王 海 峻

(南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210019)

0 引言

隨著我國(guó)沿江城市的發(fā)展，跨江大橋成為了解決城市江南江北交通通行的不二選擇。跨江大橋主塔基礎(chǔ)一般采用超長(zhǎng)大直徑混凝土灌注樁，但由于其超長(zhǎng)和大直徑成為了質(zhì)量控制的難點(diǎn)，施工進(jìn)度往往影響主塔總體施工工期。因此，本文以跨江大橋主塔超長(zhǎng)大直徑灌注樁施工為例，探討了施工控制，分析了影響因素，選擇了合理控制指標(biāo)，希望能對(duì)類似的工程提供參考。

1 工程概況

某過(guò)江通道工程全長(zhǎng)約13.17 km，主線橋梁長(zhǎng)約11 810.5 m、隧道長(zhǎng)約241 m、道路長(zhǎng)約1 118.5 m?？缃髽蛑鳂虿捎弥骺? 760 m的單跨門型塔整體鋼箱梁懸索橋，主橋跨度布置采用580 m+1 760 m+580 m，矢跨比1/9。南、北塔基礎(chǔ)采用超長(zhǎng)大直徑灌注樁，本文以北塔的樁基為例，北主塔基礎(chǔ)采用66根直徑2.8 m鉆孔灌注樁，按摩擦樁設(shè)計(jì)，樁長(zhǎng)110 m，樁端進(jìn)入中風(fēng)化粉砂巖。樁頂標(biāo)高-4.715 m，樁底標(biāo)高-114.715 m。鋼筋籠主筋采用32 mm螺紋鋼，每2 m架設(shè)一道加勁箍筋，箍筋采用10 mm的圓鋼，混凝土為C30水下混凝土。

北塔墩位于漫灘上，地面高程2 m～7 m，覆蓋層上部為厚約10 m的松散～稍密層狀粉土粉砂夾少量淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，其下為厚約40 m的松散～密實(shí)狀細(xì)砂夾軟塑狀黏性土、粉土，底部為厚30 m左右的中粗砂、圓礫組成的混合土，基巖為粉砂巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。具體地質(zhì)特性見表1。

2 灌注樁施工難點(diǎn)分析

2.1 疫情影響大

2020年1月起，受新型冠狀病毒疫情影響，樁基、吊車等設(shè)備因交通管制無(wú)法正常運(yùn)送到施工場(chǎng)地，部分材料無(wú)法采購(gòu)、部分工人無(wú)法按時(shí)返回，原計(jì)劃2月初開始施工不得不推遲，正式開工時(shí)間為2020年3月18日。根據(jù)國(guó)家、省市疫情防控要求，鋼筋加工等密閉的場(chǎng)地，加工人員不能過(guò)于密集，降低了工作效率。

2.2 涉水作業(yè)，作業(yè)平臺(tái)要求高

表1 各工程地質(zhì)層承載力及樁基參數(shù)推薦值一覽表

本項(xiàng)目的主塔樁基在長(zhǎng)江岸邊，水位受長(zhǎng)江徑流與潮汐復(fù)合影響，主要受長(zhǎng)江徑流控制，汛枯季分明，最高潮位發(fā)生在汛期，最低潮位發(fā)生在枯期。水位每日漲、落兩次，為非正規(guī)半日潮。漲潮歷時(shí)3個(gè)多小時(shí)。長(zhǎng)江下游汛期為5月～10月，11月～次年4月為枯季，水位最高月份為7月、8月份，最小月份為1月、2月份，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，6月份水位75%概率在5 m以下，近10年的水位平均值為4.48 m，如表2所示。因此，地面平臺(tái)標(biāo)高選定為+5.0 m，樁基須在6月底前全部施工完畢，考慮到機(jī)械設(shè)備、臨時(shí)用電、泥漿等處理和撤場(chǎng)工作時(shí)間，在平臺(tái)施工的根樁必須在6月中旬施工完成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地和施工工效，將66根樁分為48+18兩批施工，遠(yuǎn)離棧橋平臺(tái)的48根樁計(jì)劃在枯水期整平平臺(tái)上施工完成，剩余18根樁在鋼平臺(tái)上施工。

