淺析G353國道塘埠大橋深水樁施工

宜春市公路管理局 / 王寧輝 陳小龍 江西省宜春市公路管理局橋梁工程局 / 涂文勝

1.工程概況

塘埠大橋全橋長6 0 8 m（跨徑為15*40m）、全橋?qū)捴本€段12m（1.75m人行道+8.5m行車道+1.75m人行道),曲線段15m(3.25m人行道+8.5m行車道+3.25m人行道）。樁基礎(chǔ)均為鉆孔灌注嵌巖樁，橋墩深水作業(yè)施工，平均水深28m最深處約33m左右，橋墩施工為固定鋼平臺施工作業(yè)。橋臺為樁柱式橋臺、橋墩為樁基礎(chǔ)柱式墩，橋墩樁基礎(chǔ)直徑2.2米最長達(dá)55.8m，作業(yè)平臺至樁底最深處達(dá)60米以上，樁基礎(chǔ)均為嵌巖樁，巖性為花崗巖，巖體板結(jié)完整。上部結(jié)構(gòu)為40米預(yù)應(yīng)力T梁，全橋共五聯(lián)先簡支后連續(xù)。全橋共設(shè)2道80型、4道160型伸縮縫。塘埠大橋施工鋼棧橋全長555m,橋?qū)?m，馬道15m*9m,施工鋼平臺15m*6m。

塘埠大橋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：（1）設(shè)計(jì)公路等級為：二級公路；（2）設(shè)計(jì)行車速度：60Km/h；（3）設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級；（4）設(shè)計(jì)安全等級：一級；（5）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100；（6）抗震基本烈度：6度；動峰值加速度：0.05g，橋梁抗震設(shè)防類別：B類；橋梁抗震措施設(shè)防烈度為7度。

2.主要施工方法

塘埠大橋橋墩樁基礎(chǔ)施工采用在固定鋼平臺上沖擊式鉆機(jī)成孔，“黑旋風(fēng)”泥漿處理器清孔。

2.1 樁 底深水密封處理

塘埠大橋橋墩樁基礎(chǔ)均為深水作業(yè)，采用固定鋼平臺施工作業(yè)，水下密封采用全護(hù)筒跟進(jìn)嵌入巖層至少3米以上，確保樁基施工時(shí)密封性良好泥漿不泄漏，全橋28根樁基采用該密封方法施工，密封完好率達(dá)到100%。

（1）護(hù)筒施工

在鋼平臺上測量放樣定好樁位，安裝好下護(hù)筒時(shí)的定位導(dǎo)向架保證護(hù)筒下放時(shí)定位準(zhǔn)確，本橋橋墩樁基礎(chǔ)直徑均為2.2米，樁護(hù)筒直徑為2.5米，下護(hù)筒使用90型振動錘錘擊與河床底巖層緊密結(jié)合，護(hù)筒下放過程中保證護(hù)筒不變形，鋼板采用1.4厘米厚卷制成形。

（2）引孔

護(hù)筒下放安裝好后，用直徑2.4米加重錘頭沖擊成孔，沖擊成孔1米后用振動錘錘擊護(hù)筒跟進(jìn)后，再用沖擊錘沖孔依次交替將護(hù)筒跟進(jìn)至泥漿不外泄為止，為確保不漏漿每根樁護(hù)筒嵌入巖層至少3米以上，本橋有幾根樁護(hù)筒嵌入巖層在6米以上才封堵住泥漿外泄的問題。主要是河床底不平整和有的局部巖層風(fēng)化程度不一產(chǎn)生。

2.2 樁 基施工

（1）沖擊成孔

護(hù)筒密封處理完成后，沖擊錘改為直徑2.2米標(biāo)準(zhǔn)加重錘頭進(jìn)行沖擊成孔。

（2）泥漿制配

對于鉆孔過程中泥漿質(zhì)量的控制，建立工地泥漿試驗(yàn)室是至關(guān)重要的，鉆孔過程要有專人24小時(shí)值班定時(shí)負(fù)責(zé)泥漿檢測工作，尤其是同一種地質(zhì)層進(jìn)入到另外一種地質(zhì)層的過程中，需要對泥漿的指標(biāo)進(jìn)行全面的監(jiān)控，保證泥漿的整體系數(shù)，滿足實(shí)際的要求，以確保沖擊時(shí)產(chǎn)生的沉渣易順循環(huán)泥漿排出。

