大橋橋墩灌注樁新工藝

王 飛，吳麗君

(1.江西上饒市交通運輸局;2.江西省現代路橋工程總公司)

1 水文、地質條件

信江大橋10－21 號橋墩均為水中基礎。其中14 號主橋墩共有20 根樁(見圖1)，樁頂標高為－ 8.2 m，樁底標高為44.4 m。河水水深6 m。從上到下地質情況為:2.5 m 厚低塑性粘土，3 m 厚淤質帶土砂，6 m 厚夾砂軟質粘土，2.5 m厚淤質帶土砂，6.5 m 厚低塑性粘土，13 m 厚夾礫石淤質帶土砂，4 m 厚夾礫石粉質粘土，2.5 m 厚礫石層和6 m 厚泥巖和砂巖。橋址區歷年最高水位為+7 84 m，歷年最低水位為－ 0.9 m，多年平均汛期為6 ～10月份。

圖1 橋墩平面平臺

2 施工機具配備

用于17 號橋墩施工的樁機2 臺，1 臺為KP2000 型鉆機，l 臺為GPS－20 型鉆機。鉆頭采用洛陽久九技術開發公司生產0.2 m 的鉆頭刮刀和滾刀鉆頭。由于本工程持力層為砂巖，因此滾刀鉆頭采用12 英寸系列的硬質合金楔齒滾刀。空壓機(20 m3/min)1 臺;50 t 吊車1 臺;500I 駁船1 艘;每臺鉆機配備砂石泵1 臺，泥漿船1 艘，泥漿泵若干。

3 固定工作平臺的設計和施工

3.1 固定工作平臺的設計

18 號橋墩樁施工平臺采用鋼管樁固定工作平臺。18 號橋墩承臺的尺寸為19 m×24 m，考慮以后鋼板樁圍堰施工，確定平臺平面尺寸為21 m×26 m。平臺用26 根Φ325 mm、壁厚10 mm 的鋼管作為支撐。鋼管樁設計長度為32 m，底部進入砂加礫石層。

平面上布置2 臺鉆機，每臺鉆機及其附屬設施約10 t。平臺自重約100t。考慮到其它荷載和影響因素，平臺設計荷載為250 t。鋼管底部用鋼板封閉，計算鋼管的端承力和摩擦力，共約690 t，平臺承載力安全系數為2.76。為增加整體剛度，平臺共設2 層支撐。下層頂面標高為+3 m，上層頂面標高為+5 m。選取荷載的最不利位置，進行平臺單根桿件的穩定性驗算，結果均滿足要求。

鉆機座落于平臺表面鋪設的500 mm 工字鋼上。為減少振動和增加摩擦，在工字鋼上鋪墊20 cm 厚枕木。因此平臺有效工作標高+5.7 m，比有關部門禁止通航的三級警戒水位+5.5 m 高出20 cm。

3.2 固定工作平臺的施工

主要施工機具有50 t 的履帶吊，500 t 的駁船和60 kW的振動錘。工作平臺的鋼管樁施工按照先河中、后河邊，先兩側、后中間的順序進行。為便于施工，鋼管樁的封底設在距底部1/3 處。為確保承載力，如果鋼管樁插打過程中無法達到設計長度，在60 kW 振動錘作用下，鋼管進尺irmn 小于1 cm 作為停止插打的標準。

3.3 樁施工平臺的通道

人員、小型機械和材料將通過棧橋運輸，大型機械和材料通過駁船轉運。棧橋采用雙排鋼板樁支撐，如圖2 所示。

圖2 棧橋立面

4 灌注樁施工技術

4.1 施工流程

樁施工流程為:安裝護筒→配置泥漿→成孔→清孔，下鋼筋籠→下導管→二次清孔→澆注混凝土。樁施工的順序采用跳打法，按照圖l 所示的順序結合現場的實際情況進行施工。

4.2 護筒安裝

護筒采用鋼護筒，直徑2.2 m、壁厚8 mm。最初設計護筒長17 m，穿過首層砂層約3 m。施工過程中，根據現場的實際情況，將護筒增加到23 m，達到第2 層砂層。

護筒設計成8.5 m 和6 m 2 種標準節以便于加工。護筒標準節用法蘭連接。為保證鋼護筒安裝的垂直度和準確性，采用工字鋼導軌法，即在護筒外壁兩邊對稱焊接U 形鋼板;根據樁位，在平臺上下兩層間焊接工字鋼作為護筒導軌。U 形鋼板的開口比焊接在平臺上用來作導軌的工字鋼的翼緣板寬2 cm。安裝護筒時，U 形定位鋼板沿工字鋼導軌下落并被順次拆除。然后用振動錘將護筒打入到設計位置后，拆除導軌。護筒導軌如圖3 所示。

