青島海灣大橋深水高樁水中基礎施工技術

田加法

1 工程概況

青島海灣大橋位于膠州灣北部,是我國北方寒冷海域一座大型海上橋梁集群工程,主線全長26.767 km,其中跨海大橋25.880 km。青島海灣大橋土建工程某合同段起點為紅島互通西終點,順接紅島互通的標準跨徑60 m主線非通航孔橋。橋墩采用群樁基礎,一個承臺下設4根直徑為1.6 m鉆孔灌注樁,均為摩擦樁,樁長51.0 m～59.0 m,樁底持力層為弱風化安山巖和弱風化角礫巖。承臺采用四邊形圓倒角承臺,頂標高全部為0.30,承臺厚3.0 m,平面尺寸為6.9 m×6.9 m;橋墩身均采用花瓶墩。

2 施工方案簡介

樁基施工時采用搭設固定式鉆孔平臺,埋設鋼護筒,采用旋轉鉆機反循環法施工,導管法灌注樁基水下混凝土,混凝土采用搭設棧橋,罐車運送;承臺采用鋼組合式吊箱圍堰進行施工,先在預制廠進行底節混凝土吊箱的預制,然后將上節防浪板和底節進行組合,利用大型浮吊整體吊裝,止水后進行常規的承臺施工。

3 樁基施工方案

3.1 鉆孔平臺的搭設

鉆孔平臺采用固定平臺,鉆孔平臺平面大小為14.5 m×14.6 m,采用φ 600 mm×8 mm鋼管樁作基礎,鋼管頂安裝Ⅰ32a工字鋼做分布梁,Ⅰ32a工字鋼鋪設貝雷架,貝雷架頂鋪設Ⅰ25a工字鋼及8 mm鋼板作為平臺工作平面。采用打樁船打樁、浮吊架設上部結構的施工方法,采用運輸船進行鋼管樁、型鋼、貝雷梁、橋面板等的運輸。鋼管樁下沉采用打樁船施工。鋼管樁完成后,采用浮吊安裝鋼管頂Ⅰ32a工字鋼分布梁,然后鋪設貝雷架和Ⅰ25分配梁及鋼板平臺面,最后安裝防滑鋼筋、護欄立桿、護欄扶手等防護設施。

3.2 鉆孔灌注樁施工方法

3.2.1 反循環旋轉鉆機成孔

選用GPS-25型反循環旋轉鉆機成孔,鉆頭采用菠蘿鉆頭,鉆機就位對位后,用全站儀進行復核轉盤中心與鉆架上吊滑輪是否在同一垂直線上,若有偏差進行調整。

開鉆前檢查是否有彎曲鉆桿,彎曲的鉆桿不得使用。連接好循環系統,開動泥漿泵循環2 min～3 min,然后開動鉆機,在循環溝內放置細砂篩,使泥漿經過篩子過濾后漏回孔中。施工中,按照抽檢頻率檢查泥漿指標情況,確保不塌孔。鉆孔過程中應注意觀察地質情況并做好原始記錄,如果發現地質情況與地質勘探報告不一致,應及時報告,以便采取措施。

3.2.2 清孔

鉆孔至設計標高后開始清孔,清孔時,將孔底鉆渣及泥砂等沉淀物清除,不得用加深孔底深度代替清孔,同時保持孔內水位在地下水位或河流水位以上1.0 m～1.5 m,防止坍孔。鉆孔樁在終孔和清孔后,對孔徑、孔型和傾斜度采用專用超聲波儀器測定,檢測結果上報監理工程師復查。

3.2.3 鋼筋籠制安

鋼筋下料要準確控制下料長度。鋼筋籠制作采用鋼筋加工場集中制作,每節長度不大于18 m,對于大于18 m的鋼筋籠分節時應考慮主筋接頭按規范要求錯開及能在一定范圍內移動主筋,對接端預留一段螺旋筋不綁扎。樁基主鋼筋籠各段之間主筋采用直螺紋吊筒連接。

3.2.4 二次清孔

鋼筋籠下放到位固定后,立即安放導管。混凝土導管安放完后,若孔底沉渣厚度不滿足設計要求,利用氣舉反循環進行二次清孔,使沉渣厚度、孔內泥漿性能滿足設計及規范要求。清孔時及時向護筒內補充優質泥漿,確保護筒內水頭,并取樣檢測,經監理工程師現場檢驗合格后,立即拆除吸泥彎頭,開始澆筑水下混凝土。

3.2.5 水下混凝土灌注

在灌注混凝土開始時,導管底口到樁底的距離有250 mm～400 mm的空間,首批封底混凝土采用大容量料斗灌注(混凝土量經過計算確定,滿足導管初始埋置深度不小于1.0 m),封底成功后改用小容量料斗進行連續灌注,直至完成整根樁的澆筑。

