中朝鴨綠江公路大橋主塔樁基施工工藝

陳 宇

(1.遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院;2.中朝鴨綠江界河大橋項目指揮部)

1 工程概況

1.1 工程簡介

中朝鴨綠江界河公路大橋位于丹東新城區(qū)國門灣，橋梁全長3 030.4 m，全寬28.5 m;其中主橋為86 +229 +636 +229 +86 =1 266 m 的H 型雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。主塔位于水中，塔高197.1 m(包括2.5 m 塔座)，承臺為六角圓端形，尺寸為69.481 ×23.4 ×6.0 m。主塔樁基采用40 根φ2.5 m 鉆孔灌注樁，樁長為39.2 m，頂部設(shè)置15.0 m 長鋼護筒，采用C30水下混凝土，順橋向和橫橋向樁距均為6.2 m;設(shè)計采用嵌巖樁，要求樁端進入中風(fēng)化巖層有效深度不小于8.0 m。

1.2 地形、地貌、地質(zhì)

大橋橋位附近地貌以淺切割剝蝕渾園狀微丘臺地和剝蝕平原地貌為主。橋位處鴨綠江河床較窄，兩側(cè)基本無灘涂，沿河發(fā)育多為一級階地。通過對橋位區(qū)地質(zhì)勘察，該橋揭露的地層主要為第四系沖洪積素填土(種植土)、粉質(zhì)粘土、粉砂、細砂、中砂、卵石、安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r、砂巖等。

2 測量控制

樁基施工測量工作主要包括鋼護筒的定位測量和鉆孔施工測量兩部分。鋼護筒定位采用GPS 靜態(tài)測量技術(shù)布設(shè)控制點，結(jié)合全站儀、經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀進行平面和高程控制，保證鋼護筒的平面位置偏差小于5 cm，垂直度偏差小于1%，護筒頂面高程與設(shè)計高程一致。鉆孔樁的施工測量主要包括鉆機的定位，孔底高程及成孔傾斜度的測定，封孔測量等。

3 鋼護筒施工

主塔鋼護筒共40 根，鋼護筒底標(biāo)高為－14.6 m，頂標(biāo)高為+6. 7 m，每根鋼護筒長21. 3 m。鋼護筒鋼板材質(zhì)為Q235C，護筒內(nèi)徑為2.8 m，厚24 mm，單根重36.6 t。鋼護筒在臨時施工平臺上進行施打，在施工平臺的上下游各布置1臺70 t 桅桿吊，桅桿吊不能覆蓋到的區(qū)域采用200 t 浮吊進行輔助作業(yè)，安放導(dǎo)向架后利用DZJ240 振動錘進行護筒施沉。

4 鉆孔灌注樁成孔

4.1 鉆機選型

主塔墩樁基樁徑大、巖層強度高，成孔難度大，為保證成孔要求，選擇大扭矩回旋鉆機，采用氣舉反循環(huán)工藝進行施工。根據(jù)施工總進度要求，共布置8 臺回旋鉆機同時進行施工，鉆機性能參數(shù)見表1，鉆機配套機具見表2。

表1 鉆機主要性能參數(shù)

表2 鉆機主要配套設(shè)備機具

4.2 鉆孔樁施工工藝流程

主塔墩基礎(chǔ)采用40 根φ2.5 m 的鉆孔灌注樁，行列式布置，樁長為39.2 m，鉆孔樁施工工藝流程見圖1。

圖1 鉆孔樁施工工藝流程圖

4.3 鉆孔施工順序

根據(jù)設(shè)計要求和基于鉆孔安全考慮，嚴格遵循相鄰兩根樁基不得同時成孔或灌注混凝土的原則，在相鄰樁位灌注混凝土后，強度達到5 MPa 以上才能繼續(xù)開孔，避免擾動孔壁，發(fā)生串孔。同時考慮到桅桿吊和浮吊作業(yè)半徑，共計采用五個輪次完成了樁基的鉆孔和灌注。

4.4 泥漿制備與循環(huán)

護壁泥漿在鉆孔中非常重要，尤其是對本工程大直徑深孔、土層造漿性能較差的情況下，泥漿控制就更加重要。在正式開鉆之前，選用優(yōu)質(zhì)鈣基膨潤土和不同比例的水、膨潤土、堿等進行了試配和驗證，選擇各項指標(biāo)最優(yōu)的泥漿配合比。

泥漿循環(huán)系統(tǒng)主要由造漿池、存漿池、泥漿凈化器及沉渣池組成。

單臺鉆機現(xiàn)場配備1 個泥漿箱作為造漿池，存漿池利用附近的鋼護筒代替，每個護筒容量約50 m3。泥漿經(jīng)泥漿凈化器處理后，使直徑在0.074 mm 以上的土顆粒分離出來，處理后的泥漿通過泥漿管泵流入鉆孔樁鋼護筒內(nèi)進行循環(huán)，詳見圖2。

