孫士輝?張鵬
【摘要】本文通過介紹魚山大橋φ5.0m~3.8m變徑樁基的施工過程,從護筒沉放、鉆機鉆孔、鋼筋籠的制安以及混凝土澆筑等方面闡述了海洋環(huán)境下,超大直徑超深鋼管復合樁單樁基礎施工工藝,為今后類似工程提供借鑒與參考。
【關鍵詞】超大直徑超深鋼管復合樁;海洋環(huán)境;護筒施工;鋼筋籠下放
1、工程概況
本工程共有樁基187根,其中鋼管復合樁98根。樁徑5.0m~2.5m;樁長為60m~148.2m不等。單樁鋼筋籠最大重量為241.3t,單樁永久鋼護筒最大重量297.1t,單樁混凝土最大灌注方量1943.2m3。
橋址區(qū)地質(zhì)主要為淤泥、淤泥質(zhì)土、軟~流塑狀黏性土,厚度7.9~67.5m,工程性質(zhì)差;下為中密~密實沖海積的粉砂、細砂為主,一般厚度較大,地層較為連續(xù),底部為粉質(zhì)黏土、圓礫等,下伏基巖起伏較大,一般巖質(zhì)較硬,中風化巖埋深18.9~132.3m不等。
工程區(qū)的潮汐屬非正規(guī)半日潮,潮流以往復流為特征,漲潮流速大于落潮流速,最高潮位+3.08,最低潮位-2.11,潮差2~3m,流速2m/s。
2、樁基施工工藝流程
根據(jù)現(xiàn)場實際地質(zhì)水文情況及設計技術標準,本工程選用國內(nèi)打樁船進行鋼護筒沉放,采用ZJD5000、ZJD4000型回旋鉆機進行鉆孔,混凝土采用2套3方機和1套2方機進行供應,現(xiàn)場使用3臺拖泵進行混凝土澆筑,施工流程如圖:
3、關鍵施工工藝
3.1 鋼護筒施工
本工程鋼護筒最大直徑5.0m,長度達60m,單根護筒重達297.1t。由于鋼護筒為永久性鋼護筒,直接參與樁基受力,其設計精度要求為中心偏位不大于3cm,傾斜度不得超過1/200,如此超大直徑、超長、超重且高標準的鋼護筒施工在海洋性氣候環(huán)境中,非常難以控制。
為保證鋼護筒沉放精度,本工程選用國內(nèi)最大打樁船“雄程1號”對鋼護筒整根進行沉放,避免了鋼護筒因多次分節(jié)對接導致的垂直度無法滿足要求;并采用一種導向鋼管樁輔助配合護筒沉放,用于確保鋼護筒樁沉樁工作中不受外來水流、涌浪等因數(shù)的影響,且通過頂端連接的導向滾輪使護筒中心位置控制更加方便、精準。
鋼護筒沉放時,首先沉放導向鋼管樁,采用打樁船上設置的三臺GPS,以及在主棧橋上架設3臺全站儀(2臺用于觀測,1臺用于校核)進行粗定位,保證導向鋼管樁的平面位置誤差在10cm之內(nèi)以及垂直度滿足要求;然后打設永久性護筒,依靠導向鋼管樁上的導向滾輪進行調(diào)節(jié),完成鋼護筒的精準定位,最終達到平面位置2~3cm,垂直度優(yōu)于1/200的沉放精度。
鋼護筒在施打過程中應注意以下幾點:
1)沉樁應盡量選擇流速、風浪較小時進行;船只航行波浪影響打樁船穩(wěn)定時,宜暫停錘擊;
2)沉樁過程中不得移船糾正樁位;
3)應結合施工實際地質(zhì)情況,要考慮一定的提前量,以使沉樁后樁位符合設計要求。
4)為防止鋼護筒在沉放過程中變形問題,可在護筒底口設置1至2道抱箍,以增加護筒底口剛度。
3.2 成孔施工
1)鉆機選擇:本工程樁基均為超大直徑超長樁,且5米樁徑為國內(nèi)之最,因此選擇國內(nèi)最大的ZJD5000型反循環(huán)回旋鉆機作為φ5m與φ4.5m鉆孔設備,其最大扭矩為45t·m,鉆孔深度達200m,滿足施工需要,其余樁徑采用4000型鉆機。根據(jù)鉆孔需要,每臺鉆機配備3個鉆頭:2個刮刀鉆用于護筒內(nèi)外覆蓋層鉆進;1個滾刀鉆用于巖層鉆進,保證鉆孔質(zhì)量與鉆孔效率。
2)泥漿性能:采用PHP優(yōu)質(zhì)泥漿,其具有泥皮薄、穩(wěn)定性好、造漿率高以及相對密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、穩(wěn)定性強等優(yōu)點。結合現(xiàn)場實際情況,以海水造漿為主,通過配合比試驗,保證泥漿性能,本工程泥漿主要分兩種:第一種用于裸巖鉆孔,海水:膨潤土:純堿=1:0.66:0.22%;第二種用于海泥覆蓋層,海水:海泥:膨潤土:純堿=1:0.64:0.36:0.1%;
