飛云江三橋深孔大直徑鉆孔樁基礎施工

張寶生

飛云江三橋深孔大直徑鉆孔樁基礎施工

張寶生

根據浙江瑞安飛云江三橋主塔墩基礎工程特點及重點,介紹了主塔墩鉆孔平臺施工、樁基施工及特大型承臺施工的關鍵技術,總結了一套簡單、實用的施工方案,為主塔墩基礎施工提供了有利條件。

橋梁基礎,主塔墩,鉆孔樁,施工平臺

1 工程概況

瑞安飛云江三橋位于浙江省瑞安市東南部,瑞安市經濟開發區的東側,距飛云江入海口 5 km,建成后將形成 104國道瑞安段的繞城公路。瑞安飛云江三橋全長 2 950m,主橋橋式布置為(240m+170m+60m)三跨一聯獨塔雙索面預應力混凝土邊箱梁斜拉橋,引橋為(33×30+5×50)m和(20×50+8×30)m的等截面預應力混凝土連續剛構箱梁,橋梁全寬 36.8m。主塔墩基礎是由 36根樁長 109m,直徑為 2.5m的鉆孔樁組成的群樁基礎,主墩承臺為圓形承臺,直徑 44m,厚度 5m。

2 飛云江三橋主塔墩基礎工程特點及重點

2.1 工程特點

1)橋址處水文氣象條件復雜,為強潮河口,河口潮差大、潮流作用強,一天潮汐二漲二落,為正規半日潮,多年平均潮差為4.37m,最大潮差為 6.81m,年內潮差變幅不大;屬中亞熱帶海洋型季風氣候,全年最多風向為東南風,瞬時最大風速36.8m/s(1962年8月6日),橋址區有明顯的臺風,平均每年 2.5次;

2)地質條件差,橋址地層為沖海積形成,樁基約 60m長度在流塑狀態的淤泥中;

3)主塔樁基均為摩擦樁,樁徑大、樁身長,樁底標高-109.65m;

4)主塔墩承臺體積大,約 7 600m3,施工難度大。

2.2 水上拌和站和棧橋施工的方案比選

根據主塔墩工程規模大,墩位處水文氣象條件復雜等特點,對主墩混凝土施工采用水上拌和站和棧橋運輸施工進行了全面研究和對比分析。經過比選確認采用鋼棧橋施工方案,該方案具有變水上施工為陸地施工,可以避免潮汐影響、受臺風影響小、對樁基混凝土澆筑有保證等優點。

2.3 施工重點

1)主塔墩鉆孔平臺的施工。

2)鉆孔樁施工,長30m直徑2.8m的鋼護筒下沉;長120m直徑 2.5m超長鉆孔樁成孔;超長鋼筋籠制作與安裝;混凝土澆筑等。

3)混凝土供應,超大體積承臺混凝土施工。

3 主塔墩鉆孔平臺施工

3.1 施工平臺設計

3.1.1 設計思路

根據主塔墩位處的河床標高、地質條件、水位、臺風和潮汐影響,結合施工荷載分布情況,經過反復研究、計算,決定采用超長鋼護筒施工,單根護筒長度為 30m,并將 36根護筒用型鋼和鋼管連成一個整體框架結構,充分利用護筒的承載能力,結合外圍24根鋼管樁和鋼護筒共同承擔平臺上施工荷載、平臺自重荷載、水流壓力荷載和風荷載作用。為了避免鉆機振動造成施工孔位鋼護筒底口處孔壁坍孔,鋼護筒采用間隔受力形式,待不受力的鋼護筒所在孔位澆筑完水下混凝土后進行受力體系轉換,使其受力,同時解除相鄰鋼護筒的受力。

3.1.2 方案設計

該主塔墩承臺直徑 44m,高 5m,是目前國內最大的圓形承臺,施工平臺面積1 800m2。設計中偏于安全計算,護筒承載力計算未考慮淤泥粘結力(事實證明很大)及閉塞效應,護筒外圍摩阻系數的取用綜合考慮了工勘報告試驗數據及前期施工鋼棧橋鋼管樁時經驗數據。

