石懷遠(yuǎn)，徐大振

(安徽省公路橋梁工程有限公司，合肥 230000）

1 工程概況

廬江縣湯池大道二期工程，起訖樁號(hào)為：K3+600～K11+700，主線長(zhǎng)為8.1km。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用雙向六車道一級(jí)公路兼市政功能，設(shè)計(jì)速度80km/h，路基寬43m、路面寬30m、綠線寬100m。本工程設(shè)置橋梁7 座，其中，白石天河特大橋主橋?yàn)樽兘孛骖A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，主跨130m 跨越河道及大壩，邊跨78m；兩側(cè)引橋采用30m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。根據(jù)橋梁的基本布局，全橋梁跨徑組合為15×30m+（78m+130m+78m）+21×30）m，長(zhǎng)度為1 372.0m，15#～18#墩為主墩及過(guò)渡墩，均為根式鉆孔灌注樁施工，樁徑1.8m，單根樁根鍵分別為56 個(gè)、72 個(gè)、72 個(gè)、56 個(gè)，樁底持力層位于中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，均為摩擦樁設(shè)計(jì)，設(shè)置4 根聲測(cè)管，C30 水下混凝土樁基。

2 工藝原理

根式樁基數(shù)控定位頂進(jìn)施工技術(shù)[1]，鉆孔施工采用旋挖鉆成孔，期間采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁。鉆孔成樁后，應(yīng)及時(shí)清干凈孔底殘?jiān)?，確保沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)要求。樁基鋼筋籠在加工廠采用長(zhǎng)線法制作，預(yù)留好根鍵安裝位置及安裝磁性發(fā)射裝置，加工完成后分節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，采用機(jī)械接頭接長(zhǎng)下放，并安裝聲測(cè)管，樁基聲測(cè)管應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行安裝。鋼筋籠下放完成后應(yīng)及時(shí)完成根鍵頂進(jìn)安裝，利用聲測(cè)管進(jìn)行根鍵下放前定位；根鍵采用旋挖鉆與專用數(shù)控頂進(jìn)裝置配合進(jìn)行頂進(jìn)安裝施工；頂進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)數(shù)控平臺(tái)數(shù)據(jù)及安裝在頂進(jìn)裝置上的磁式傳感應(yīng)器達(dá)到精確定位；根鍵頂進(jìn)安裝完成后應(yīng)盡快灌注混凝土，樁身混凝土灌注必須一次完成；樁基混凝土由拌和站供應(yīng)，通過(guò)混凝土罐車經(jīng)施工便道運(yùn)輸至施工墩位。利用剛性導(dǎo)管法澆筑水下混凝土成樁。根式基礎(chǔ)布置如圖1 所示。

圖1 根式基礎(chǔ)布置圖

3 施工工藝

根式樁基施工利用常規(guī)旋挖鉆進(jìn)成孔，旋挖鉆配合專用頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行根鍵安裝頂進(jìn)施工，根鍵安裝完成后進(jìn)行混凝土澆筑。其操作要點(diǎn)為鋼筋籠的制作與安裝、磁性發(fā)射裝置的預(yù)埋安裝、根鍵預(yù)制、數(shù)控定位頂進(jìn)施工。

3.1 鋼筋骨架的制作與安裝

樁基鋼筋籠采用長(zhǎng)線加工法在定位胎具上分段制作鋼筋籠，采用鋼筋籠胎座，多節(jié)段同時(shí)加工，控制鋼筋籠軸線偏差，保證鋼筋匹配對(duì)接精度。鋼筋籠所用的鋼材需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，確保產(chǎn)品合格，滿足所用鋼材的規(guī)格要求。

鋼筋籠螺旋鋼筋成型后開始進(jìn)行根鍵預(yù)留孔位的設(shè)置，為了便于分辨和統(tǒng)計(jì)將鋼筋籠的根鍵預(yù)留的主筋空當(dāng)分別按照角度編號(hào)，編號(hào)為0°、90°、180°、270°、45°、135°、225°、315°8 個(gè)方向，預(yù)留孔位置定位從樁頂鋼筋反算孔位開設(shè)位置，將箍筋割除，并加強(qiáng)定位。

待鋼筋籠根鍵預(yù)留口加強(qiáng)定位完成后，進(jìn)行磁性發(fā)射裝置的安裝，安裝完成后進(jìn)行軸心定位，保證磁式傳感應(yīng)器能順利感應(yīng)，從而輔助根鍵精確頂進(jìn)。利用聲測(cè)管輔助設(shè)備頂進(jìn)前精準(zhǔn)就位，每根樁沿鋼筋籠周邊按照設(shè)計(jì)圖紙要求均勻布置聲測(cè)管（檢測(cè)結(jié)束后每根鋼管均需壓漿封實(shí)）。

鋼筋骨架的起吊采用汽車吊。使用兩點(diǎn)吊來(lái)保證骨架起吊時(shí)不變形，第一個(gè)吊點(diǎn)設(shè)置在骨架底部，第二個(gè)吊點(diǎn)設(shè)置骨架長(zhǎng)度的中點(diǎn)到上三分點(diǎn)之間。

