河惠莞高速公路楓樹壩特大橋鉆孔灌注樁施工探析

鄭光輝,冷昊華

(廣東省南粵交通河惠莞高速公路管理中心,廣東 廣州 510101)

0 概 況

楓樹壩特大橋位于龍川縣赤光鎮(zhèn)境內(nèi)主橋為雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主橋全長640 m，橋跨布置為160+320+160 m(圖1)，塔墩梁固結(jié)體系。

圖1 主橋橋型布置圖(尺寸單位：cm)

楓樹壩特大橋4#墩承臺平面尺寸為20.1 m×25.6 m，高5 m，4#主墩承臺共設(shè)置20根Φ2.2 m的鉆孔灌注樁(圖2)。樁類型為摩擦樁，采用沖擊鉆施工，樁長為75 m，采用C30水下混凝土。

圖2 主墩4#樁基平面布置圖(尺寸單位：cm)

大橋位于丘陵區(qū)，地形起伏較大，4#主墩位于楓樹壩水庫北岸(圖3)，主要地層為強風(fēng)化砂礫巖，厚度43.1 m以上，其余以下地層主要為強、中風(fēng)化砂礫巖夾層多次交替布置(表1)。地表均為遇水易崩解的覆蓋層，迎水坡岸極不穩(wěn)定，水位變化導(dǎo)致沖刷，常發(fā)生垮塌情況。

表1 4#墩典型地質(zhì)狀況表

續(xù)表1

1 鉆孔灌注樁施工

1.1 鉆機選擇

根據(jù)設(shè)計文件及詳勘資料，樁基一直處于強風(fēng)化砂礫巖和中風(fēng)化砂礫巖的交替變化地層段等特點。楓樹壩大橋主橋4#墩樁基采用沖擊鉆施工，沖擊鉆施工工藝成熟，適用于各種地層，成孔質(zhì)量好且清孔后孔底沉渣少。

1.2 施工工藝流程

鉆孔樁施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→鉆孔平臺填筑→鋼護筒定位、埋設(shè)→鉆機就位→造漿、鉆進成孔→清孔換漿→鉆機移位→檢孔→安放鋼筋籠→導(dǎo)管水密試驗、下導(dǎo)管→沉渣厚度測試(不合格二次清孔)→灌注水下混凝土、泥漿回收→平臺拆除→樁基檢測。

1.3 泥漿制備

本項目采用河水造漿樁基成孔工藝，造漿材料主要選用以蒙脫石為主的鈉基膨潤土(含沙率小于4%)、純堿(Na2CO3)作為分散劑、纖維素(CMC)。根據(jù)不同地質(zhì)情況，加入不等量的鈉基膨潤土，制備出不同密度、粘度、護臂效果好、成孔質(zhì)量高的泥漿。實際施工過程中，由于地層情況風(fēng)化砂礫交替變化，不能完全按實驗室配合比施工，主要是膠體率達(dá)不到指標(biāo)，一般只能到達(dá)80%左右。實驗室就膠體率問題對原狀土泥漿進行試配，通過調(diào)整鈉基膨潤土、純堿(Na2CO3)、纖維素(CMC)的含量來提高泥漿膠體率達(dá)到95%以上，其中鈉基膨潤土4.5%、純堿(Na2CO3)3.5%、纖維素(CMC)4.5‰(配比相對泥漿比例)。

1.4 施工工藝簡述

在4#主墩位置搭建施工平臺，平臺采用土石混合料填筑，考慮到平臺現(xiàn)狀坡岸較陡，為保證4#墩基礎(chǔ)施工安全，在平臺填方邊坡外側(cè)設(shè)置衡重式擋土墻固腳+圍擋。沖孔過程中根據(jù)不同土質(zhì)特征，不斷調(diào)節(jié)泥漿指標(biāo)和鉆孔速度，泥漿循環(huán)采用泥漿泵進行泥漿循環(huán)，反復(fù)循環(huán)直到終孔。終孔完畢后采用超聲波成孔檢測儀分別對樁徑、傾斜度及實際孔深等，滿足規(guī)范要求后下放鋼筋籠。

