淺談西江特大橋嵌巖樁樁基施工

唐 政

0 引言

嵌巖樁是指建筑基樁穿過覆蓋層嵌入可以作為直接受力的基巖中(嵌固于未風(fēng)化巖中不小于0.5 m)[1，2］。由于基巖強(qiáng)度較高，壓縮性極小，能提供很高的承載力且具有較強(qiáng)的抗滑移能力，所以嵌巖樁具有承載力高、抗震性能好、樁基沉降小、群樁效應(yīng)弱等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁工程等方面得到大量使用[3］。本文通過江肇高速公路上西江特大橋主墩樁基施工實(shí)例，介紹嵌巖樁在工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

西江特大橋是江肇高速公路的樞紐性工程，全橋長2 697.54 m，主橋?yàn)樗乃蹇鐔嗡髅鎸挿崩瓨颍瑯蚩绮贾脼?128+3×210+128)m，主橋長 886 m，橋?qū)?38.3 m。主橋共有4個(gè)主墩，每個(gè)主墩有12根φ3.0 m深水超大直徑樁，全部為嵌巖樁，樁長為50 m～60 m。主墩樁基平面布置圖如圖1所示。

圖1 主墩樁基平面布置圖

2 樁基施工

2.1 合理選擇成孔設(shè)備

在砂、卵石層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆機(jī)的速度明顯優(yōu)于沖機(jī);而在巖層中鉆進(jìn)沖機(jī)的速度優(yōu)勢(shì)更明顯，而且鉆機(jī)提錘速度慢，對(duì)于有溶洞樁基鉆機(jī)無法全程鉆進(jìn)。結(jié)合兩者的優(yōu)缺點(diǎn)以及實(shí)際工程情況，主墩樁基采用先鉆后沖的沖鉆結(jié)合成孔工藝。即采用KP350鉆機(jī)鉆進(jìn)至巖面后，改用沖機(jī)沖進(jìn)至終孔。

鉆頭采用整體鑄鋼鑄造的實(shí)體鉆錐，鉆刃為十字形，底刃不完全垂直。為保證鉆頭有足夠的沖擊力，通過焊接配重使鉆頭重量更重。鉆頭底刃是鉆頭的關(guān)鍵部位，它直接影響鉆進(jìn)速度和成孔的質(zhì)量，刃角受沖壓力比較大，所以材料要選擇鋼性、韌性比較好的鋼材，選用鋼軌的頂面做刃角，用風(fēng)割切下鋼軌頂面板，然后再切割成要求長度的小塊，立焊在鉆頭底部。鉆頭的四個(gè)角(即翼緣底角)在鉆進(jìn)巖石層時(shí)會(huì)磨損很大，在巖層中鉆頭外徑越來越小，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的孔徑，而又無法再擴(kuò)孔，所以對(duì)這個(gè)部位用耐磨焊條進(jìn)行包焊，確保成孔質(zhì)量。

2.2 埋設(shè)護(hù)筒

樁基護(hù)筒為φ3.3 m鋼護(hù)筒，壁厚2.5 cm，采用V360大噸位振動(dòng)錘振入。由于主墩水深且水流湍急，下護(hù)筒時(shí)在水流的沖擊下，護(hù)筒最大傾斜可以達(dá)到3%，護(hù)筒的垂直度難以控制，大型振動(dòng)錘擊振力大，易使護(hù)筒腳變形、卷邊。因此在護(hù)筒埋設(shè)時(shí)采取了如下措施保證工程質(zhì)量:

1)鋼護(hù)筒下沉?xí)r為防止護(hù)筒因水流力作用發(fā)生偏位，采用大剛度導(dǎo)向架來定位。根據(jù)鋼護(hù)筒的長度、重量以及水流力作用，設(shè)計(jì)采用型鋼焊接一個(gè)高8 m、內(nèi)徑為3.45 m的導(dǎo)向架，以此保證護(hù)筒下沉?xí)r的垂直度。2)采用大噸位振動(dòng)錘保證入土深度。下護(hù)筒采用75 t龍門吊、165 t浮吊等大型吊裝設(shè)備，護(hù)筒振入采用V360振動(dòng)錘，選擇合適的轉(zhuǎn)速盡量振深護(hù)筒。3)為了防止護(hù)筒在振入過程中變形、卷邊等，底部0 m～2.45 m采用2.5 cm A3鋼板格狀加勁的方式加強(qiáng)處理，加勁格狀鋼板數(shù)量多、沿護(hù)筒周邊均勻布置，格狀鋼板在現(xiàn)場(chǎng)由人工調(diào)成圓弧形狀。4)通過在上游用卷揚(yáng)機(jī)拉動(dòng)護(hù)筒來調(diào)節(jié)垂直度。

通過采取以上措施，護(hù)筒下放過程中所有樁基護(hù)筒腳均沒有出現(xiàn)變形，成功地保證了樁基護(hù)筒的中心位置偏差在5.0 cm以內(nèi)，垂直度偏差在0.5%以內(nèi)，為樁基施工的順利進(jìn)行提供了良好的保障。

