福州新建洪山大橋主墩樁基礎施工方案及質量控制措施

■陳珍玉

（福建路信交通建設監理有限公司，福州 350000）

1 工程概況

新建洪山大橋設計起點K0+041.3，左幅終點K0+513.8，右幅設計終點K0+510.8，左、右幅橋梁長分別為472.5m 和 469.5m，孔徑布置為（2×32.5）+（72+132+72）+（45+2×40）m，分雙幅布置。 其中，主橋孔跨（72+132+72）m采用預應力混凝土空腹式連續梁，下部結構采用板式墩，群樁基礎。水中主墩3號、4號墩左右幅各有16根直徑2.2m鉆孔灌注樁，樁基為嵌巖樁，嵌入中風化花崗巖1.5倍樁徑，樁長45m～64m間，花崗巖巖層飽和狀態下抗壓強度為 11.7MPa～103.6MPa，超過 60MPa的占總數的61%。其橋型布置圖、主墩鉆孔灌注樁平面布置圖，詳見圖1和圖2。橋梁設計荷載為城—A級，抗震為8度。

圖1 洪山大橋橋型布置圖（單位：cm）

圖2 洪山大橋主墩鉆孔灌注樁平面布置圖（單位：cm）

2 水文地質條件

本工程跨越閩江北港，河道窄深，源短流急，平均約3年就要發生一次超2萬m3每秒的較大洪水，洪水就暴雨成因主要有梅雨型和臺風雨型兩種，為內河Ⅳ級通航河道。300年一遇洪水位+10.499m，10年一遇洪水期標高+9.0m，流速1.5m/s，設計最高通航水位+8.08m，通航凈高≥8m，側高5m，單孔雙向通航凈寬＞120m，上底寬108m。潮型為正規半日潮，平均潮差大于 4 m。閩江多年平均高潮位+5.14m，多年平均低潮位+0.99m；最大漲潮流速1.1m/s，最大落潮流速1.19m/s；泥面標高：-3.76m。

擬建場地自下而上依次為填筑土（Q4ml）、淤泥質黏土、粉質黏土、細砂、粉質黏土（Qel+dl）、全風化花崗斑巖、砂土狀強風化花崗斑巖、碎塊狀強風化花崗斑巖、中風化花崗斑巖（地基承載力特征值取fak=1500kPa）。

3 施工平臺設計方案

3.1 設計思路

東、西兩側便橋均不考慮通航要求，因洪山橋跨越閩江，兩側是河堤，且河底與岸側有高差，河堤邊考慮型鋼結構作為過渡。

3.2 便橋及鉆孔鋼平臺使用功能要求

便橋及鉆孔鋼平臺承載力應滿足表1中設計參數要求；便橋及鉆孔鋼平臺跨度、平面位置及高程滿足通航等要求。

3.3 鋼便橋及鉆孔平臺布置與結構形式

便橋及鉆孔平臺結構層自下而上分別為Φ800×10mm鋼管樁→雙層Φ426×8mm平聯管/2[20斜撐→主橫梁2工40a→主縱梁321型貝雷片→縱向工22a分配梁→橫向工12.6分配梁→8mm面板花紋鋼板→防護結構。

表1 設計參數表

經驗算，驗算包括單樁平均承載力計算、主縱梁鋼貝雷抗彎拉應力計算、橫向分配梁、鋼管樁強度和穩定性結構安全驗算及便橋與平臺過渡連接處構造安全等，均滿足要求。

以西側便橋及4#墩平臺為例，其結構布置如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 西岸右側便橋及4#主墩鉆孔平臺平面布置示意圖（單位：mm）

圖4 右幅4墩鉆孔平臺橫橋向剖面結構圖（單位：mm）

圖5 右幅4墩鉆孔平臺縱橋向剖面結構圖（單位：mm）

3.4 施工順序

本工程采用搭設便橋及鉆孔平臺作為后續工序施工的作業平臺，總體施工順序：先施工東、西兩側主便橋，再施工支便橋和主墩鉆孔平臺。東西兩側便橋、鉆孔平臺同時組織施工。

便橋和鉆孔平臺從基礎向上部結構施工順序為：鋼管樁/擴大基礎施工→平聯管施工→下橫梁施工→貝雷梁施工→縱橫向分配梁施工→面板施工→附屬設施施工。

4 樁基施工及質量控制

4.1 鋼護筒埋設

洪山大橋主墩3、4#墩鋼護筒采用外徑Φ2.5m，壁厚14mm，護筒長24m，Q235鋼板卷制，護筒頂底口50cm范圍內增設一道12mm厚的樁尖加強環，采用80t履帶吊結合定位架及DZJ180振動錘下沉到位，埋置深度為10m，頂面與鉆孔平臺持平。護筒埋設中心偏位不大于50mm，豎直傾斜度不大于1/100。