表2 主塔位置長(zhǎng)江水位統(tǒng)計(jì)表 m

2.3 施工工期緊

如前所述受新冠疫情影響原定開工時(shí)間推遲，項(xiàng)目正式開工時(shí)間為2020年3月18日。需要在6月中旬施工完成，總的施工時(shí)間剩89 d，成樁的速度需要保證2 d一根樁，工期壓力非常大，一旦發(fā)生不可控的意外事情將直接影響總體的施工工期。

2.4 成孔難度大

該樁長(zhǎng)110 m，整平過(guò)的平臺(tái)標(biāo)高為+5.0 m，樁底標(biāo)高為-114.715 m，實(shí)際成孔深度為119.715 m，樁端需要進(jìn)入中風(fēng)化粉砂巖，入巖深度約33 m，鉆進(jìn)成孔難度加大、成孔時(shí)間加長(zhǎng)，容易產(chǎn)生塌孔。

2.5 泥漿指標(biāo)要求高

成孔完成后，下方鋼筋籠需要約8 h，安裝導(dǎo)管需要約4 h，要在這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持孔壁質(zhì)量、不發(fā)生塌孔，對(duì)泥漿質(zhì)量要求很高，泥漿的各項(xiàng)控制指標(biāo)需要精準(zhǔn)控制到位。

2.6 混凝土灌注時(shí)間長(zhǎng)、方量大

根據(jù)計(jì)算單根鉆孔樁混凝土設(shè)計(jì)方量677.4 m3，為超長(zhǎng)大直徑灌注樁，根據(jù)以往澆筑經(jīng)驗(yàn)，混凝土澆筑需要約10 h，混凝土澆筑時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)混凝土連續(xù)供應(yīng)、連續(xù)澆筑質(zhì)量控制要求高，澆筑質(zhì)量直接關(guān)系到樁的實(shí)體質(zhì)量。

3 施工控制技術(shù)

3.1 作業(yè)平臺(tái)選擇

為了提高地基承載能力和降低長(zhǎng)江水位影響，需要對(duì)原地面進(jìn)行處理，根據(jù)以往類似工程平臺(tái)處理經(jīng)驗(yàn)，原地面通過(guò)碎石進(jìn)行填筑，平整后澆筑30 cm厚C25混凝土形成作業(yè)平臺(tái)，供樁基和起吊設(shè)備行走使用，平臺(tái)頂標(biāo)高+5.0 m。為了防止突發(fā)洪水對(duì)平臺(tái)的影響以及環(huán)保要求，在平臺(tái)四周筑造高1.5 m，寬2 m的臨時(shí)圍堰，提高平臺(tái)的安全性。

3.2 樁基施工工藝和鉆機(jī)選擇

根據(jù)本工程的地層特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)成樁速度、泥漿處理等方面綜合考慮，選用旋挖鉆樁基施工。

為了滿足流水作業(yè)2 d施工完成一根樁的施工速度，結(jié)合地層特點(diǎn)，投入4臺(tái)XR550D旋挖鉆機(jī)和1臺(tái)SR405R旋挖鉆，根據(jù)兩種鉆機(jī)的施工特性，原地面80 m范圍內(nèi)采用SR405R旋挖鉆機(jī)成孔，80 m以下部分采用XR550D旋挖鉆機(jī)接力成孔。成孔時(shí)間控制在48 h。

3.3 泥漿制備質(zhì)量控制

泥漿選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土、堿、聚丙烯酰胺等原料制成PHP泥漿進(jìn)行護(hù)壁，采用ZJ1000泥漿攪拌機(jī)攪拌制漿，造漿配合比見表3。

