比进行优化设计。考虑混凝土受海洋环境影响,混凝土水泥用量相对陆地上要大,同时为保证水泥混凝土的流动性和初凝时间,在混凝土内加入适量的粉煤灰和外加剂,确保混凝土初凝时间在10 h以上,坍落度控制在18 cm~22 cm。混凝土由混凝土运输车通过栈桥运送到需要施工的孔位。考虑直径2. 5 m的钻孔桩首次灌注混凝土量大,初灌时采用料斗容量为10 m3,由四个支腿支撑在钻孔平台上,将整个料斗放满料后再拔球,保证首盘灌注导管埋深不小于1. 0 m。大直径钻孔桩采用直径为35 cm的导管,整个灌注过程保证导管底埋入混凝土的深度在2 m~6 m,应连续作业,并做好灌注记录,同时控制好混凝土搅拌时间,对混凝土的流动性、坍落度等指标进行检测,保证桩基混凝土质量。为保证桩头质量,桩头超灌1 m以上。待混凝土还未初凝时开始挖除多余的混凝土, 12 d后进行桩的完整性检测。

        6 结语

        在高潮汐深水大直径钻孔灌注桩施工中,钢护筒的安装是否满足要求是直接影响整个钻孔桩成孔的关键,泥浆比重是引发塌孔和穿孔的一个重要原因,控制好护筒内水头是避免穿孔的有效办法,合理使用起吊设备安装大吨位钢筋笼是确保施工安全的关键,有效控制混凝土的初凝时间、和易性、坍落度满足要求是确保水下混凝土灌注质量的前提。