鋼護筒設計直徑2.8m,壁厚12mm,在鋼護筒外圍每隔2.0m設一道加勁箍,鋼護筒底部設 2.0m高,壁厚 20mm的加強刃腳,平臺承重梁采用雙排 321型貝雷片,其上面為型鋼分配梁。在距離承臺邊緣 2.5 cm的圓周上,布置了24根直徑1.0m的鋼管樁,壁厚 10mm,為了增加鋼管樁的局部穩定性,每根鋼管樁內填滿細砂,該鋼管樁既是施工平臺的輔助承載結構,又是以后安裝鋼套箱的承載結構(如圖 1所示)。

針對該平臺方案中護筒局部穩定性問題,設計中考慮了以下幾種解決方案：

1)在護筒頂部焊接型鋼梁,以承受貝雷架傳遞的荷載作用;

2)在護筒頂部的型鋼梁下焊接三角形鋼板來增大護筒局部的回轉半徑,增大局部受力面積;

3)在護筒上焊接橫向連通管,對護筒起著局部固結作用,減小局部穩定的計算高度。

3.2 平臺施工

由于主塔墩處潮差大、潮流作用強且風力較大,一般在 5級 ～7級,因此施工前制定了嚴密的施工組織設計,通過對前期鋼棧橋的施工總結,選擇了先進的施工工藝和科學合理的施工方法。

鋼護筒、鋼管樁下沉：為了使鋼護筒、鋼管樁平面控制偏移不大于 5 cm,傾斜率不大于 1%,鋼護筒、鋼管樁下沉利用50 t浮吊、浮吊上固定導向架配合BM-5振動沉樁機下沉。下沉時,在導向架上設置棱鏡,用全站儀測量放樣。鋼護筒全長 30 m,分兩節吊裝,一次下沉。將鋼護筒一二節先后吊入導向架內臨時固定,完成對接后進行振動下沉。振動下沉時,每次振動時限控制在5min內,如遇下沉過程中阻力過大時,采用空氣吸泥機吸出泥砂,減少內壁摩阻力,輔助鋼護筒下沉,鋼護筒在振動下沉過程中,為防止潮流影響或操作不當常引起偏位,在導向架上設立 4個千斤頂剛性糾偏點,實施鋼護筒糾偏。鋼管樁全長 48m,分 4節吊裝,兩次下沉。振動下沉時,每次振動以不超過 5min控制,鋼管樁對接完成后,在樁頂設置數根可調節纜風鋼索,在振動下沉中起到糾偏作用。

鋼管樁和鋼護筒下沉完畢,焊接連通鋼管、平聯及剪刀撐。為降低和減少潮汐作用的影響,焊接前應做好各項準備工作,在低潮位時進行焊接。焊接結束后進行上部型鋼分配梁及貝雷桁架梁承重梁結構施工。貝雷片承重梁先在駁船上連接成設計所需要的長度,然后利用 50 t浮吊整體吊裝,每排承重梁就位后立即用花架連接。頂層的型鋼和鋼板利用 50 t履帶式吊車吊裝并通過人工輔助就位。

4 樁基施工

4.1 鉆機選型

主塔墩基礎為大直徑超長樁,地層主要為淤泥、淤泥質亞粘土及圓礫層,因此鉆孔應選用大扭矩回旋鉆機,采用氣舉反循環減壓鉆進工藝,鉆頭宜選用四翼籠式刮刀鉆頭和滾刀鉆頭。

4.2 泥漿循環系統

鋼護筒之間用鋼管連通,連通管既是護筒之間的平聯,提高平臺整體穩定性,同時它又是泥漿循環的通道。泥漿循環系統主要利用了鋼護筒做泥漿池,其中一個為沉淀池,一個為貯漿池,反循環鉆孔出來的鉆渣及泥漿經過泥漿凈化器進行分離,鉆渣通過篩網直接清除,泥漿首先流入沉淀池凈化,之后通過連通管流入貯漿池,最后優質的泥漿再通過連通管流入施工孔位的鋼護筒循環利用。泥漿循環系統流程如圖2所示。