沉放鋼護筒時需通過定位控制樁放樣，先行放出鋼護筒的中心位置，安放護筒導向架，然后履帶吊移動鋼護筒，使鋼護筒中心與導向架中心位置重合。同時用水平尺或垂球檢查，使鋼護筒堅直，再連接振動錘，打開振動錘的夾鉗，使振動錘緩慢落于鋼護筒上，并保證振動錘中心與鋼護筒中心重合，確保施震過程中鋼護筒不跑偏，鉆進過程中，尤其在地層變化鉆進時，需隨時檢查護筒偏位，確保成孔偏位優于規范規定。

4.2 鉆機選型及成孔順序

鑒于該大橋主墩3、4#水中樁基為嵌巖樁，花崗巖巖層飽和狀態下抗壓強度為11.7MPa～103.6MPa，超過60MPa的占總數的61%。因此選用沖擊鉆工作效率高、成孔質量可靠、鉆進工作時對平臺操作空間要求小、自重荷載較小等特點的CK2200型沖擊鉆鉆機。鉆機安裝之前，測量人員根據樁位坐標放出鉆機安裝位置，通過十字交叉法確定落錘中心點，使鉆機起吊鉆錘的最前端滑輪槽中心點（直接起吊鉆錘段鋼絲繩的中心線）的鉛垂線與樁孔中心點重合。在鉆進的過程中對底座四角點不間斷進行水準校核，如發現鉆機有傾斜跡象平整度偏差大于5mm，進行及時的調整保證鉆機鉆錘中心、樁孔中心基本在同一鉛垂線上。

故該大橋主墩3#和4#主墩各設置3臺CK2200沖擊鉆隔孔跳鉆，三個循環完成樁基施工，每個主墩配備1臺泥漿處理器，每臺鉆機配備2臺泥漿泵以及其他配套設施。

4.3 泥漿的制配與循環

本工程鉆孔灌注樁施工采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥漿。制漿材料的膨潤土采用Ⅱ級鈣土，水：淡水，分散劑采用工業碳酸納（Na2CO3）等，絮凝劑采用PHP聚丙烯酰胺絮凝劑，增粘劑：選用中粘度堿性羧甲基纖維素（CMC）。

泥漿配比根據工藝試驗成果確定，配合比見表2：

表2 拌制泥漿配合比（1m3漿液）

根據施工現場的實際情況，鉆孔施工時采用與成孔樁位護筒相鄰一個護筒或泥漿箱通過Φ300mm的螺旋橡膠連通管連接形成泥漿循環系統。正常鉆進過程中相鄰護筒作為沉淀池和儲漿池，反循環清孔時鉆機泥漿管與泥漿凈化器相連，循環泥漿通過凈化器排渣后返回相鄰護筒內。

為保證施工各階段的泥漿性能指標，開鉆施工期間每2h檢測一次，等泥漿性能穩定后每4h檢測一次，并根據鉆進過程中地層變化情況增加檢測頻率。

4.4 鉆進成孔

鉆進過程中隨時注意地層變化，及時撈取渣樣判別，記入記錄表中，并與地質報告對照，渣樣應編號保存，以便分析。有關記錄時間按如下要求進行：①鉆進時間達到2h時需要記錄；②地質變化時需要記錄；③交接班時需要記錄；④鉆頭更換時需要記錄；⑤維修或其他故原因而停鉆時需要記錄；⑥進入巖層后每20cm記錄一次。成孔結束，及時提供一份完整的施工記錄，包括鉆孔記錄、實際的地質柱狀圖、巖樣標本。

4.5 清孔

終孔后，經檢測孔底沉渣厚度滿足設計及規范要求，孔內泥漿指標符合相對密度1.03～1.10；黏度17～20Pa.s；含砂率：＜2%；膠體率：＞98%要求后（循環時間控制在2～4h，循環滿足2個循環以上，具體循環時間根據現場泥漿指標而定），及時停機提錘、移走鉆機，盡快進行孔深、孔徑、傾斜度及孔底沉渣的檢測和驗收。

4.6 鋼筋籠制作安裝

鋼筋籠采取在后場分節同槽長線胎膜法加工制作，采用平板車通過施工棧橋運至施工墩位，在鉆孔完成驗收合格后，用80t履帶吊分節吊入樁孔進行接長和下放。

以洪山大橋主墩右幅4#墩為例：鋼筋籠長度為45.5m，鋼筋籠主筋為12m一節，分節長度為：3×12m+1×9.5m=45.9m（樁基頂口第一節為12m）。由于全橋為嵌巖樁設計，每根鉆孔樁的實際樁長可能會與設計樁長有所不同，導致樁基底口最后一節鋼筋籠可能會加長或縮短。此時樁基鋼筋籠最后一節的分節長度將根據成孔后的標高進行加長或截短調整。

