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        大直徑超長樁大功率旋挖鉆施工技術(shù)應(yīng)用研究

        2021-05-06 02:14:04
        關(guān)鍵詞:鋼護(hù)筒覆蓋層大功率

        熊 杰

        武九鐵路客運(yùn)專線湖北有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430200

        1 概述

        1.1 工程概況

        新建安九鐵路鳊魚洲長江大橋主橋?yàn)橹骺?72m的雙塔雙索面鋼箱混合梁斜拉橋,全長1320m。其中5#墩為橋塔墩,橋塔為“H”形混凝土結(jié)構(gòu),高度為242.0m[1]。橋塔基礎(chǔ)采用整體式承臺、群樁基礎(chǔ),共45根φ3.0m鉆孔樁,樁頂標(biāo)高-1.50m,樁底標(biāo)高-40.0~-56.5m,樁長38.5~55.0m。樁基呈行列式布置,縱向5排,橫向9排,縱、橫向樁間距為7.7m和6.2m。

        1.2 地質(zhì)

        5 #墩墩位處河床面高程約為-4.m~+6m,覆蓋層厚約26.5~35.7m,其上部為松散、稍密~中密狀細(xì)砂,層厚約12.6~16.0m;中部為稍密~中密狀細(xì)圓礫土,層厚約8.8~11.2m;下部為硬塑~堅(jiān)硬黏土夾薄層密實(shí)細(xì)圓礫土,層厚5.15~8.5m;下伏基巖為角礫狀灰?guī)r、灰?guī)r。5號墩位巖溶較為發(fā)育,巖面起伏跌宕、巖體內(nèi)存在溶溝、溶槽及溶洞等不良地質(zhì)體,見洞率達(dá)90%以上[2]。鉆探揭示巖溶溶洞由黏性土和風(fēng)化灰?guī)r碎塊全充填或半充填,巖溶空洞洞高在0.3~0.8m間,巖溶發(fā)育深度大多在高程-50.0m以上。5號主墩孔深64.05~79.05m,最大入巖深度約22.44m,巖層最大飽和抗壓強(qiáng)度90.5MPa,平均60.5MPa。

        2 總體施工方案

        2.1 鉆孔方案選擇

        5 號墩鉆孔樁原施工擬采用“旋轉(zhuǎn)鉆”施工方案。該方案共需布置8臺旋轉(zhuǎn)鉆機(jī),分6個循環(huán)完成鉆孔施工,單樁施工周期為25天,考慮鉆孔工期,完成45根樁施工6~7個月,不能滿足全橋工期需要。對5#墩實(shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行分析,并結(jié)合國內(nèi)類似地質(zhì)大型旋挖鉆成孔經(jīng)驗(yàn),確定采用“旋挖鉆”鉆孔施工方案進(jìn)行施工,配置2臺寶峨BG46型和2臺XR550D型旋挖鉆施工。

        2.2 鉆孔施工方案

        搭設(shè)水上鉆孔平臺,將水上施工轉(zhuǎn)變?yōu)殛懮献鳂I(yè)。平臺搭設(shè)完成后,采用200t浮吊輔以兩臺APE400液壓振動錘并聯(lián)振動插打鋼護(hù)筒。根據(jù)地質(zhì)勘探資料,提前對巖溶進(jìn)行預(yù)注漿處理。配置4臺大功率旋挖鉆鉆進(jìn),采用氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行清孔。

        3 鉆孔樁施工

        3.1 鉆孔平臺搭設(shè)

        鉆孔平臺頂面高程為+24.05m,采用“鋼管樁+貝雷梁”結(jié)構(gòu)(如圖1),并安裝一臺100t門式吊機(jī)輔助現(xiàn)場施工[3]。平臺平面平臺鋼管樁采用打樁船從岸側(cè)往江中方向呈“Z字型”進(jìn)行施工。利用200t浮吊安裝貝雷梁及鋼橋面板。雙向平臺連接通道為岸上施工,采用履帶吊+振動錘“釣魚法”施工。

        圖1 5#主塔墩鉆孔平臺平面布置圖(單位mm)