3.2 根鍵施工

3.2.1 根鍵制作

根鍵采用在預(yù)制場(chǎng)集中預(yù)制。為了確保根鍵的預(yù)制精度，根鍵預(yù)制模板由鋼板加工制作，在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)將模板組裝好，預(yù)制根鍵混凝土采用吊斗進(jìn)行澆筑，采用直徑比較小的振搗棒。

預(yù)制完成的根鍵進(jìn)行濕潤(rùn)，并對(duì)達(dá)到吊裝強(qiáng)度的進(jìn)行編號(hào)，分層堆放，堆放的高度必須滿足地基的承載力要求。

3.2.2 根鍵頂推作業(yè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與加工

預(yù)制成型的根鍵采用旋挖鉆與專用數(shù)控頂進(jìn)裝置配合進(jìn)行頂進(jìn)施工，采用磁性感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行定位復(fù)核[2]。

根鍵頂進(jìn)裝置，通常由反力架、千斤頂和錐壓件組成。反力架由1 個(gè)上頂板、4 個(gè)滑臺(tái)和連桿組成。4 件滑臺(tái)與加強(qiáng)環(huán)結(jié)合在一起，中間帶有十字形凹槽?；瑝K卡在滑臺(tái)的卡槽中，只能徑向移動(dòng)。錐壓件為十字形。錐壓件放置在滑臺(tái)的十字形槽中，滑槽的頂部與千斤頂連接，并且可以在反力架內(nèi)軸向移動(dòng)。工作原理是滑塊的斜面緊靠錐壓件的斜面。隨著壓力的逐漸減小，滑塊產(chǎn)生向下的2 個(gè)分力。向下的分力作用在滑臺(tái)上，并通過(guò)連桿在頂板上產(chǎn)生向下作用力，千斤頂向下壓錐壓件，在頂板上產(chǎn)生一個(gè)向上作用力。這2 個(gè)力是相互平衡的內(nèi)力，從而形成了軸向自平衡系統(tǒng)。同時(shí)，滑動(dòng)向外的分力作用在根鍵上并向外頂出，頂進(jìn)裝置以頂推力1 600kN 運(yùn)行。

3.2.3 根鍵頂進(jìn)設(shè)備轉(zhuǎn)換和定位系統(tǒng)調(diào)試安裝

1）根鍵頂進(jìn)設(shè)備轉(zhuǎn)換

根鍵施工之前，旋轉(zhuǎn)鉆頭拆除以安裝油體并將連桿連接到頂進(jìn)裝置。

過(guò)油體的功能是通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆的液壓系統(tǒng)或外部油泵的油壓通過(guò)油管傳送到頂進(jìn)裝置千斤頂上。油體配備有收放線盤。在進(jìn)行頂進(jìn)施工的過(guò)程中，直接將其放置在孔外正上方，下放鉆桿時(shí)，也同時(shí)下放油管。在整個(gè)過(guò)程中，油管均保持自然直立狀態(tài)，從而防止了油管懸掛在鋼筋籠上。

頂進(jìn)裝置與鉆桿連接時(shí)，設(shè)置連接頭。該連接頭一端與鉆桿銷接，一端與頂進(jìn)裝置焊接。

2）定位系統(tǒng)調(diào)試安裝

為解決傳統(tǒng)根鍵施工人工測(cè)繩定位頂進(jìn)存在的效率低和精準(zhǔn)度難控制等諸多缺點(diǎn)，項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了設(shè)備更新及創(chuàng)新應(yīng)用；采用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)精確定位根鍵頂入位置，并運(yùn)用磁力感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行定位復(fù)核，進(jìn)一步提高定位精準(zhǔn)度，在提高作業(yè)效率和可靠性的同時(shí)，還減少了對(duì)土體和鋼筋的擾動(dòng)影響。

數(shù)控定位系統(tǒng)調(diào)試安裝，運(yùn)用安裝在旋挖鉆桿上的測(cè)量設(shè)備，通過(guò)電子數(shù)控操作平臺(tái)進(jìn)行數(shù)控定位，根鍵頂進(jìn)設(shè)備轉(zhuǎn)換后，應(yīng)進(jìn)行垂直儀器和深度儀等數(shù)控設(shè)備調(diào)試，保證其使用精度。

磁性感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)試，其原理是利用安裝在頂進(jìn)設(shè)備上的磁式傳感器感應(yīng)安裝在鋼筋籠根鍵預(yù)留孔位上的磁性發(fā)射裝置進(jìn)行定位，磁式傳感器是接近傳感器，它（甚至透過(guò)非黑色金屬）響應(yīng)于一個(gè)永久的磁場(chǎng)，作用距離大于電感傳感器，響應(yīng)曲線確定了永久磁場(chǎng)的方向。當(dāng)物體（永磁體或外部磁場(chǎng)）接近，線圈鐵芯的導(dǎo)磁性（它確定線圈的電感量）變小，線圈的電感量也減小。振蕩器被激勵(lì)以增加振蕩，振蕩電流增加，當(dāng)磁性物體接近時(shí)，會(huì)增加磁性傳感器的電耗。其最大優(yōu)點(diǎn)可以穿過(guò)金屬檢測(cè)。如圖2 所示。