圖1 鋼護(hù)筒定位下放

成孔過程主要測定泥漿的比重、粘度、含砂率、PH值、膠體率等。

大橋?qū)Ｓ眉夹g(shù)規(guī)范要求的泥漿性能指標(biāo)如下：相對密度范圍1.06～1.10，粘度范圍18～28s，含砂率范圍≤4%，膠體率值＞95%，失水率值≤20ml/30min，泥皮厚≤3mm/30min，靜切力1～2.5Pa，PH值9～11。

泥漿配比根據(jù)試驗(yàn)確定：施工過程中平均每條樁鉆孔過程中加入2～3t純堿、1～1.5tCMC或按照不同的地質(zhì)特征，適當(dāng)?shù)膶⑾鄳?yīng)的黏土添加，將不同比重的泥漿制備出來。

而根據(jù)施工現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明：除泥漿膠體率指標(biāo)以外，其他指標(biāo)均能達(dá)到規(guī)范要求。其中成孔過程中相對密度在成孔過程中一般為1.15～1.25之間，粘度17～20s左右，PH值9～11，含砂率根據(jù)情況采用排砂器進(jìn)行控制。而終孔指標(biāo)則要求嚴(yán)格控制相對密度在1.13～1.16之間，相對密度小于1.13則泥漿膠體率很難保證，大于1.16則不利于砼灌注施工；粘度17～20s左右，PH值9～11，含砂率則可控制在0.5%以下更利于砼灌注施工。本橋施工終孔時(shí)含砂率基本控制在0.2%泥漿1.08～1.1之間。

圖2 泥漿比重及粘度現(xiàn)場檢測（1）

圖3 泥漿比重及粘度現(xiàn)場檢測（2）

2.3 清 孔及成孔質(zhì)量檢測

當(dāng)鉆孔累計(jì)進(jìn)尺達(dá)到孔底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，經(jīng)監(jiān)理認(rèn)可同意后采用氣舉法反循環(huán)開始清孔。清孔時(shí)將鉆頭提高20cm，停下風(fēng)機(jī)，停留一段時(shí)間（一般2～3小時(shí)），讓孔內(nèi)鉆渣沉淀到孔底，再開動風(fēng)機(jī)進(jìn)行清孔，啟動“黑旋風(fēng)”泥沙分離處理器和風(fēng)機(jī)配合進(jìn)行清孔至合格，停止清孔約3～4小時(shí)，未清出的沉渣再進(jìn)行二次清孔直至泥漿及含砂率滿足要求為止。

在成孔質(zhì)量檢測的過程中，采用超聲波檢測設(shè)備或者是探孔器設(shè)備，對鉆孔進(jìn)行全面的智能化測距，確保鉆孔的垂直度孔徑以及孔深等各項(xiàng)指標(biāo)滿足實(shí)際的要求，對于超聲波檢測儀來說，它主要的構(gòu)成是主要控制器還有探測儀器，還有計(jì)算機(jī)等內(nèi)容。

圖4 “黑旋風(fēng)”泥砂分離處理（1）

圖5 “黑旋風(fēng)”泥砂分離處理（2）

2.4 鋼 筋籠制作及下放

在鋼筋籠制作的過程中，它主要是采用定位模型制作而成的，它主要是在施工現(xiàn)場進(jìn)行制作，通過橋墩鋼筋籠一次成型之后，分段運(yùn)輸連接。墩鋼筋籠按上述工藝分兩次完成。