圖3 護筒導軌平立面

4.3 泥漿配置

為保證孔壁的穩定，達到最好的護壁效果，施工中采用人造泥漿和在砂礫石層投放粘土相結合的辦法配置泥漿。泥漿的現場質量控制要求為:密度＜1.2 g/cm3(泥漿比重計);稠度30 ～90 s(Marsh 稠度計);pH 值9.5 ～12(pH 試紙);抗剪強度1.4 ～10 N/m2(剪力計)。對膨潤土的質量要求為:篩余量1%;含水量15%;液限440%;Marsh 稠度比40%;24 h 沉淀量2%;標準析水量18 mL;標準土餅厚度2.5 mm。為保證鉆進中的泥漿護壁功能，在砂層和礫石層鉆進的泥漿密度較上述質量控制要求要高。但是必須嚴格保證清孔時泥漿符合上述要求。合理的泥漿配置是保證成孔質量的重要因素。

4.4 鉆進成孔

在鉆進成孔的初期即上部土層和砂土層采用正循環鉆進，當到達礫石夾土砂層后采用反循環鉆進。

鉆進成7L 時嚴格控制樁孔垂直度，以避免二次擴孔造成樁徑過大;同時在鉆進過程和每次接鉆桿提鉆時仔細觀察成孔情況。在軟粘土層出現縮徑現象和在礫石層出現卡鉆現象時，必須反復掃孔，確保孔徑不小于設計要求。

鉆進成孔時嚴格控制泥漿的稠度。在粘土層和土層鉆進時應當根據泥漿的稠度適當注入清水以降低稠度;在砂層和礫石層適量投入粘土以增加稠度。既要避免糊鉆，叉要避免塌孔。

當在礫石層出現鉆進進尺較慢的時候，可首先用1 m 的小鉆頭鉆進到設計標高，然后用2 m 鉆頭復鉆擴孔。此措施可以提高效率1 倍以上。

鉆進的過程中應當合理控制泥漿的上返速度。上返速度過快，將會沖刷破壞泥皮護壁，造成塌孔;上返速度過慢，將會減弱排渣能力，降低工效。通常鉆稈內流速控制在2 ～3.5 m/s 為宜。

4.5 鋼筋籠的制作和安裝

鋼筋籠采用固定平臺制作，通過十字交叉筋對吊裝主筋進行加固。轉運時，雙吊車起吊或單吊車主鉤副鉤同時起吊，以避免鋼筋籠因為吊裝而變形。主筋必須采用雙人對焊，確保鋼筋籠接長后的垂直度。

4.6 清孔

采用二次清孔工藝。第1 次清孔是在終孔時清孔，在鉆進到設計深度以后，將鉆頭上提20 ～50 cm，維護鉆具正常回轉，泥漿正常循環20 ～30 min。第2 次清孔是在導管安裝完畢后，根據孔底沉渣的多少采用泵吸或者氣舉的方法清孔。孔底沉渣不得超過10 cm 厚。

4.7 混凝土澆注

由于樁身混凝土不具備振搗條件，主要靠混凝土的自重壓密和混凝土的流動成型，所以必須控制好配合比，初灌量、導管埋深和澆注速度等參數以確保混凝土的質量。

(1)配合比本工程按照混凝土圓柱體抗壓強度290 kg/cm2，初凝時間大于8 h，坍落度為18±2 cm 的標準配置。施工配合比為:水:水泥:砂:碎石:外加劑(Pozzolith 減水緩凝劑)= 190 kg:420 kg:756.5 kg:998.1 kg:1.64 L。

(2)初灌量由于樁直徑較大，首批混凝土按照初灌高度2 m 計算應當為6.3 m3。施工時綜合考慮吊車和料斗自身的剛度，決定特制6 m3料斗，以確保初灌后形成混凝土的泥漿隔斷保護層。

(3)澆注速度和埋管深度澆注混凝土的過程中嚴格控制澆注速度和埋管深度。澆注速度通常為3 ～8 m/h，埋管深度嚴格控制在2 ～8 m 之內。每次拔管之前，準確測量已澆注混凝土的表面高度，嚴禁出現將導管底部拔如混凝土的事故。

5 四點建議

(1)護筒采用法蘭連接有利于降低成本，但應當避免其進入河床。

(2)安裝鋼筋籠之前，須用直徑略大、附帶重物的短節鋼筋籠檢查成孔質量。避免在鋼筋籠下放時出現卡籠現象。

(3)泥漿的水頭必須經過計算，不能無限制地提高泥漿對孔壁的側壓力，保持孔壁的側壓平衡。

(4)水中作業程序復雜，應當嚴格管理，科學施工，否則很小的疏漏將造成嚴重的后果。