        3.2 鋼護(hù)筒插打

        鋼護(hù)筒內(nèi)徑3.35m,壁厚24.0mm,長度約44.0m,單根重約88t。鋼護(hù)筒底口穿過易塌砂層,進(jìn)入穩(wěn)定細(xì)圓礫土層。鋼護(hù)筒采用整根插打方式。鋼護(hù)筒采用200t浮吊輔以兩臺APE400液壓振動錘并聯(lián)振動插打,并采用可調(diào)式導(dǎo)向?qū)︿撟o(hù)筒進(jìn)行定位及垂直度調(diào)節(jié)。

        3.3 巖溶預(yù)注漿處理

        根據(jù)逐樁鉆孔地質(zhì)勘察資料確定的溶腔情況,在鉆孔樁施工前,對溶洞填充物性不好或半填充、空洞的狀態(tài)樁基周側(cè)進(jìn)行預(yù)注漿處理。注漿范圍為溶腔底至頂1~3m,漿液為P·O42.5水泥配制的純水泥漿,水灰比0.8~1.0。注漿孔布置于護(hù)筒外側(cè)20cm,當(dāng)溶腔為空洞時(shí),樁周均勻布設(shè)4個注漿孔,當(dāng)溶腔為填充狀態(tài),但填充物性狀不良或?yàn)榘胩畛鋾r(shí),樁周均勻布設(shè)8個注漿孔,以保證漿液均勻填充。

        3.4 旋挖鉆鉆進(jìn)

        3.4.1 泥漿制備

        泥漿原材料選用不分散、低固相、高粘度的PHP優(yōu)質(zhì)膨潤土化學(xué)泥漿。泥漿由優(yōu)質(zhì)膨潤土、堿(Na2CO3)、羧甲基纖維素(CMC)和聚丙烯酰胺(PHP)等原料組成。

        泥漿配合比為:水1000kg,優(yōu)質(zhì)粘土170kg,碳酸鈉3.6kg,纖維素0.08kg,聚丙烯酰胺0.04kg。

        3.4.2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)

        泥漿從孔口經(jīng)由出漿管進(jìn)入泥漿平臺進(jìn)行泥漿分離凈化后,進(jìn)入泥漿船,再由泥漿泵將泥漿經(jīng)由進(jìn)漿管送回孔口。主要鉆渣混合物由鉆機(jī)鉆頭攜帶至孔口儲渣斗內(nèi),施工過程中采用挖掘機(jī)將鉆渣運(yùn)至指定棄渣場。泥漿循環(huán)系統(tǒng)由泥漿船、泥漿分離器、空壓機(jī)、泥漿泵等形成循環(huán)。

        3.4.3 覆蓋層鉆進(jìn)

        覆蓋層鉆孔深度26.5~35.7m,鉆孔施工采用德國寶峨BG46型和徐工XR550D旋挖鉆機(jī),配Φ3.0m雙底雙開截齒鉆頭全斷面鉆進(jìn)。旋挖鉆機(jī)性能參數(shù)如下表1所示,可滿足施工需求。

        表1 旋挖鉆機(jī)性能參數(shù)表

        細(xì)砂層鉆進(jìn)時(shí),采用低壓、低轉(zhuǎn)數(shù)鉆進(jìn),并適當(dāng)增加泥漿比重和黏度。在鉆出護(hù)筒底口前后2.0m范圍,采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)數(shù)鉆進(jìn),同時(shí)控制進(jìn)尺,以確保護(hù)筒底口部位地層的穩(wěn)定。在整個鉆進(jìn)過程中,保持孔內(nèi)泥漿面高于長江水位1.5~2.0m,一直鉆至基巖頂面。旋挖鉆鉆進(jìn)參數(shù)參考表2選取,5#墩覆蓋層厚,旋挖鉆功效非常高,平均鉆進(jìn)效率為41.49m/d(折合1.73m/h)。

        表2 旋挖鉆鉆進(jìn)施工參數(shù)表

        3.4.4 基巖鉆進(jìn)