4.7 水下混凝土灌注

水下混凝土澆注是鉆孔灌注樁施工的主要工序，也是影響樁身質量的關鍵。灌注前須仔細測量沉渣，若沉渣厚度超出設計規定值（孔底沉渣厚度應小于5cm）時須進行第二次清孔，二次清孔利用混凝土澆注導管采用氣舉反循環法進行，滿足設計要求后才能灌注水下混凝土。

4.7.1 水下混凝土灌注設備

灌注水下砼導管采用絲扣式無縫鋼導管灌注Φ300×10mm，快速螺紋接頭。底節導管采用9m整長中間無接頭，其他標準節長為3m，另配長度為0.5m、1.0m、2.0m等短導管調節。導管接頭處設2道密封圈，保證接頭的密封性。使用前，應進行水密承壓和接頭抗拉試驗。

根據首批封底混凝土方量的要求，首批封孔混凝土數量按《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）規定第 8.2.11 式進行計算：V≥（πD2/4）（H1+H2）+ （πd2/4）h1=（π×2.32/4）×（1.0+0.40）+（π×0.32/4）×35.3=8.3m3，取 10m3。按照計算，即需加工集料斗容積為10m3，另加工一個1.5m3的小料斗，選用10m3集中大料斗和1.5m3灌注小料斗能夠滿足混凝土澆注的需要。

4.7.2 混凝土澆注設備

混凝土澆注采用商品混凝土，該攪拌站距離橋址處約25m，故配備15輛12m3輸送車進行運輸，采用混凝土拖泵進行灌注。

4.7.3 混凝土配合比設計

樁身混凝土為水中C35水下混凝土，混凝土除滿足強度要求外，還應符合下列要求：

（1）水泥的初凝時間，不宜小于2.5h。

（2）粗骨料優先選用卵石，如采用碎石宜增加混凝土配合比的含砂率。

（3）細骨料宜采用級配良好、質地堅硬、顆粒潔凈且粒徑小于5mm的河砂。

（4）水下混凝土拌合物應具有足夠的流動性和良好的和易性。

（5）灌注時坍落度宜為 180～220mm。

（6）混凝土的配制強度應比設計強度提高10%～20%。

（7） 滿足 《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）第6章節的相關要求。

4.7.4 水下混凝土灌注

主墩單根鉆孔樁的混凝土最大方量243.3m3，預計8h左右澆注完成。混凝土采用商品砼，通過泵車進行泵送，將混凝土輸送至平臺集料大料斗，料斗門放料，經流槽進入小料斗和導管進行灌注。

正常灌注階段導管埋深控制在2～6m，且每7～15min測量一次混凝土面標高，測點為2個，當測點出現較大的高差時，應及時調整導管埋深，同時混凝土在護筒刃腳以下時須保持護筒內泥漿面高于水位2m。當混凝土灌注臨近結束時，核對混凝土的灌入數量，以確定所測混凝土的高度是否準確，當確定混凝土的頂面標高到位后，停止灌注，及時拆除灌注導管。灌注完成時，砼面應高于設計樁頂標高1.0m，以保證樁頭混凝土質量。

4.7.5 成樁質量檢測

本項目橋梁工程采用預先埋設聲測管作為鉆孔灌注樁超聲波無破損法檢測樁基成樁質量，按設計和規范規定達到28d強度以后進行。因每樁必檢，故在下放鋼筋籠過程中，注意對聲測管注入淡水和接頭部位焊接密封，確保聲測管密封。在正式檢測前，提前派專人逐個模板聲測是否有堵漏情況發生，若有，及時采用淡水沖等方法處理。樁基超聲波或取芯檢測完成后，需要對預留孔洞進行壓漿封閉。

5 施工效果評價

該橋于2016年下半年開工建設，目前主墩及基礎已施工完畢，正在進行上部結構梁體施工。該工程按照提出的質量控制措施指導施工，鉆孔灌注樁的樁身連續完整無缺陷，全部是I類樁；樁的傾斜度、軸線偏位、混凝土強度等指標均100%控制在規范允許值范圍內。表明所提出的施工技術及質量控制措施極具針對性，是切實有效的，能為今后同類工程提供借鑒和參考。

[1]劉吉士，陳亞軍.橋梁施工百問[M].北京：人民交通出版社，2009，7.

[3]公路橋涵施工技術規范[M].北京：人民交通出版社，2011，10.

[3]樁基工程手冊》編寫委員會.樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[4]建筑樁基技術規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[5]周國鈞，牛青山.灌注樁設計施工手冊[M].北京：地震出版社，2013.