表3 1 m3膨潤(rùn)土泥漿配合比

泥漿造漿后檢驗(yàn)?zāi)酀{比重、粘度、含砂率、膠體率、pH值等指標(biāo)，鉆孔過(guò)程中隨時(shí)檢驗(yàn)?zāi)酀{比重和含砂率，根據(jù)地質(zhì)情況的變化隨時(shí)調(diào)整泥漿的性能指標(biāo)，保證泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。本工程樁基上部穿過(guò)粉砂及粉細(xì)砂地層，該地層均屬于極易坍孔地層，在鉆進(jìn)過(guò)程中，有大量的粉細(xì)砂溶于孔內(nèi)泥漿，造成了泥漿含砂率高，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況泥漿性能指標(biāo)不同地層的控制指標(biāo)符合表4要求。

3.4 成孔質(zhì)量控制

3.4.1鉆機(jī)的垂直度和速度控制

鉆機(jī)就位后應(yīng)定期檢查穩(wěn)定性，不得產(chǎn)生位移和沉陷。鉆機(jī)就位時(shí)與平面最大傾角不超過(guò)4°，鉆頭中心與樁位中心的偏差值不得大于2 cm，鉆桿傾斜度不大于0.5%。

表4 不同地層泥漿指標(biāo)控制值

初始鉆進(jìn)采用低速鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)護(hù)筒底部時(shí)，要低速減壓鉆進(jìn)，反復(fù)掃孔，直至形成一定的泥皮后才正常鉆進(jìn)。在粘性土層中，鉆機(jī)的進(jìn)尺速度可適當(dāng)加快；在砂土層中，鉆機(jī)的進(jìn)尺速度要減慢，以防坍孔。鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆桿的提升速度應(yīng)加以控制，嚴(yán)禁過(guò)快提升，防止鉆頭下方出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)，出現(xiàn)塌孔。

3.4.2水頭壓力控制

由于施工時(shí)間段內(nèi)，長(zhǎng)江岸邊的河水漲幅變化大，為了鉆進(jìn)工作的正常開展，需要觀察長(zhǎng)江邊水位情況，及時(shí)調(diào)整護(hù)筒內(nèi)的泥漿高度，確保護(hù)筒內(nèi)水頭高出長(zhǎng)江水位最高值2 m以上。

3.5 出渣處理

本項(xiàng)目單根樁的出渣量大，工程施工臨近江邊，場(chǎng)地有限，常規(guī)的出渣處理不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，如何快速處理出渣關(guān)系到成樁速度。為了提高出渣效率，本項(xiàng)目出渣先通過(guò)篩分設(shè)備快速瀝干、晾曬后通過(guò)土方車外運(yùn)出場(chǎng)地。

3.6 鋼筋籠加工及吊裝

鋼筋籠基本節(jié)段長(zhǎng)度為12.0 m，頂部、底部設(shè)配節(jié)長(zhǎng)度，接頭采用機(jī)械連接，接頭面積百分率為50%，分節(jié)吊裝到施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行安裝。本工程的鋼筋籠共分10節(jié)，長(zhǎng)度分別為8 776 mm+12 000 mm×8+6 174 mm。

鋼筋籠采用2臺(tái)200 t和1臺(tái)100 t履帶吊機(jī)作為吊運(yùn)設(shè)備，采用2點(diǎn)起吊，其中200 t履帶吊機(jī)作為主吊，100 t履帶吊機(jī)作為翻身用輔吊，吊機(jī)配合使鋼筋籠逐步豎立、對(duì)位入孔。

3.7 清孔質(zhì)量控制

采用兩次清孔，鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)孔深、孔徑、孔的垂直度等進(jìn)行檢查，符合要求后進(jìn)行第一次清孔；鋼筋籠、導(dǎo)管安放完畢，混凝土澆筑之前，進(jìn)行第二次清孔。第一次清孔、第二次清孔均采用氣舉反循環(huán)方法清孔，利用泥漿分離器過(guò)濾泥漿。

本工程樁基上部穿過(guò)粉砂及粉細(xì)砂地層，該地層均屬于極易坍孔地層，參考JTG—TF50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中易坍地層泥漿控制指標(biāo)要求以及本項(xiàng)目的實(shí)際施工情況，本項(xiàng)目鉆孔樁二清完成后泥漿指標(biāo)為：泥漿比重1.08～1.1，粘度19 Pa·s～28 Pa·s，含砂率8%～4%，沉渣厚度不大于15 cm。