圖2 磁性感應(yīng)系統(tǒng)

3.2.4 根鍵頂推

當(dāng)鉆孔樁成孔檢驗(yàn)合格，鋼筋籠下放操作完成，然后開始根鍵頂推工作。

1）根鍵頂推順序

根鍵分層頂推，先頂推最下面一層，自下而上頂推其他各層根鍵。

2）根鍵頂進(jìn)施工方法

在連接到頂進(jìn)裝置和旋轉(zhuǎn)鉆桿之后，旋轉(zhuǎn)鉆轉(zhuǎn)到孔邊，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以便在使用聲測(cè)管進(jìn)行就位之前將其定位，將頂進(jìn)裝置放置在鋼筋籠的中心。對(duì)中后，將旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)轉(zhuǎn)到鉆孔的一側(cè)，調(diào)整鉆頭的位置并安裝根鍵，以使根鍵與鋼筋籠上的預(yù)留孔對(duì)應(yīng)。下放鉆桿到該層根鍵標(biāo)高，利用數(shù)控頂進(jìn)系統(tǒng)和磁性定位設(shè)備輔助進(jìn)行確切定位，定位后，用旋轉(zhuǎn)鉆液壓系統(tǒng)或外部油泵頂進(jìn)根鍵，頂進(jìn)完成后，提升鉆桿并將頂進(jìn)裝置提升到孔外。

3）根鍵頂進(jìn)位置精度控制

進(jìn)行根鍵頂進(jìn)施工過(guò)程中，必須正確地定位根鍵的平面和垂直位置，以便可以輕松地將其頂進(jìn)到鋼筋籠預(yù)留孔中。

（1）平面位置定位

根鍵平面位置由聲測(cè)管引導(dǎo)進(jìn)行控制，當(dāng)平面定位時(shí)，鉆頭旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行稍微調(diào)整，確保頂進(jìn)裝置的滑槽套入聲測(cè)管。

（2）豎向位置定位

豎向位置定位通過(guò)采用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)精確定位下放深度，并運(yùn)用磁力感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行定位復(fù)核，具體方法如下：

鋼筋籠形成后，將護(hù)筒作為垂直方向上的控制點(diǎn)，測(cè)量每一層的根鍵到控制點(diǎn)的距離。安裝鋼筋籠后，設(shè)置一個(gè)水平標(biāo)高控制線在控制點(diǎn)的孔旁邊，該控制線作為根鍵頂進(jìn)裝置下放的零點(diǎn)，確定鉆桿下放深度。

頂進(jìn)施工前，先不安裝根鍵，下放頂進(jìn)裝置至標(biāo)高控制點(diǎn)，對(duì)鉆桿讀數(shù)進(jìn)行清零，利用磁性感應(yīng)系統(tǒng)，判斷數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，若兩者量測(cè)深度一致，則鉆桿下放深度準(zhǔn)確，若量測(cè)深度不一致，則通過(guò)內(nèi)插法調(diào)整每層根鍵頂進(jìn)時(shí)鉆桿下放深度數(shù)據(jù)，使之與實(shí)際相符。

鉆桿標(biāo)定后，安裝根鍵，調(diào)節(jié)頂進(jìn)裝置的平面位置，將頂進(jìn)裝置放低至標(biāo)高控制線，確保控制線與根鍵的水平線平齊，確保鉆桿下放深度清零，然后放下鉆桿到根鍵頂進(jìn)深度位置，豎向定位完成。

3.3 灌注水下混凝土

灌注水下混凝土采用導(dǎo)管法。導(dǎo)管用壁厚4mm，內(nèi)徑25cm 的鋼管制作。導(dǎo)管使用前做水密、承壓試驗(yàn)，保證導(dǎo)管不漏水。導(dǎo)管底離孔底40cm，導(dǎo)管頂部應(yīng)設(shè)漏斗、儲(chǔ)料斗[3]。

在灌注過(guò)程中，要注意管內(nèi)的混凝土下降和水位的升降情況，測(cè)量并記錄管道的埋置深度和混凝土的高度。灌注首批混凝土?xí)r，埋管的深度應(yīng)不小于1 m，為了確保樁質(zhì)量，在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上加灌一定高度，增加的高度一般為0.8m。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)對(duì)圩區(qū)根式樁基數(shù)控+磁力感應(yīng)系統(tǒng)施工技術(shù)的實(shí)踐證明，發(fā)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用大大增加了根鍵頂進(jìn)效率及精度，利用聲測(cè)管及磁力感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行輔助定位，進(jìn)一步提高根鍵安裝精度，保證根鍵施工質(zhì)量；該施工技術(shù)具有簡(jiǎn)單、高效、投入小等特點(diǎn)，且施工質(zhì)量更容易保證，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。得到了監(jiān)理及上級(jí)部門專家的一致好評(píng)。同時(shí)積累了根式樁基礎(chǔ)的施工經(jīng)驗(yàn)，為主橋施工順利開展打下了基礎(chǔ)。