大直徑鋼管復(fù)合樁施工技術(shù)及成樁檢測(cè)

王文銘

（海南省交通工程建設(shè)局，海南 海口 570208）

大直徑鋼管復(fù)合樁施工技術(shù)及成樁檢測(cè)

王文銘

（海南省交通工程建設(shè)局，海南 海口 570208）

某跨海大橋主體結(jié)構(gòu)為2×230 m雙索面獨(dú)塔斜拉橋，采用鋼管復(fù)合樁群樁基礎(chǔ)，單樁為直徑4.3 m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。現(xiàn)著重介紹其大直徑鋼管復(fù)合樁施工技術(shù)，以及成樁后的樁身完整性檢測(cè)，以期為同類型工程提供參考和借鑒。

鋼管復(fù)合樁；大直徑樁基；鉆孔灌注樁；橋梁施工

1 工程概況

某跨海大橋主體結(jié)構(gòu)為2×230 m雙索面獨(dú)塔斜拉橋，橋面寬32 m，主塔為A型結(jié)構(gòu)，高158 m，基礎(chǔ)采用分離式承臺(tái)，承臺(tái)尺寸為 34.2 m× 34.2 m×7.0 m，每個(gè)承臺(tái)設(shè)置16根變截面鋼管復(fù)合樁，樁徑4.0～4.3 m，樁長29～38 m，如圖1所示，按嵌巖樁設(shè)計(jì)，采用鉆孔灌注法施工。

圖1 主墩基礎(chǔ)平立面布置圖

地質(zhì)情況：主墩所在區(qū)為古東寨河?xùn)|岸漫灘階地貌，海底地形總體平緩，水深5.53～6.58 m,海床面高程約為-4.0 m～-5.3 m，處第四系覆蓋層，厚度7.7～16.3 m。地層從上而下分別為：全新統(tǒng)海積淤泥、粉細(xì)砂或粘土混砂層；中更新統(tǒng)礫砂或含礫粘土層構(gòu)成；下伏基巖為二疊-三疊系花崗巖，基巖面略向西傾，南北向總體平緩。墩位區(qū)基巖主要由花崗巖構(gòu)成，具細(xì)粒或斑狀結(jié)構(gòu)，受淺變質(zhì)作用而具片麻狀構(gòu)造，風(fēng)化層厚度小，微風(fēng)化巖體巖石新鮮，其巖質(zhì)屬硬-堅(jiān)硬巖類，強(qiáng)度高，巖心飽和抗壓強(qiáng)度平均值為82 MPa（見圖2）。

圖2 主墩地質(zhì)圖

2 鋼護(hù)筒施工

打樁船另外配設(shè)2臺(tái)YZ300高頻液壓振動(dòng)錘以聯(lián)動(dòng)共振的方式，對(duì)D4.3 m復(fù)合樁鋼管按照由內(nèi)海側(cè)往外海側(cè)方向逐排整根一次性沉樁。在鋼護(hù)筒沉放過程中，頂標(biāo)高現(xiàn)場應(yīng)控制在5.3 m± 0.1 m范圍內(nèi)，平面偏位控制在50 mm以內(nèi)，垂直度控制在1/200以內(nèi)。

鋼護(hù)筒沉放共分為以下六個(gè)步驟進(jìn)行：

步驟一：打樁船大臂前傾，下放主鉤和副鉤1#兩點(diǎn)平行起吊鋼護(hù)筒。

步驟二：主鉤提升，副鉤1#下降，慢慢將鋼護(hù)筒翻身。

步驟三：

（1）鋼護(hù)筒提升至豎直狀態(tài)后，樁架后抬，直至鋼護(hù)筒進(jìn)入導(dǎo)向架龍口；

更重要的是，人工智能擁有獨(dú)特的非人能力，這使得人工智能和人類工作者之間的區(qū)別不僅僅是程度上的差異。人工智能所具有的兩種特別重要的非人能力是連通性和可更新性。

（2）后打樁船鉸錨通過GPS就位，將鋼護(hù)筒對(duì)準(zhǔn)樁位。

步驟四：

（1）放松主鉤，鋼護(hù)筒順導(dǎo)向架龍口插入泥面以下，直至穩(wěn)定；

（2）解除主鉤，副鉤2吊裝振動(dòng)錘下放，并夾緊護(hù)筒。

步驟五：啟動(dòng)振動(dòng)錘沉設(shè)鋼護(hù)筒。當(dāng)鋼護(hù)筒振沉至一定深度，鋼護(hù)筒頂口接近導(dǎo)向架時(shí)，暫停施振。