二次清孔達(dá)到要求后，立即拆除清孔頭帽和高壓風(fēng)管，進(jìn)行水下混凝土灌注作業(yè)。

3.8 混凝土澆筑質(zhì)量控制

3.8.1配合比控制

本灌注樁混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)強(qiáng)度為C30，正式施工前，對(duì)混凝土的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，驗(yàn)證合格要求后，正式進(jìn)行開盤。混凝土坍落度為18 cm～22 cm，初凝時(shí)間不少于15 h，本項(xiàng)目的配合比見表5。

表5 C30混凝土配合比 kg/m3

3.8.2原材料控制

為了確?；炷临|(zhì)量，在項(xiàng)目施工附近建立專門的混凝土拌合站，拌樓和料倉(cāng)全封閉，由項(xiàng)目部管理人員親自對(duì)拌合站進(jìn)行管理，派專人采購(gòu)混凝土的粗、細(xì)集料，實(shí)現(xiàn)從料源到料倉(cāng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)管理，進(jìn)場(chǎng)前對(duì)原材料按照規(guī)范頻率進(jìn)行抽檢，合格后方可進(jìn)入堆場(chǎng)。

3.8.3灌注控制

1)導(dǎo)管安裝。

采用內(nèi)徑33 cm的壁厚1 cm快速卡口垂直提升式導(dǎo)管進(jìn)行混凝土灌注，導(dǎo)管安裝前進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力為孔底凈水壓力的1.5倍，取4.2 MPa。導(dǎo)管加壓至試驗(yàn)壓力后檢查有無(wú)滲漏情況，在無(wú)滲漏的條件下持荷時(shí)間不少于15 min，不滲漏即為合格。本工程選用的導(dǎo)管底節(jié)為4.3 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為3 m，共38節(jié)，頂節(jié)長(zhǎng)度1.5 m，對(duì)每節(jié)導(dǎo)管進(jìn)行編號(hào)，澆筑混凝土?xí)r按照編號(hào)順序進(jìn)行安裝。

2)首次混凝土量。

根據(jù)JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范8.2.11公式可以計(jì)算出首次混凝土灌入量為15 m3，其中H1取0.3 m，H2取1 m，Hw取120 m，γw取10.5 kN/m3，γc取24 kN/m3。

混凝土澆筑過(guò)程中要嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深，控制在2 m～6 m。

3)現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑設(shè)備配置。

根據(jù)混凝土生產(chǎn)方量、運(yùn)輸時(shí)間、汽車泵送速度以及其他不利因素綜合考慮，計(jì)算得出現(xiàn)場(chǎng)需要配置15 m3大料斗和3.6 m3拔球料斗、2臺(tái)汽車泵、6臺(tái)混凝土攪拌車、2條拌樓生產(chǎn)線。

3.9 其他保證措施

3.9.1備用樁基

為了提高樁基工作效率，減少機(jī)器故障維修時(shí)間，樁基發(fā)生故障后，故障部位的配件只換不修，配件從新的備用樁基中拆除，然后再維修故障配件，最大程度減少停機(jī)維修時(shí)間，提高工作效率。

3.9.2鉆頭防脫落保障措施

旋挖鉆鉆頭在超深成孔中掉落是成孔過(guò)程中一項(xiàng)難題，為了解決這一問(wèn)題，在每根樁成孔前對(duì)鉆頭鋼絲繩進(jìn)行仔細(xì)檢查，檢查合格后方可開鉆，一旦發(fā)現(xiàn)鋼絲繩存在斷絲、繩芯損壞等問(wèn)題一律予以報(bào)廢。每施工完成5根樁，無(wú)論鋼絲繩質(zhì)量如何，一律采取報(bào)廢處理，并將鋼絲繩剪斷，防止工人再次使用，降低鉆頭掉落風(fēng)險(xiǎn)。

4 關(guān)鍵控制措施

灌注樁在首根樁施工完成后，進(jìn)行了認(rèn)真的分析，對(duì)泥漿指標(biāo)、鉆進(jìn)速度、混凝土灌注等影響施工質(zhì)量和效率的因素進(jìn)行了優(yōu)化，保質(zhì)保量的完成了施工任務(wù)。