4.3 成孔

根據平臺的施工面積,共布置 6臺鉆機同時施工,整個鉆孔過程主要以氣舉式反循環回轉鉆成孔工藝為主。不同地層選擇不同的成孔工藝,刮刀鉆頭用于淤泥層鉆進,速度快、造漿效果好;滾刀鉆頭用于密實礫石層。在鉆進過程中,采用優質泥漿護壁,重點在礫石層,泥漿參數為粘度32 s～40 s,比重 1.34～1.45。由于樁孔較深,保證垂直度十分重要。為保證垂直度,需采取以下措施：穩鉆時用水平尺檢查水平度;鉆進時采取減壓鉆進,保證一定的配重;遇地層變化時,降低鉆進速度,反復掃孔,再繼續鉆進。鉆頭配重大小應隨鉆頭形式變化而改變。鉆孔過程中,應經常檢查鉆具。當鉆至設計標高后,對孔深、孔徑、孔形、垂直度等進行檢查,鉆孔質量符合要求后方可清孔,在清孔排渣時,必須注意保持孔內水頭,防止坍孔。

4.4 樁基鋼筋、混凝土施工

清孔完畢后移走鉆機,然后開始下放鋼筋籠,由于鋼筋籠較重,每根樁鋼筋籠重約20 t,故采用 50 t履帶吊車下放,鋼筋籠每節連接采用鐓粗直螺紋套筒連接,因此速度較快、質量有保障。全部鋼筋骨架下放至設計標高后將導管下入孔內,在澆筑第一根樁之前要對導管進行泌水、抗拉試驗。下完導管后,澆筑水下混凝土之前,應再次檢查孔內泥漿性能指標和孔底沉淀層厚度,如超過規定,應進行第二次清孔,清至泥漿指標(主要是含砂率)合格為止。澆筑水下混凝土涉及的問題較多,但首先保證混凝土入孔速度,由于鋼棧橋提供的有利施工條件,混凝土攪拌運輸車可以直接到達孔位處,因此混凝土澆筑速度可以保證 50m3/h。

4.5 平臺受力體系轉換

鉆孔平臺利用鋼護筒作為主要承載結構,由于鉆機振動容易造成鋼護筒底口處孔壁坍孔,因此,施工孔位的鋼護筒不能參與平臺受力,待該樁澆完混凝土后,再讓其參與平臺受力,同時解除下一個施工孔位鋼護筒的受力狀態,進而完成平臺受力體系轉換。

5 承臺施工

1)承臺采用鋼套箱施工,封底采用 1.0m厚鋼筋混凝土,分5個區域進行,封底混凝土用垂直導管法灌注。

2)承臺施工：由于承臺混凝土體積大,具有一定的施工難度,其對混凝土的性能、材料的組織供應與運輸、混凝土的長時間生產供應以及混凝土的養護等提出了更高要求。承臺混凝土分三次澆筑,澆筑高度分別為 1.8 m,1.5 m,1.7 m,每次時間間隔為7 d,施工接縫按規范規定處理。承臺混凝土澆筑采用 2座100m3/h混凝土攪拌站供應,5臺混凝土攪拌運輸車運輸,2臺H 80臥泵入模澆筑。并在混凝土內摻入優質粉煤灰、減水劑、緩凝劑等并輔以冷卻管降低水化熱措施,確保承臺大體積混凝土施工質量。

6 結語

1)采用鋼棧橋施工為主塔墩基礎施工提供了有利的條件,發揮了較好的整體效益。2)通過對位于潮汐河段、臺風區的瑞安飛云江三橋主塔大直徑深孔樁基礎施工平臺方案、超長鉆孔樁鉆孔、澆筑等施工,特大型承臺施工的研究,提出了一套簡單、實用、經濟的施工方案與施工工藝。

[1] 高武喜.巖溶地區橋梁鉆孔樁施工技術[J].山西建筑, 2009,35(10)：311-312.

Concerning on the construction of deep hole bored pile foundation with major diam eter of Feiyunjiang three Bridge

ZHANG Bao-sheng

According to project features and points of Feiyun jiang three Bridgemain pier foundation in Zhejiang Rui'an,it describes the critical techniques ofmain tower pier drilling platform construction,pile foundation construction,and supper large-scale bearing p latform construction, and summarizesa setof simpleand applicable construction program,which has p roved usefu l conditions formain tower pier foundation construction.

bridge foundation,main tower pier,bored pile,construction platform

TU473.1

B

1009-6825(2011)09-0172-02

2010-11-29

張寶生(1979-),男,工程師,中交二公局第二工程有限公司,陜西西安 710119