在制作的過程中，主要采用直螺紋套筒連接的方式進(jìn)行制作，同時(shí)為了確保鋼筋爐整體的連接度滿足實(shí)際的要求，需要根據(jù)施工現(xiàn)場的空間，采用9米長的鋼筋籠進(jìn)行模具施工，值得注意的是在模具上需要進(jìn)行施工時(shí)，保證每一節(jié)的編號需要對應(yīng)，然后把前幾節(jié)鋼筋籠按節(jié)斷開移走，將尾節(jié)鋼筋籠換到第一節(jié)位置，在胚模上繼續(xù)接長加工剩余部分鋼筋籠，依此往復(fù)直到把整根樁鋼筋籠制作完畢。

當(dāng)模具確定之后，把下料的主鋼筋根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，在模具的第1節(jié)位置上擺放，同時(shí)對鋼筋擺放的位置進(jìn)行固定，并且加上勁箍，接著把上部分主筋擺放固定在加勁箍上并焊接固定。主定位筋注意第一節(jié)鋼筋籠前端要用擋板擋住，使前端平齊。待通長胎架上鋼筋籠主骨架全部成型后松開直螺紋套筒，將各節(jié)鋼筋籠分解吊下胎架至指定位置安裝螺旋箍筋及聲測管。

在鋼筋籠內(nèi)側(cè)將裝機(jī)監(jiān)測管均勻的布置在其中，使其能夠按照u型的方式進(jìn)行固定。在施工過程中，當(dāng)鋼筋籠完成制作之后，需要將混凝土圓形保護(hù)層綁扎在其中，保證每一個(gè)鋼筋籠連接順序，能夠連接在一起時(shí)期，能夠整齊的堆放，以方便后續(xù)的使用。值得注意的是，在鋼筋籠加工的過程中，需要對它的螺紋連接精度，還有垂直度進(jìn)行控制，保證鋼筋籠能夠根據(jù)順序下放，并且在鋼筋籠現(xiàn)場對接的時(shí)候，要將一段距離為一米的距離錯(cuò)開，使其能夠進(jìn)行整體位置的改變，在操作的時(shí)候具體方式如下：

對于第一節(jié)樁頂，它的支撐方式采用“米”型的方式進(jìn)行；二針對后續(xù)二至四節(jié)的方式，也是采用“米”的方式進(jìn)行，剩下的是采用“+”支撐；其余節(jié)段采用“+”型內(nèi)撐。施工環(huán)節(jié)為了能夠提高主鋼筋的固定位置，對于每一節(jié)鋼筋籠的頂端，需要采用兩條吊排的方式進(jìn)行吊環(huán)處理?？紤]到主墩樁基首節(jié)鋼筋籠較重（長13.5m，重約9.2t）在場地加工時(shí)變形較大，因此每節(jié)鋼筋籠頂節(jié)均采用雙加徑箍筋加勁。

為保證鋼筋籠下放時(shí)吊裝方便，加工時(shí)要事先焊接吊環(huán)如圖所示。

圖6 鋼筋籠吊環(huán)加工設(shè)計(jì)圖（1）

圖7 鋼筋籠吊環(huán)加工設(shè)計(jì)圖（2）

圖8 導(dǎo)管水密性實(shí)驗(yàn)

圖9 導(dǎo)管水密性實(shí)驗(yàn)（1）

圖10 導(dǎo)管水密性實(shí)驗(yàn)（2）

針對制作好的鋼筋籠，需要將保護(hù)螺牙在沒有套的上端保護(hù)，并根據(jù)要求對其進(jìn)行分類擺放在進(jìn)行鋼筋籠產(chǎn)品堆放的過程中，需要做好它的距離控制，減少鋼筋籠變形的問題出現(xiàn)，同時(shí)如果分層堆放的時(shí)候，需要在兩層堆放的距離上用枕木加墊。

針對于鋼筋籠的保護(hù)層，它主要是分為兩種方法，鋼筋桶以下的鋼筋籠，主要是采用定制的混凝土墊塊進(jìn)行處理，電塊的直徑是14mm，厚度為5cm，中間需要直徑為14mm的孔徑形上穿，從而保證它整體的保護(hù)層厚度，能夠滿足實(shí)際的要求。此外在鋼筋籠下放安裝之前，也需要對其進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)層的設(shè)計(jì)要求，需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容確定。在實(shí)踐過程中，當(dāng)裝機(jī)成孔驗(yàn)收合格完畢之后，就可以進(jìn)行鋼筋籠的下放施工。