4.1 泥漿指標(biāo)

JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范對(duì)于大直徑、超長(zhǎng)樁的泥漿性能指標(biāo)不作硬性規(guī)定。因此，本項(xiàng)目剛開始方案中泥漿控制指標(biāo)泥漿比重應(yīng)控制在1.05～1.2之間，粘度一般地層控制在16 Pa·s～22 Pa·s，松散易塌陷地層控制在19 s～28 s，含砂率新制泥漿不大于2%，膠體率不小于95%，pH值大于6.5。但是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整了一清撈渣方式和二清指標(biāo)。

4.1.1一次清孔控制措施

本工程首根樁終孔后泥漿靜置24 h，泥漿砂率較終孔幾乎沒(méi)有變化，分析原因?yàn)轫?xiàng)目砂層較厚，為了控制塌孔風(fēng)險(xiǎn)，鉆進(jìn)成孔過(guò)程中，孔內(nèi)泥漿相對(duì)密度、粘度、含砂率等指標(biāo)相對(duì)偏大，泥漿較為粘稠。鉆孔過(guò)程中，大量的粉細(xì)砂溶于泥漿內(nèi)，由于粒徑太小，始終處于懸浮狀態(tài)，無(wú)法沉淀。因此，針對(duì)本項(xiàng)目的泥漿配置及砂子粒徑特點(diǎn)，在后續(xù)施工過(guò)程中直接采用撈渣斗將孔底的松散物直接打撈干凈，完成一清工作，大大縮減單樁成樁周期，減小孔壁長(zhǎng)時(shí)間浸泡而導(dǎo)致的坍孔風(fēng)險(xiǎn)。

4.1.2二次清孔控制措施

首根樁二次清孔的泥漿經(jīng)過(guò)泥漿分離器分離后，泥漿的砂率高達(dá)15%，但是粘度降幅較大，為了降低泥漿砂率，將濾砂器的篩目由25目(0.6 mm)更換成40目(0.425 mm)，含砂率得到有效降低，二次清孔后泥漿指標(biāo)為比重1.03～1.1，含砂率8%～4%，粘度18 Pa·s～30 Pa·s。

4.2 鉆進(jìn)速度

本項(xiàng)目有33 m的巖層，旋挖樁司機(jī)為了保險(xiǎn)起見，往往對(duì)該地層鉆進(jìn)速度偏慢，經(jīng)過(guò)首根樁試驗(yàn)和對(duì)司機(jī)的重新交底后，在巖層的進(jìn)尺速度控制在1 m/h～3 m/h，其他各層的速度見表6。

表6 鉆孔樁鉆進(jìn)速度

4.3 首封混凝土灌注

首封混凝土灌注是質(zhì)量控制的關(guān)鍵，設(shè)備根據(jù)3.8.3第(3)條要求配置，為了確保連續(xù)供應(yīng)，聯(lián)系了相鄰標(biāo)段的拌合站，作為備用站。

5 結(jié)語(yǔ)

1)認(rèn)真分析了疫情對(duì)工程影響，通過(guò)選擇合理施工工藝，優(yōu)化施工過(guò)程控制指標(biāo)，在確保質(zhì)量的前提下提高施工工效，在汛期來(lái)臨前順利完成了既定的任務(wù)目標(biāo)。

2)針對(duì)不同地層對(duì)司機(jī)進(jìn)行交底，提高不同地質(zhì)條件下的鉆進(jìn)速度，提高了鉆孔效率。

3)通過(guò)分析地層特性優(yōu)化成孔后一清控制措施和二清控制標(biāo)準(zhǔn)，提高了出渣效率，確保了成孔質(zhì)量。

4)通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，考慮不利影響，配置了符合要求的大小料斗、汽車泵、混凝土攪拌車、導(dǎo)管等。

5)為了減少樁基施工過(guò)程中停機(jī)維修時(shí)間和鉆頭掉落風(fēng)險(xiǎn)，制定了備件更換和硬性處理鋼絲繩措施，提高了樁基工作效率。