在鉆進過程中,根據(jù)不同的地質(zhì)及時調(diào)整泥漿指標,保證樁基順利成孔,不同地質(zhì)泥漿性能參數(shù)總結如下:
3)鉆機鉆進
護筒內(nèi)鉆進:采用正轉反吹施工工藝鉆進,先利用淤泥質(zhì)土層進行造漿,并及時調(diào)整泥漿指標;當鉆進孔深達到30m位置時,改用氣舉反循環(huán)鉆進提高鉆進效率。為避免護筒底部出現(xiàn)漏漿塌孔事故,當鉆進至護筒底口以上兩米時應降低鉆進速度;待鉆頭鉆出護筒2m左右后,再正常鉆進。
護筒外非巖層鉆進:鉆頭鉆出護筒后,更換小直徑刮刀鉆頭,根據(jù)地層情況選擇鉆進參數(shù)、控制泥漿性能指標,以確??妆诘陌踩?。
護筒外巖層鉆進:
更換滾刀鉆進行鉆孔并增加鉆機配重,以滿足切削巖石的要求。由于巖層中鉆機負荷重,進尺緩慢,應根據(jù)實際情況檢查鉆頭、保證低速慢進,避免不良情況的發(fā)生。
鉆機鉆進時始終保持減壓鉆進,鉆壓不得超過鉆具重力之和(扣除浮力)的80%,并在鉆頭頂部設置扶正器,保證成孔垂直度;孔內(nèi)水頭高度保持略高于高潮水位,防止出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。
3.3鋼筋籠下放
1)起吊設備:根據(jù)現(xiàn)場實際情況,前幾節(jié)單層鋼筋籠采用100t履帶吊進行對接、下放,300t浮吊(鋼筋籠超過200t時600t浮吊)輔助抬吊;后續(xù)雙層鋼筋籠采用浮吊進行對接、下放,履帶吊輔助抬吊。
2)鋼筋籠下放:為保證海洋環(huán)境中,鋼筋籠下放精度,采取了一種新型的鋼筋籠懸掛裝置。該裝置分為外環(huán)和內(nèi)環(huán):外環(huán)用于鋼筋籠固定;內(nèi)環(huán)用于鋼筋籠起吊,且內(nèi)環(huán)直徑與鋼筋籠直徑相同;具體步驟為:
外環(huán)放置:將下放工具中外環(huán)放置在成孔樁位處,使外環(huán)與樁基同心;
內(nèi)環(huán)起吊:通過內(nèi)環(huán)起吊鋼筋籠放入孔內(nèi);通過圓心確定鋼筋籠位置;
固定鋼筋籠:將外環(huán)上的插銷插入鋼筋籠頂段第一道加強圈之下,完成鋼筋籠固定,然后起吊第二節(jié)鋼筋籠與之對接,完成后,抽出插銷,進行下放;
精鋼定位:鋼筋籠對接完成之后,通過精鋼將鋼筋籠主筋于內(nèi)環(huán)連接,精鋼長度根據(jù)鋼筋籠高程和內(nèi)環(huán)高程進行調(diào)整,保證鋼筋下放準確;
下放完成:鋼筋籠下放完成后,將內(nèi)環(huán)放置插銷上,完成整個鋼筋籠的下放。
3.4 混凝土澆筑
混凝土采用φ422mm,壁厚12導管進行灌注,下放前必須進行水密性實驗;導管下放完成后進行二次清孔,保證孔底沉渣滿足要求?,F(xiàn)場采用3臺拖泵及16量攪拌車進行混凝土供應,通過集料斗下料模式進行澆筑。
首封混凝土必須保證導管埋深大于2m,且在首封料斗拔球后仍需持續(xù)供料,保證封底成孔;混凝土澆筑時,要實時測量及記錄孔內(nèi)混凝土標高及導管埋深,每次測點不少于2處,防止誤測,保證導管埋深控制在2~6m范圍內(nèi)。
澆筑過程中應對混凝土進行抽檢,嚴格把控混凝土性能,保證澆筑質(zhì)量。
澆筑完成后,為保證樁頭質(zhì)量,混凝土應超灌1.5m左右。
4、結語
本文簡單介紹了魚山大橋鋼管復合樁施工工藝,通過上述工藝,本工程樁基經(jīng)超聲波成孔檢測,均為I類樁,表明了上述施工工藝是完全滿足超大直徑超深樁基施工要求的,同時簡化了施工步驟,縮短了工期,節(jié)約了成本。以上經(jīng)驗可供今后類似工程參考。
參考文獻:
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