在鋼筋籠以及打管下放時(shí)間控制的過程中，需要做好以下措施：

由于墩樁基長達(dá)到了55米，再進(jìn)行鋼筋，如下放的時(shí)候會給成功后灌注混凝土帶來不利的影響，所以再進(jìn)行鋼筋籠下放施工之前需要對它的兩節(jié)順序進(jìn)行連接，這樣就能夠減少下放的時(shí)間。同時(shí)可以采用垂直起吊的方式，在水平位置上將鋼筋籠的兩端抬起，然后采用履帶副高的方式使其能夠在空中轉(zhuǎn)身。下放環(huán)節(jié)需要根據(jù)制作的順序，由底向上的方法進(jìn)行安裝，在施工的時(shí)候需要采用人工的方式進(jìn)行扭接螺母，下放過程針對每一節(jié)的鋼筋籠長度，可以采用它旋轉(zhuǎn)的空間時(shí)間給灌注清水，以防止整體工程出現(xiàn)變形或者滲漏的情況。

2.5 導(dǎo) 管下放及檢測

導(dǎo)管使用的過程中，不管是在使用之前或者是在使用之后的一段時(shí)間之內(nèi)，都需要對導(dǎo)管的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，保證它的防水性能是否完好，是否存在老化的情況出現(xiàn)，一般來說要求接水抗壓強(qiáng)度不能夠低于母材的強(qiáng)度，水壓試驗(yàn)的水壓強(qiáng)度需要大于1.3倍的水壓強(qiáng)度。由公式p=γchcγwhw得水密試驗(yàn)壓力為2.3MPa。

導(dǎo)管在棧橋上接成通長（測量整根導(dǎo)管長度以便為后續(xù)導(dǎo)管下放施工提供參考數(shù)據(jù)，防止導(dǎo)管懸空過深或過淺），將導(dǎo)管上下兩端的封閉口安裝完成之后，就需要連接壓漿機(jī)，然后就將導(dǎo)管打開，然后進(jìn)入施工環(huán)節(jié)。

導(dǎo)管水密性試驗(yàn)合格后使用前應(yīng)涂油漆、進(jìn)行編號。導(dǎo)管下放前檢查每根導(dǎo)管是否干凈、暢通以及止水“O”型密封圈的完好性。下導(dǎo)管時(shí)要對導(dǎo)管每一個(gè)接頭包括膠墊、螺帽上緊程度等都要進(jìn)行認(rèn)真檢查，同時(shí)還必須檢查導(dǎo)管內(nèi)有無突出物，如有則必須清除。

導(dǎo)管安裝好后再次進(jìn)行清孔處理。

當(dāng)導(dǎo)管下放完成之后，如果沉淀值大于2-5cm那么就需要對其進(jìn)行二次清孔施工。將長度為42mm的風(fēng)管在導(dǎo)管的內(nèi)安裝，并且在安裝完成之后，在導(dǎo)管頂口的密封位置處，需要及時(shí)的將江水管安裝，使其能夠提高整體導(dǎo)管的高度，3～5m之后再將相關(guān)的設(shè)備開啟處理好孔洞。對于孔底沉淀過厚的情況（如大于2cm），則清孔應(yīng)分兩次進(jìn)行，即首先導(dǎo)管少安裝一接（2.5m），之后安裝清孔裝置將部分沉淀清除后在接長導(dǎo)管，再進(jìn)行第二次清孔至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。在進(jìn)行清孔施工的過程中，導(dǎo)管可能會出現(xiàn)窯洞的情況，這主要是孔徑比較大而造成的，所以在實(shí)踐的過程中需要對導(dǎo)管的孔底位置進(jìn)行處理，然后再保證它不搖擺的情況下提高空地的承載度的控制力度。同時(shí)由于鋼筋籠底部布置有聲測管，清孔時(shí)應(yīng)注意保護(hù)，防止導(dǎo)管來回移動時(shí)壓壞聲測管。

