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        寧德特大橋海上樁基施工技術(shù)

        2018-03-08 07:13:06周光舉
        四川建筑 2018年1期
        關(guān)鍵詞:鋼護(hù)筒潮汐寧德

        周光舉

        (中鐵十六局集團(tuán)有限公司, 北京 100018)

        [定稿日期]2017-12-25

        寧德特大橋跨越漳灣海水區(qū)域,潮水影響較大,地質(zhì)情況復(fù)雜,未知因素影響多,施工條件困難,工期緊,時(shí)間急,橋梁能否按期完成,保證高速公路按期開通,樁基施工成了最關(guān)鍵因素。如何到達(dá)保質(zhì)保量,按期完成海上樁基施工成了重中之重,所以海上樁基施工技術(shù)成了最關(guān)鍵的技術(shù)問題。

        1 工程概況

        海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線寧德漳灣至連江浦口高速公路寧德段路基土建工程A3標(biāo)段起點(diǎn)位于寧德市蕉城區(qū)飛鸞鎮(zhèn)上村村的二都灣內(nèi)(起點(diǎn)樁號(hào)為K19+442)與A2標(biāo)段終點(diǎn)(K19+442)相接。設(shè)置寧德特大橋與溫福鐵路的寧德特大橋平行,路線位于寧德飛鸞陽光物流碼頭和原沈海高速公路之間穿過,后跨原沈海高速公路飛鸞互通A匝道、E匝道和F匝道。設(shè)飛鸞復(fù)合互通與原沈海高速公路銜接,并接國(guó)道G104,經(jīng)寧德市人民警察培訓(xùn)學(xué)校以東,路線終點(diǎn)位于寧德市蕉城飛鸞鎮(zhèn)梅田村以南(樁號(hào)YK24+440、ZK24+442.290)與A4標(biāo)段起點(diǎn)(YK24+440、ZK24+442.290)相接,本標(biāo)段線路全長(zhǎng)4.998 km。

        其中寧德特大橋橋長(zhǎng)2 580 m,跨越漳灣海水區(qū)域,潮水影響較大,高潮水位6~7 m,低潮水位1~3 m,潮差3~7 m。地質(zhì)情況從上到下依次為淤泥地層2~141 m,卵石地層3~322 m,砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖10~111 m,中風(fēng)化花崗巖10~113 m,全橋采用樁基礎(chǔ),樁基采用端承樁,持力層選在中風(fēng)化花崗巖地層,樁長(zhǎng)最長(zhǎng)63 m。

        2 樁基施工的重難點(diǎn)

        首先樁基地質(zhì)情況難以完全掌握清楚,屬于不可控因素,淤泥地層施工容易出現(xiàn)吸錘、塌孔、縮徑、埋鉆等問題,卵石地層施工容易出現(xiàn)漏漿、塌孔、埋鉆等問題;其次潮汐對(duì)成孔過程影響最為突出。當(dāng)潮汐到來時(shí),會(huì)造成鉆孔的反向滲漏,當(dāng)潮汐退后,鉆孔內(nèi)泥漿面下降,漏失量增大,很易造成塌孔并埋鉆。

        3 施工方案

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,寧德特大橋外側(cè)設(shè)置貫通運(yùn)梁鋼棧橋配合施工平臺(tái),鋼棧橋設(shè)計(jì)荷載取載重30 m箱梁和50 t履帶吊同時(shí)行走,橋面凈寬8 m,橋面標(biāo)高按照高出潮汐水位1.5 m控制,每個(gè)橋墩樁基施工設(shè)置施工平臺(tái)與鋼棧橋銜接,每隔300 m設(shè)置一處加寬段方便施工車輛調(diào)頭;樁基礎(chǔ)采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)穿越卵石地層護(hù)壁,沖擊鉆機(jī)成孔,導(dǎo)管法灌注水下混凝土。樁基礎(chǔ)定位采用在施工平臺(tái)上定位,鋼護(hù)筒埋設(shè)采用導(dǎo)向架在施工平臺(tái)上配合吊車下放,逐節(jié)焊接下放。淤泥地層鋼護(hù)筒采用振動(dòng)錘振動(dòng)下壓埋設(shè),卵石地層采用邊鉆孔邊下壓鋼護(hù)筒護(hù)壁成孔,鋼護(hù)筒上口固定在施工平臺(tái)上,以保住樁位準(zhǔn)確和鋼護(hù)筒穩(wěn)固。在施工平臺(tái)上用鋼箱做泥漿池,上加震動(dòng)篩,將鉆渣和泥漿分離,鉆渣用汽車清運(yùn),泥漿可循環(huán)使用。灌樁時(shí)泥漿用泥漿泵抽入泥漿池,再用混凝土罐車清運(yùn),以防止泥漿污染海灘。