鋼筋籠采用數(shù)控制作，鋼筋籠按12 m長度分節(jié)制作，主筋接頭采用直螺紋套筒連接。同時安裝超聲波聲測管，聲測管長度要和鋼筋籠長度保持一致。

本工程水下混凝土澆注導(dǎo)管選用Φ300 mm×8 mm的無縫鋼管，快速接頭，導(dǎo)管長度以每節(jié)2.7 m為主，配備一套4 m長底管及兩套1 m、0.5 m長調(diào)節(jié)管。水下混凝土灌注完畢后，進行超聲波樁基檢測，檢測完畢進行孔底壓漿處理。

2 施工出現(xiàn)的問題及處理方法

2.1 鋼護筒定位和埋設(shè)

樁基順利完成的首要環(huán)節(jié)關(guān)鍵是控制鋼護筒的垂直度。項目鋼護筒采用δ=12 mm鋼板卷制，內(nèi)徑大于設(shè)計樁徑20 cm，本區(qū)段的孔口地質(zhì)條件較好，孔口護筒長度取2 m。為確保孔口穩(wěn)定、地表水不進入孔內(nèi)及鉆孔內(nèi)泥漿不外流，將鋼護筒的埋設(shè)高度高出地面30 cm。

本工程首先采用挖掘機開挖出深度1.7 m左右，直徑超過樁徑20 cm的坑，根據(jù)護樁中心點埋設(shè)護筒，以降低護筒位置偏差，再用粘性土回填護筒外側(cè)并夯實，再用全站儀測量鋼護筒的埋設(shè)精度，使得其平面位置偏差<±50 mm，傾斜度<1%。

2.2 塌孔

沖孔過程中，由于受外力沖擊，或者停止泥漿循環(huán)時間過長等導(dǎo)致塌孔現(xiàn)象。采取回填優(yōu)質(zhì)材料后重新沖孔處理，或者采用插入鋼護筒護壁應(yīng)對出現(xiàn)較大塌孔發(fā)生。

2.3 黏錘

鉆孔至硬塑粘性土層時，巖土黏性太大，極易出現(xiàn)黏錘現(xiàn)象。針對黏錘現(xiàn)象，采取的措施是：

(1)向樁孔內(nèi)注入稀泥漿或者清水，減少巖土層和錘體之間的摩擦力。

(2)抬高錘體下落高度，提高沖擊動能，使錘體和巖土層分離。

2.4 樁孔垂直度校正

由于本工程樁孔長度達(dá)78 m，入土較深，穿越不同巖層土質(zhì)，在豎向荷載、土壓力及水壓力等作用下，4#主墩探明施工過程中有11樁孔垂直度出現(xiàn)不同程度的偏移，以下主要介紹其中4#墩樁孔垂直度校正情況(圖3)。

圖3 4#墩樁基垂直度校正情況

針對上述情況采取的糾偏措施有：

有意將樁機位移3～5 cm， 增加始糾處的著力點面積，有利于形成臺階，同時采用小沖程， 回收鋼絲繩確保鋼絲稍緊，確保糾偏的效果。

回填直徑為孔徑1/3～1/2的塊石，塊石強度略高于巖層強度，先投入2～3 m高度，用錘頭沖擊使之密實，再進行第二次、第三次投石，直至回填到偏斜孔段以上1 m位置。

形成了大孔段的S形樁孔時，用水下混凝土澆注到偏斜孔段以上1 m的位置，持凝固后再行沖進糾偏。

3 結(jié) 論

楓樹壩特大橋4#主墩樁基施工中采用河水造漿成孔工藝，充分利用現(xiàn)場已有的資源，大大節(jié)省的施工成本。不斷優(yōu)化施工過程中存在的問題，達(dá)到了縮短工期、保證質(zhì)量的目的。由于樁基直徑大，土質(zhì)不穩(wěn)定，極其容易造成樁孔出現(xiàn)偏移，影響成樁的進度和質(zhì)量，建議在施工現(xiàn)場準(zhǔn)備一定數(shù)量孔徑1/3～1/2的塊石材料，樁孔出現(xiàn)偏移時確保及時回填材料再回沖。同時本工程對成孔偏移糾偏的處理方法也可為其他特大橋施工提供借鑒。