2.3 鉆孔

護(hù)筒埋設(shè)好后，鉆機(jī)就位就進(jìn)行開孔，開孔對(duì)于成孔很關(guān)鍵。具體做法是:首先向孔內(nèi)灌注稠泥漿，由于上層為淤泥層，開鉆時(shí)必須采用低速小沖程鉆進(jìn)，并按1∶1比例投入粘土和小片石，用沖擊錐反復(fù)沖擊，使泥膏、片石擠入孔壁，保證孔壁堅(jiān)實(shí)不塌不漏。開始時(shí)，泥漿不可循環(huán)，邊開孔邊孔內(nèi)造漿，當(dāng)泥漿很濃時(shí)加少量水繼續(xù)沖孔，等鉆進(jìn)尺寸達(dá)1 m左右時(shí)方可進(jìn)行泥漿循環(huán)。開孔正常后，適當(dāng)提高速度加大沖程，鉆入巖層后，沖、鉆機(jī)轉(zhuǎn)換，在165 t浮吊或75 t龍門吊配合下，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程僅需要1 d，因此，轉(zhuǎn)換過程不影響樁基施工，相反總體上加快了樁基施工進(jìn)度。實(shí)際施工時(shí)，可根據(jù)泥漿指標(biāo)及渣樣，結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)提早或者推遲轉(zhuǎn)換時(shí)間。但是鉆進(jìn)過程中必須注意如下問題:

1)泥漿比重:泥漿在鉆孔中的作用是在孔內(nèi)產(chǎn)生較大的靜水壓力，防止坍孔;在鉆進(jìn)過程中在孔壁表面形成一層膠泥具有護(hù)壁作用;另外能穩(wěn)定孔內(nèi)水位并通過泥漿循環(huán)把鉆渣排出孔外。可見在鉆進(jìn)過程中泥漿比重是影響鉆進(jìn)速度的關(guān)鍵，通過施工總結(jié)我們認(rèn)為鉆進(jìn)中泥漿比重控制在1.35～1.45比較適宜(因泥漿中含有鉆渣，故泥漿比重偏高)，泥漿比重和粘度不能滿足要求時(shí)，可按常規(guī)制備泥漿，如不能及時(shí)造漿可投入一定量的水泥，一般可參照4 kg/m3泥漿，這樣在短期內(nèi)會(huì)有效。其缺點(diǎn)是比重加大，粘度不足，不能使大粒徑渣子及時(shí)排出，只是對(duì)小顆粒鉆渣或砂礫有效，由于我們使用反循環(huán)鉆機(jī)，也可以克服這個(gè)缺點(diǎn)。

2)在通過漂石層時(shí)，應(yīng)先投入粘土，小片石，將表面墊平，再用下字形鉆錐進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)，防止發(fā)生坍孔、斜孔事故。

3)要均勻的放松鋼絲繩的長度，如松繩過少，形成“打空錘”，使鉆機(jī)、鉆架及鋼絲繩受到過大的意外荷載，遭受損壞。松繩過多，則會(huì)減少?zèng)_程，降低鉆進(jìn)速度，嚴(yán)重時(shí)使鋼絲繩糾纏發(fā)生事故。

4)任何情況下，最大沖程不得超過64 m，防止卡鉆，沖壞孔壁或使孔壁不圓，為正確提升鉆錐的沖程，應(yīng)在鋼絲繩上油漆長度標(biāo)志。

5)檢孔:鉆進(jìn)中必須用檢孔器檢孔。檢孔器用鋼筋籠做成，其外徑等于設(shè)計(jì)孔徑，長度等于孔徑的4倍～6倍，每次更換鉆錐前，都必須檢孔。當(dāng)檢孔器不能沉到原來鉆達(dá)到的深度，或大繩(拉緊時(shí))的位置偏移護(hù)筒中心時(shí)，應(yīng)考慮可能發(fā)生了彎孔、斜孔或縮孔等情況。不得用鉆錐修孔，以防卡鉆。

6)鉆孔安全要求:沖擊錐起吊應(yīng)平衡，防止沖撞護(hù)筒和孔壁，進(jìn)出口時(shí)，嚴(yán)禁孔口附近站人，防止發(fā)生鉆錐撞擊人身事故，因故停鉆時(shí)，孔口應(yīng)加蓋保護(hù)，嚴(yán)禁鉆錐留在孔內(nèi)，以防埋鉆。

3 結(jié)語

西江特大橋樁基施工于2008年10月20日開鉆，2009年1月試鉆成功后大面積展開施工，2009年6月中旬全部完成，經(jīng)過檢測(cè)，全部為A類樁。通過施工中的實(shí)踐總結(jié)，形成了巖溶發(fā)育地區(qū)厚易塌覆蓋層深水超大直徑嵌巖樁樁基施工成套施工工藝。有效克服了深水大直徑嵌巖樁樁基施工難題;有效保證了樁基成孔的質(zhì)量和施工進(jìn)度;為按時(shí)完工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]趙香為.淺談嵌巖樁在工程中的應(yīng)用[J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2009，19(23):189-190.

[2]彭建嵐.淺析公路橋梁樁基嵌巖樁的施工[J］.中國水運(yùn)，2010，10(7):191-192.

[3]程 俊.淺談大孔徑嵌巖樁的施工[J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008(5):59.