        鋼便橋橫斷面見圖1,水中墩臺(tái)施工作業(yè)平臺(tái)見圖2,施工實(shí)況見圖3。

        4 樁基施工前的思考

        4.1 鋼護(hù)筒是否需要穿越卵石地層

        卵石地層主要考慮漏漿、塌孔、埋鉆問題。如果加大泥漿濃度,減小沖擊鉆機(jī)沖程,以達(dá)到減小振動(dòng),完全可以達(dá)到避免塌孔、埋鉆問題;漏漿問題可以在泥漿池備用泥漿或備用膨潤(rùn)土,一旦發(fā)現(xiàn)漏漿,可及時(shí)補(bǔ)充泥漿。所以,考慮將鋼護(hù)筒下口控制到卵石地層表面即可,這樣施工即節(jié)約了鋼護(hù)筒的用量,同時(shí)還加快了樁基成孔速度。

        4.2 淤泥地層施工主要考慮的影響因素及應(yīng)對(duì)措施

        淤泥地層施工主要考慮吸錘、塌孔、縮徑、埋鉆問題。對(duì)于吸錘問題,只需控制好鉆機(jī)沖程,控制沖擊錘進(jìn)入淤泥的深度就可解決。同時(shí),一旦出現(xiàn)吸錘現(xiàn)象,馬上用高壓水沖洗沖擊錘四周,同時(shí)晃動(dòng)沖擊錘上方的主鋼絲繩,并猛然上拉,重復(fù)幾次可將沖擊錘提出淤泥。塌孔、縮徑和埋鉆問題,如果鋼護(hù)筒穿過淤泥地層,可完全避免。

        圖1 鋼便橋橫斷面

        圖2 水中墩臺(tái)施工作業(yè)平臺(tái)

        圖3 水中樁施工實(shí)況

        4.3 潮汐到來時(shí)的影響因素及應(yīng)對(duì)措施

        潮汐到來時(shí),會(huì)造成鉆孔的反向滲漏,當(dāng)潮汐退去后,鉆孔內(nèi)泥漿面下降,漏失量增大,很易造成塌孔并埋鉆問題。根據(jù)潮汐時(shí)水面高度,及時(shí)調(diào)整鋼護(hù)筒內(nèi)泥漿面高度,保持與潮汐時(shí)水面高度基本一致,平衡鋼護(hù)筒內(nèi)外壓差,可避免出現(xiàn)泥漿反向滲漏和正向滲漏問題。

        5 試樁情況

        試樁選擇在淺海灘位置,漲潮時(shí)能全部淹沒,退潮后能露出淤泥地層海灘灘涂,以方便觀察試樁時(shí)灘涂面的變化以及泥漿出現(xiàn)滲漏的情況等。在施工平臺(tái)上進(jìn)行放樣定位,用導(dǎo)向架下放鋼護(hù)筒,鋼護(hù)筒連接采用焊接,保證接縫不漏水,用振動(dòng)錘振動(dòng)下壓,將鋼護(hù)筒底面下至卵石地層頂面,以不下沉為準(zhǔn)。鉆孔一切按施工方案進(jìn)行,當(dāng)鉆孔至卵石地層頂面時(shí),發(fā)現(xiàn)沖擊錘沖擊到卵石層引起鋼護(hù)筒震動(dòng)強(qiáng)烈,繼續(xù)鉆孔發(fā)現(xiàn)鋼護(hù)筒周邊淤泥層出現(xiàn)液化,繼而出現(xiàn)漲潮時(shí)海水灌入孔內(nèi)。退潮時(shí)孔內(nèi)泥漿滲漏嚴(yán)重,周邊淤泥塌入孔內(nèi)形成漏斗狀,鉆孔宣告失敗,只能拔出鋼護(hù)筒,用粘土回填樁位重新處理。