圖2 泥漿制備循環(huán)系統(tǒng)示意圖

4.5 鉆機安裝、調(diào)試

鉆機進場后，先依照輔助定位點通過桅桿吊安裝鉆機底座，底座經(jīng)檢查滿足要求后，將鉆機與施工平臺進行焊接固定，保證鉆機在鉆進過程中不產(chǎn)生移動，再立鉆架并調(diào)整和安設(shè)起吊系統(tǒng)，利用桅桿吊將鉆頭、風(fēng)包鉆桿及配重拼裝在一起，在鉆機就位后使鉆塔傾斜或移動上層底盤，將所需組件吊入孔內(nèi)固定。檢查鉆桿，清洗密封圈，并接長鉆桿，同時通過觀察鉆桿中心與鋼護筒中心是否重合來進行校核鉆機安裝位置。

4.6 鉆進成孔

(1)護筒內(nèi)鉆進階段。在護筒底口2 m 以上，屬于護筒內(nèi)鉆進階段，護筒內(nèi)以砂層及中密卵石層為主。開始用刮刀式鉆頭，當(dāng)鉆入密實卵石層，刮刀鉆頭效率低時，換成牙輪鉆頭。

(2)護筒外鉆進階段。在護筒底口2 m 附近開始，鉆進采用反循環(huán)減壓慢速鉆進，待泥漿形成穩(wěn)定孔壁，鉆頭出護筒3 m 后恢復(fù)正常鉆進。

(3)第一次清孔階段。當(dāng)鉆深達到設(shè)計標(biāo)高后，將鉆頭提離孔底30 ～50 cm 連續(xù)清孔2 ～3 h，緩慢旋轉(zhuǎn)鉆具，補充優(yōu)質(zhì)泥漿，進行反循環(huán)清孔保證泥漿質(zhì)量，當(dāng)樁底沉渣厚度不大于5 cm，同時泥漿的性能指標(biāo)達到要求時，向孔底泵入10 m 深新造泥漿后，拆鉆桿、移鉆機，進行成樁作業(yè)。

4.7 檢孔

成孔后對成孔質(zhì)量進行檢測，滿足平面位置±5 cm，孔徑不小于2.5 m，傾斜度不大于1%。孔的平面位置用全站儀檢測，孔深用測繩檢測，孔徑及傾斜度用檢孔儀檢測。

5 鋼筋籠制作和下放

主墩樁基鋼筋籠主筋為HRB400φ36，樁基鋼筋籠全長41.7 m，重約42.2 t。鋼筋籠采取在后場鋼筋加工場內(nèi)分節(jié)制作，通過車輛運輸至施工平臺處，用桅桿吊分段吊入樁孔接長下放、就位。所有主筋均采用連接套筒進行接長，下放時采取有效措施保證鋼筋籠的豎直和保護層。

6 混凝土澆注施工

主塔樁基設(shè)計為C30水下混凝土，每根樁混凝土方量為192.3 m3，考慮擴孔系數(shù)等因素，每根樁混凝土按217 m3混凝土準(zhǔn)備。采用普通硅酸鹽水泥，經(jīng)過試配，混凝土性能滿足初凝時間15 h 以上、7 d 強度達到28 d 強度的80%以上，現(xiàn)場灌注時混凝土拌和時間150 s，坍落度控制在18 ～22 cm。

鋼筋籠下放到位并固定后，立即下放導(dǎo)管，導(dǎo)管采用φ325 ×10 mm 無縫鋼管制成，接頭為快速螺紋接頭。導(dǎo)管安裝到位后，進行二次清孔，二次清孔采用導(dǎo)管內(nèi)下風(fēng)管反循環(huán)清孔，二次清孔后靜置一段時間再進行沉渣厚度檢測，當(dāng)孔底沉渣厚度且泥漿指標(biāo)滿足清孔要求后，立即進行水下混凝土灌注。首批混凝土澆注量為9.0 m3，采用拔塞法進行首批混凝土的灌注。首批混凝土灌注成功后，混凝土經(jīng)泵送，不斷地通過大集料斗、小料斗及導(dǎo)管灌注至水下，直至完成整根樁的澆筑。當(dāng)混凝土灌注臨近結(jié)束時，核對混凝土的灌入數(shù)量，以確定所測混凝土的高度是否準(zhǔn)確，當(dāng)確定混凝土的頂面標(biāo)高到位后，停止灌注，及時拆除導(dǎo)管。

7 結(jié) 語

中朝鴨綠江界河公路大橋主塔采用回旋鉆機、氣舉反循環(huán)工藝，歷時三個半月，順利完成了40 根主塔樁基的灌注。依靠完善的施工工藝和精心的施工組織，主塔樁基的施工質(zhì)量優(yōu)異，經(jīng)檢測，樁基合格率100%。同時證明，回旋鉆機在卵石層、灰?guī)r以及砂巖等地質(zhì)條件下均有很好的適用性。

［1］公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 041 －2000)［S］.

［2］遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院，中朝鴨綠江界河公路大橋施工圖設(shè)計［Z］.2011.

［3］交通部第一公路總公司.公路施工手冊·橋涵［M］. 北京:人民交通出版社，2000.