        采用Φ1.5m、Φ2.0m、Φ3.0m直徑鉆頭分級擴(kuò)孔,碾壓破碎方式鉆進(jìn)。巖層第一級Φ1.5m鉆孔。采用牙輪巖石環(huán)切鉆頭將巖石環(huán)切,破壞巖石的完整性,截齒撈渣斗清渣,直至孔底。巖層擴(kuò)孔鉆進(jìn)。利用Φ2m和Φ3.0m破碎鉆擴(kuò)孔,采用雙底雙開撈渣鉆頭進(jìn)行鉆渣清理。巖層鉆進(jìn)過程中,泥漿比重維持不變。據(jù)統(tǒng)計(jì),5#墩基巖平均鉆進(jìn)效率為5.63m/d(折合0.234m/h)。

        施工過程中通過鉆機(jī)本身的三向垂直控制系統(tǒng)反復(fù)檢查成孔的垂直度,確保成孔質(zhì)量。

        5號墩樁基穿過巖溶層,巖溶由黏性土和風(fēng)化灰?guī)r碎塊全充填或半充填,雖然進(jìn)行了預(yù)注漿處理,難以保證所有溶腔得以填充及固化,為防止漏漿、塌孔,墩位處需備足泥漿、黏土、片石及泥漿泵等,以便在發(fā)生漏漿時(shí)能夠及時(shí)補(bǔ)漿。

        鉆進(jìn)時(shí),通過地勘資料、鉆壓及鉆渣判斷是否進(jìn)入巖溶層,進(jìn)入巖溶層后鉆壓會明顯下降。在巖溶頂及巖溶層鉆進(jìn)時(shí),需減壓慢速鉆進(jìn),并適時(shí)反轉(zhuǎn),加固孔壁;同時(shí),密切觀察孔內(nèi)泥漿面變化,發(fā)生漏漿時(shí)應(yīng)及時(shí)提鉆補(bǔ)泥漿,拋填碎石;待泥漿面不再下降后,再減壓慢速鉆進(jìn),通過反轉(zhuǎn)加固孔壁。

        3.5 成孔、鋼筋籠及混凝土施工

        成孔、鋼筋籠及混凝土施工和一般樁基施工基本相同,鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,對巖樣核對,進(jìn)行地質(zhì)及孔深確認(rèn)終孔。終孔完成后進(jìn)行檢孔,孔深和孔底沉渣采用標(biāo)準(zhǔn)錘檢測,孔徑、孔形采用超聲波測量。鋼筋籠采用胎架長線法制作。鋼筋籠通過平板車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場,然后用100t門吊吊裝筋籠進(jìn)行下放。采用垂直導(dǎo)管法樁基水下混凝土灌注。采用拔球+隔水栓方式進(jìn)行樁基首批混凝土灌注。

        4 結(jié)束語

        新建安九鐵路鳊魚洲長江大橋5號主墩采用大型旋挖鉆施工,順利完成了所有鉆孔樁施工,工期提前45天,單樁成樁周期為12~15天,遠(yuǎn)高于其它成孔方式。相比其他鉆進(jìn)方式,大功率旋挖鉆有以下特點(diǎn):

        1.覆蓋層鉆進(jìn)效率高,適合厚覆蓋層地質(zhì)。5#墩覆蓋層厚26.5~35.7m,使用大功率旋挖鉆不到1d可鉆透覆蓋層,平均鉆進(jìn)效率為41.49m/d。

        2.大功率旋挖鉆克服一般旋挖鉆扭矩傳遞較差,鉆巖能力較弱的缺點(diǎn),在基巖鉆進(jìn)中,功效顯著。5#基巖為灰?guī)r,平均飽和強(qiáng)度達(dá)到60MPa,最大飽和抗壓強(qiáng)度90.5MPa,大功率旋挖鉆充分發(fā)揮自身扭矩大,功率大的優(yōu)勢,基巖平均鉆進(jìn)效率為5.63m/d,高于傳統(tǒng)沖擊鉆、回旋鉆工效。

        3.大功率旋挖鉆自行移位迅速、配合設(shè)備少。旋挖鉆移動方便,除了清除鉆渣,基本不需要其它配合設(shè)備。

        4.大功率旋挖鉆施工,成本較大,基巖鉆進(jìn),容易磨損鉆頭,更換費(fèi)用高。

        5.號墩鉆孔樁施工后,經(jīng)超聲檢測,全部為Ⅰ類樁,可為同類工程樁基施工提供借鑒。

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