        6 試樁失敗原因分析及改進(jìn)思路

        綜合分析試樁過程,主要塌孔原因是鉆孔至卵石地層時(shí),沖擊震動(dòng)傳到鋼護(hù)筒上,導(dǎo)致周邊淤泥液化,形成鉆孔內(nèi)外通道,加上泥漿、海水間貫通穿行,從而導(dǎo)致塌孔。

        要能鉆孔成功,首先必須避免沖擊卵石層時(shí)的震動(dòng)傳到鋼護(hù)筒上,鋼護(hù)筒不發(fā)生強(qiáng)烈震動(dòng),就不會(huì)引起周邊淤泥層液化,不會(huì)形成通道導(dǎo)致海水和泥漿貫穿通行引起塌孔。唯一的辦法就是提高鋼護(hù)筒底面高度離開卵石地層頂面,使卵石地層沖擊鉆孔時(shí)的強(qiáng)烈震動(dòng)不能傳到鋼護(hù)筒上,淤泥地層正好是很好的隔震層,但是鋼護(hù)筒底面提高到什么位置,鋼護(hù)筒底面與卵石層之間的淤泥地層鉆孔時(shí)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)縮徑、塌孔等問題呢?根據(jù)鋼護(hù)筒埋設(shè)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn),鋼護(hù)筒開始下沉?xí)r,利用自身重量就能壓入淤泥中,越往下走就需要使用振動(dòng)錘下壓或振動(dòng)才能下沉。通過這個(gè)現(xiàn)象說明淤泥地層中的淤泥質(zhì)土越往下,含水率就越低,抗壓強(qiáng)度就越高,抗壓強(qiáng)度越高,土的內(nèi)摩擦角和凝聚力就越大,比重也越大。一般淤泥質(zhì)土的內(nèi)摩擦角ψ為1.5°~10°,凝聚力c為1~8 kPa,比重為14.9~18 kN/m3,根據(jù)庫(kù)倫定律抗剪力T=C+σtanψ可知,土的穩(wěn)定性就越好,可以考慮按照普通粘土層鉆孔方法施工。由此考慮將鋼護(hù)筒下至含水率較低的淤泥質(zhì)土層1~2 m,底面高于卵石地層頂面1 m以上的位置鉆孔。

        7 改進(jìn)效果

        根據(jù)上述方法調(diào)整后,鉆孔成功,未出現(xiàn)縮徑、塌孔、漏漿、埋鉆等問題,成樁后檢測(cè)均為Ⅰ類樁。

        通過上述施工工藝調(diào)整,首先大量節(jié)省了鋼護(hù)筒的用量,進(jìn)一步擴(kuò)大了經(jīng)濟(jì)效益;其次減少了大量鋼護(hù)筒加工、運(yùn)輸和埋設(shè)時(shí)間,加快了樁基施工速度,大大縮短了樁基施工時(shí)間,為工程創(chuàng)造了時(shí)間價(jià)值;最后將端承樁在樁尖受力變成了混合受力,提高了樁基的承載能力,更進(jìn)一步保證了整座橋梁的工程質(zhì)量。

        8 結(jié)束語

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,跨海高速公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益增多,海上樁基施工必不可少,如何快速高效、保質(zhì)保量完成海上樁基的施工,成了整個(gè)建設(shè)階段的關(guān)鍵問題;通過本文背景資料所涉及的海上施工典型地質(zhì)條件,施工方案及技術(shù)改進(jìn)措施,為今后海上樁基施工的質(zhì)量保證、環(huán)境保護(hù)及工期安排提供了參考。

        [1] 福建省高速公路建設(shè)總指揮部. 福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南[G]. 人民交通出版社, 2010.

        [2] 福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院. 沈海復(fù)線寧德漳灣至連江浦口高速公路(寧德境)A3標(biāo)段,寧德特大橋施工圖,福州,2013(1).

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

        [4] 王建華, 張璐璐, 陳鋒劍. 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2018.

        [5] 張忠苗. 樁基工程[M]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

        [6] 常士驃. 工程地質(zhì)手冊(cè)[M]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

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