步驟六：檢查并調(diào)整振動(dòng)錘方向，后啟動(dòng)振動(dòng)錘，沿導(dǎo)向架對(duì)角進(jìn)入上層龍口，繼續(xù)振沉鋼護(hù)筒至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

圖3為鋼護(hù)筒沉放示意圖。

圖3 鋼護(hù)筒沉放示意圖

3 鉆孔灌注樁施工

圖4 鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 鉆孔順序

鉆孔施工平臺(tái)由起始平臺(tái)、通道、護(hù)筒區(qū)平臺(tái)等組成，如圖5所示。

圖5 鉆孔順序示意圖

左右幅5臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔順序的編制原則為：（1）不得鄰孔開鉆；（2）鉆機(jī)移位最短。經(jīng)優(yōu)化后左右幅承臺(tái)樁基鉆孔順序如表1所列。

表1 主墩鉆孔順序表

3.1 鉆機(jī)選型

主墩鉆孔平臺(tái)頂標(biāo)高為+5.00，左幅樁底標(biāo)高-41.00，右幅樁底標(biāo)高-32.00，從平臺(tái)頂至孔底深度左幅為46 m，右幅為37 m，對(duì)鉆機(jī)的扭矩和鉆桿質(zhì)量要求很高。根據(jù)鉆孔深度選擇不同功率鉆機(jī)，對(duì)左幅投入2臺(tái)ZJD-5000型鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，對(duì)右幅投入3臺(tái)ZJD-4000型鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工。預(yù)計(jì)工期6個(gè)月，實(shí)際5個(gè)月完成全部鉆孔。圖4為鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

3.3 泥漿制備及泥漿循環(huán)

鉆孔護(hù)壁泥漿采用膨潤土造漿。根據(jù)施鉆地層的特點(diǎn)，在鉆孔施工過程中，為防止發(fā)生流砂及軟流塑地層擴(kuò)孔、塌孔等現(xiàn)象，保持孔壁穩(wěn)定，使用不分散、低固相、高黏度泥漿進(jìn)行護(hù)壁[1]。為保證鉆孔樁成孔施工的順利進(jìn)行，泥漿在正式開鉆之前進(jìn)行配比試驗(yàn)，選擇泥漿各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)的配合比，如表2所列。

當(dāng)鉆孔樁鉆進(jìn)進(jìn)尺標(biāo)高接近鋼護(hù)筒底標(biāo)高以上2 m時(shí)，采取造漿護(hù)壁漿液循環(huán)工藝鉆進(jìn)施工，泥漿循環(huán)系統(tǒng)利用鉆機(jī)配套的泥漿循環(huán)箱、過濾箱、除砂器形成，整體構(gòu)成如圖6所示。

表2 泥漿理論配合比一覽表

圖6 泥漿循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.4 鉆機(jī)安裝及鉆進(jìn)成孔

成孔分為三個(gè)階段：護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)、土層內(nèi)鉆進(jìn)和調(diào)漿清孔[2]。鉆進(jìn)時(shí)在護(hù)筒內(nèi)由于有鋼護(hù)筒護(hù)壁，可高速鉆進(jìn)，以保證施工進(jìn)度。在臨近護(hù)筒底口時(shí)，應(yīng)注意適當(dāng)減緩鉆進(jìn)速度，形成穩(wěn)定孔壁，防止漏漿串孔等情況出現(xiàn)，待鉆出護(hù)筒口2～3 m后方可恢復(fù)正常鉆進(jìn)速度。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)每遇土層巖層發(fā)生變化時(shí)立即提取渣樣，在未發(fā)生變化情況下，每2 m取一次渣樣，渣樣應(yīng)標(biāo)明日期、時(shí)間及取出深度，并存放于專用的的渣樣帶、渣樣盒中。泥漿的性能指標(biāo)見表3所列。

表3 泥漿的性能指標(biāo)表

4 鉆機(jī)施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

4.1 砂土中鉆進(jìn)