3.2.6 質量檢驗

混凝土質量的檢查和驗收,嚴格符合規范要求,混凝土強度試件每根鉆孔樁至少取4組,如換班工作時,每工作班至少制取2組試件。

4 承臺的施工方案

4.1 鋼筋混凝土組合式吊箱施工

4.1.1 鋼筋混凝土組合式吊箱結構組成

鋼筋混凝土組合式吊箱主要由以下四部分組成：混凝土吊箱、鋼質防浪板、吊掛系統、止水膠囊。

4.1.2 鋼筋混凝土組合式吊箱和防浪板的連接

混凝土吊箱屬于永久性結構,防浪板屬于施工期間圍水構件。混凝土吊箱與防浪板的連接采用螺栓栓接,同時為保證海水滲入,在混凝土吊箱與防浪板放置幾何尺寸為2 cm×3 cm的遇水膨脹橡膠條,橡膠條受壓產生彈性變形,填塞滿吊箱和防浪板之間的空隙,其次橡膠條遇水膨脹,完全阻止了海水的滲入。

4.2 鋼筋混凝土組合式吊箱的安裝

在混凝土吊箱達到吊裝強度后,開始安裝吊桿和吊架,在安裝的過程中根據實測數據微調吊桿的長度,以確定吊架擱放在鋼護筒上后,可以滿足混凝土吊箱在設計的標高位置。

4.3 吊箱的下放安裝

200 t浮吊掛鉤提起吊架,通過吊桿將吊箱提起,安裝時將吊箱底部高于鋼護筒頂1 m～1.5 m左右(安全高度),同時使每個混凝土底板預留孔對準每根鋼護筒,然后緩緩、勻速下放吊箱。吊箱吊架支撐到鋼護筒頂上后,測量人員立即用全站儀觀測吊箱的偏位情況,隨時將結果報給指揮人員,以指揮浮吊進行各項微調,保證吊箱的平面位置準確。

4.3.1 吊箱的準確定位

標高的控制：吊箱標高在安裝前通過鋼護筒標高和吊桿長度控制,安裝后即滿足要求。平面位置的控制：選擇在潮位低于+0 m時安放8個5 t的千斤頂進行精確調位,測量人員在海上測量平臺上觀測,指揮吊箱的調位。

4.3.2 反壓牛腿焊接

吊箱平面位置確定后,在鋼護筒上焊接反壓牛腿反壓在防浪板頂部,防止在止水后吊箱在浮力的作用下上浮,每根鋼護筒上焊接兩個反壓牛腿,共計8個。在高潮位時,單個反壓牛腿受載約30 t,根據計算反壓牛腿采用2Ⅰ25a加工制作,并焊接2[14a斜撐。

4.3.3 氣囊充水止水

反壓牛腿焊接完畢后,選擇在低潮位進行氣囊充水止水,將氣囊的氣悶管與充水機出水管對接后,開動充水機對氣囊充水,依次完成4個氣囊的充水。氣囊充水應由有施工經驗的操作人員完成,防止充水過多導致氣囊爆裂,沖水過程中不斷停止,不斷用壓力表測壓力,且壓力控制在0.3 MPa～0.4 MPa之間。

4.3.4 鋼護筒與底板預埋件焊接

在完成砂漿封堵后,立即將鋼護筒與混凝土底板固定,利用下料好的厚20 mm連接鋼板將鋼護筒與混凝土底部上的預埋件焊接,單根鋼護筒需焊接16塊連接鋼板,4根共計64塊,焊接工作量較大,配備4臺電焊機同時焊接,現場技術員需對焊接質量進行嚴格檢查,焊縫厚度不小于鋼護筒壁厚(14 mm),確保焊接質量。

5 承臺施工

吊箱在止水完畢后,為承臺施工提供了干燥的施工環境,按照傳統施工工藝進行施工。承臺混凝土采用全斷面一次分層推進澆筑完成,混凝土澆筑時按每30 cm一層順序澆筑,保證在下層混凝土初凝前澆筑完成上層混凝土。混凝土澆筑過程中配備插入式振動棒振搗,保證振搗質量。承臺養護完畢后,防浪板拆除采用150 t浮吊的小鉤進行整體拆除。

6 主要施工經驗

1)深水中采用鉆孔平臺,要保證鉆孔平臺基礎承載力符合施工設計要求,還要保證鉆孔平臺的強度、剛度和穩定性。2)大直徑鉆孔樁施工時,主要是防止坍孔、縮孔、澆筑中斷等質量事故。3)混凝土吊箱的預制采用工廠化施工和管理,鋼混凝土組合式吊箱安裝全部是在無水狀態下施工,簡單容易控制。單個承臺的有效施工時間從21 d縮短到8 d,大大加快承臺的施工速度。4)鋼混凝土組合式吊箱預制和現場施工均是在無水狀態下,易于控制,特別是在海洋氣候環境、惡劣天氣較多條件下,安全性能多。傳統鋼吊箱施工部分施工內容是在水下,增加了施工風險。

7 結語

水中基礎施工采用水中搭設鉆孔平臺和鋼吊箱施工取得巨大成功,自施工以來未發生過任何因天氣、風浪、潮流作用造成的施工事故,同時大大減少安全隱患,加快了施工進度,施工效率有較大提高,取得了顯著的效果,對青島海灣大橋工程安全、優質、高效的建設起到決定性的作用。

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