圖11 二次清孔施工圖（1）

圖12 二次清孔施工圖（2）

值得注意的是，在進(jìn)行風(fēng)管安裝的過程中，需要做好相應(yīng)的保護(hù)，減少防風(fēng)管吊入導(dǎo)管內(nèi)而進(jìn)而出現(xiàn)的安全事故問題。

2.6 混 凝土灌注

砼灌注采用以鉆機(jī)為主，55t履帶吊為輔，用履帶吊配合首批砼灌注配合進(jìn)行起重作業(yè)，其中鉆機(jī)負(fù)責(zé)導(dǎo)管的拆除、漏斗的安拆工作。

二次清孔使孔內(nèi)沉淀控制在20mm以內(nèi)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求后，拆除清孔裝置，安裝灌注用儲料斗和漏斗（注意儲料斗和漏斗之間的相對距離）。采用鋼板塊件對灌注水下混凝土的堵頭進(jìn)行處理，使其能夠形成一個(gè)原狀形，一般來說，圓板的直徑需要控制在33cm，并且下面焊接的三根的鋼筋長度需要控制在31cm，值得注意的是在混凝土澆筑之前，需要將堵頭板在導(dǎo)管的位置上安放，然后再將兩片瀝青紙放在堵頭板上，使其能夠產(chǎn)生密封作用，然后再采用鋼絲繩將堵頭板吊起來施工。

陸上砼攪拌運(yùn)輸車每車裝載量為9m3，約30分鐘一車次，為滿足樁基混凝土供應(yīng)至少需配備5臺攪拌運(yùn)輸車，砼灌注時(shí)罐車直排至喂料斗。

圖13 首批混凝土灌注（1）

圖14 首批混凝土灌注（2）

首批混凝土埋管深度距離按照設(shè)計(jì)要求，需要控制在≥1m范圍內(nèi)，混凝土灌注量需要7.0m3，所以，需要使用到的設(shè)備有1個(gè)4m3的儲料斗、1只3m3的漏斗，同時(shí)配置灌注平臺（馬道）1個(gè)，鉆機(jī)提4m3的大斗履帶吊提3m3的小斗加上砼罐車的混凝土配合進(jìn)行首批砼的灌注，要協(xié)同配合一氣完成。

當(dāng)?shù)?批混凝土灌注完成之后，混凝土罐車需要直接將混凝土排到漏斗之中，然后通過不斷抖動的方式在導(dǎo)管內(nèi)使其能夠注入體內(nèi)當(dāng)中。值得注意的是，在整個(gè)混凝土灌注的時(shí)候，由于導(dǎo)管的混凝土不滿，它會含有空氣，需要將混凝土慢慢的灌入其中。采用電腦控制的方式對裝機(jī)混泥土混合料的拌和進(jìn)行控制，同時(shí)在實(shí)踐的過程中安排具備經(jīng)驗(yàn)的工作人員對其進(jìn)行掌控，保證整體工序的開展都滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)在該環(huán)節(jié)還需要保證混凝土的含氣量、溫度指標(biāo)滿足實(shí)際的要求。

同時(shí)在混凝土灌注的環(huán)節(jié)過程中，需要安排專業(yè)的人員對孔山進(jìn)行測量，同時(shí)做好記錄，保證每一盤下料的測量數(shù)據(jù)，還有記錄數(shù)據(jù)能夠收集。拆除導(dǎo)管前必須測量準(zhǔn)確砼灌注高度，同時(shí)每拆管一次前都要同攪拌站砼攪拌方量進(jìn)行復(fù)核，以推算埋管深度是否合理。導(dǎo)管拆除的節(jié)數(shù)要保證導(dǎo)管埋深在3～6m的范圍內(nèi)。

砼灌注完畢后要及時(shí)把儲料斗、漏斗和導(dǎo)管沖洗干凈，再刷油，以防生銹，此外及時(shí)組織勞動力清除樁頭表面泥漿、浮渣等。