主墩覆蓋層為粉細(xì)沙、淤泥質(zhì)粘土、礫砂、卵石土,鉆頭擬采用的改進(jìn)型刮刀鉆頭，其鉆頭四周外壁均勻布設(shè)長為15～20 cm的鋼絲刷。開鉆時(shí)鉆頭反循環(huán)空轉(zhuǎn)，啟動(dòng)泥漿循環(huán)系統(tǒng)，調(diào)整孔內(nèi)泥漿。當(dāng)孔內(nèi)泥漿指標(biāo)符合要求后，采用反循環(huán)減壓鉆進(jìn)。在鉆孔過程中，及時(shí)調(diào)整護(hù)壁泥漿指標(biāo)和鉆進(jìn)速度。同時(shí)注意向鋼護(hù)筒內(nèi)補(bǔ)充泥漿，確保泥漿面比海水面高出1～1.5 m，密切注意泥漿指標(biāo)的變化情況。當(dāng)泥漿指標(biāo)超出規(guī)定范圍，及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)后，方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

另外，在鉆進(jìn)孔深接近鋼護(hù)筒底口時(shí)，需要備有一定量的碎石、粘土等堵漏材料，以防發(fā)生穿孔。

4.2 基巖中鉆進(jìn)

主墩基巖層為中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖，巖質(zhì)較硬。在進(jìn)入巖層時(shí)，利用滾刀鉆頭大氣量、低壓慢轉(zhuǎn)，慢速鉆進(jìn)，磨平巖面，防止鉆頭沿巖石面滑動(dòng)，確保孔壁的垂直度。在通過巖層一倍樁徑后，鉆壓可控制在20 t左右，進(jìn)尺控制在3～5 cm/h以內(nèi)。對(duì)于地層呈散體狀，厚薄不均，局部呈碎石狀地段，首先加強(qiáng)對(duì)泥漿性能的控制，另外，在鉆進(jìn)過程中，加強(qiáng)局部掃孔，以此避免因進(jìn)尺不均而造成的孔壁不規(guī)則。對(duì)于地層裂隙較發(fā)育，地層強(qiáng)度差異大，且分布厚薄不均的地段，容易出現(xiàn)斜孔、臺(tái)階孔，鉆進(jìn)以防斜為重點(diǎn)，同時(shí)加大掃孔頻度。由于部分樁基要穿越裂隙性破碎帶，鉆孔時(shí)要加強(qiáng)觀測(cè)、控制鉆進(jìn)速度、減壓鉆進(jìn)，保持孔內(nèi)水頭和泥漿性能，防止出現(xiàn)泥漿滲漏和塌孔。

4.3 鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題

（1）護(hù)筒內(nèi)泥漿水頭必須高于孔外海面高潮位1～2 m。

（2）升降鉆具要平穩(wěn)，尤其當(dāng)鉆頭處于護(hù)筒底口時(shí)，應(yīng)防止鉆頭勾掛護(hù)筒。

（3）分階段、定期檢測(cè)泥漿的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，以保證泥漿的質(zhì)量及進(jìn)尺速度。

（4）接鉆桿時(shí)，必須先將鉆頭提離孔底10 cm左右，清渣10 min再停泵接鉆桿，防止堵孔，鉆桿連接緊密防止漏氣。

（5）鉆孔過程應(yīng)連續(xù)操作，中途不得長時(shí)間停止作業(yè)。

（6）若中途處理故障移開鉆機(jī)，當(dāng)其重新就位時(shí)，應(yīng)與第一次就位位置重合，防止出現(xiàn)臺(tái)階。

5 樁身完整性檢測(cè)

主墩樁基澆筑完成后，根據(jù)海工混凝土的性能要求，達(dá)到28 d強(qiáng)度可進(jìn)行超聲波無損檢測(cè)，每根樁均按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行超聲波無損檢測(cè)。鋼筋籠內(nèi)側(cè)沿圓周布置4根，鋼筋籠層間沿圓周布置4根，兩層聲測(cè)管錯(cuò)開45°角布置，如圖7所示。樁基檢測(cè)前，先用水對(duì)聲測(cè)管進(jìn)行灌水檢查，若有淤塞，進(jìn)行不斷沖洗，直至聲測(cè)管孔底。

圖7 聲測(cè)管布置示意圖

6 結(jié)語

本文以某跨海大橋鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的施工為背景，結(jié)合該工程樁徑大、樁孔深，地層復(fù)雜的特點(diǎn)，闡述了大直徑群樁基礎(chǔ)的施工過程及成樁檢測(cè)方法。通過選擇合適的鉆孔工具及正確的施工工藝，保證了樁基的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。其成果可為同類型的工程提供一定的施工借鑒。

[1]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]張志華.φ3400 mm大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2011，42（3）：211-214.

U443.15+9

B

1009-7716（2017）08-0148-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.045

2017-04-21

王文銘（1984-），男，海南澄邁人，工程師，從事公路工程建設(shè)管理工作。