李會(huì)甫

(中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

1 工程概況

?？谑腥缫鈲u項(xiàng)目跨海大橋全長約5874.877m，主橋設(shè)置一處通航孔(70m+80m+200m+80m+70m)風(fēng)帆斜拉橋，其余跨徑為50m和30m組合，采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)。全橋共137個(gè)墩臺(tái)(含3個(gè)橋臺(tái)、2個(gè)主墩、2個(gè)主橋輔助墩、4個(gè)主橋連接墩)，137個(gè)承臺(tái)，652根樁。

目前，水中灌注樁施工，多采用搭設(shè)鉆孔平臺(tái)施工，海口市如意島項(xiàng)目跨海大橋樁基多為水中作業(yè)并且最大樁長達(dá)到了98m。由于潮汐水流的沖擊，水上施工條件的限制，水中超長灌注樁作業(yè)施工質(zhì)量如何保障，是本項(xiàng)目關(guān)鍵工序和重難點(diǎn)。

2 施工工藝

本工程施工工藝流程為：鉆孔平臺(tái)搭設(shè)→鋼護(hù)筒埋設(shè)→鉆孔施工→鋼筋籠制作安裝→水下混凝土灌注→后壓漿(見圖1)。

圖1 水中灌注樁施工工藝流程

2.1 鉆孔平臺(tái)搭設(shè)

為了滿足水中作業(yè)要求，必須先搭設(shè)鉆孔平臺(tái)。平臺(tái)采用鋼管樁基礎(chǔ)，將鋼管樁基礎(chǔ)與永久鋼護(hù)筒連接作為鉆孔施工用平臺(tái)基礎(chǔ)，以提高穩(wěn)定性[1]。上部結(jié)構(gòu)以貝雷片作為主要構(gòu)件焊接而成，鋼管樁利用打樁船施工，配合全站儀定位，采用導(dǎo)向架進(jìn)行輔助控制，以減少定位誤差，鋼管樁打設(shè)完畢后安裝平臺(tái)的上部結(jié)構(gòu)。平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)包括主梁、次梁、面板、欄桿等，主梁與次梁之間焊接牢固，在整個(gè)平臺(tái)面上鋪設(shè)面板封閉，保證平臺(tái)在鉆孔樁施工期間的安全，平臺(tái)搭設(shè)直接采用打樁船，所需材料由鐵駁船從岸邊倒運(yùn)至打樁船旁。

每個(gè)橋墩鉆孔樁平臺(tái)為相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性相對(duì)較差，可采取以下技術(shù)措施增加鉆孔平臺(tái)整體穩(wěn)定性：輔助鋼管樁下沉完成后，在鋼管樁位于水面以上的部位安設(shè)縱向聯(lián)撐并焊安剪刀撐；鉆孔樁護(hù)筒下沉完成后將鉆孔平臺(tái)與鋼護(hù)筒用型鋼聯(lián)結(jié)起來，并適當(dāng)對(duì)護(hù)筒聯(lián)結(jié)部位進(jìn)行局部加強(qiáng)。

2.2 鋼護(hù)筒埋設(shè)

2.2.1 鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)

鋼護(hù)筒的底部應(yīng)支撐在穩(wěn)定的土層中，原則上要求鋼護(hù)筒底部進(jìn)入粉質(zhì)黏土層1.5～2.0m；沒有黏土層時(shí)，則要求護(hù)筒底進(jìn)入中等密實(shí)的砂層2.0m以上。鋼護(hù)筒內(nèi)徑比設(shè)計(jì)樁徑大400mm，采用Q235鋼板卷制，同時(shí)在鋼護(hù)筒頂、底口增設(shè)加強(qiáng)環(huán)板(水中鋼護(hù)筒為一次性投入，不考慮周轉(zhuǎn))。需要注意的是，鋼護(hù)筒在運(yùn)輸過程中應(yīng)在內(nèi)部加設(shè)臨時(shí)內(nèi)撐，以增加整體剛度，防止運(yùn)輸過程中的變形。

2.2.2 鋼護(hù)筒的定位導(dǎo)向架設(shè)計(jì)與制作

為確保鋼護(hù)筒下沉?xí)r的平面位置與垂直度滿足施工要求，需要在鉆孔平臺(tái)上安裝導(dǎo)向架，直接立于平臺(tái)上方，其中心與樁基中心重合?？紤]到鋼護(hù)筒吊運(yùn)入孔的方便，導(dǎo)向架一側(cè)可按開放式設(shè)計(jì)，其余三邊采用固定框架結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向架調(diào)整到位后與平臺(tái)間采用4個(gè)δ20三角牛腿對(duì)稱布置單面焊接限位，履帶吊起吊鋼護(hù)筒，并徐徐進(jìn)入。導(dǎo)向架首先由人工粗定位，平面位置定位精度偏差不得超過3cm，活動(dòng)門架關(guān)上后，鋼護(hù)筒與導(dǎo)向滾輪間的空隙按1cm進(jìn)行控制(見圖2)。

圖2 導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)平面示意圖

2.2.3 鋼護(hù)筒下沉

測量人員放樣導(dǎo)向架的平面位置，吊裝導(dǎo)向架就位，調(diào)整導(dǎo)向架垂直度與平面位置，采用加勁板將導(dǎo)向架在平臺(tái)上限位。鋼護(hù)筒采用履帶吊起吊和安裝，較長鋼護(hù)筒分兩節(jié)起吊。采用履帶吊起吊底節(jié)鋼護(hù)筒，并緩慢送入導(dǎo)向架內(nèi)。在鋼護(hù)筒即將入水前，停止下放，并調(diào)整鋼護(hù)筒至正位，通過安裝在導(dǎo)向架角上定位槽鋼和圓鋼上的滾軸進(jìn)行定位，吊裝上節(jié)鋼護(hù)筒，與下節(jié)鋼護(hù)筒相接。在下節(jié)鋼護(hù)筒頂部對(duì)稱設(shè)置4個(gè)導(dǎo)向板，待上節(jié)鋼護(hù)筒大致就位進(jìn)入導(dǎo)向板內(nèi)后，吊機(jī)輕微落鉤，使下節(jié)護(hù)筒承受一部分上節(jié)護(hù)筒的重量。在重力作用和導(dǎo)向架的導(dǎo)向作用下，上節(jié)鋼護(hù)筒將與下節(jié)鋼護(hù)筒順直相接，此時(shí)于接縫處焊接四個(gè)馬腿，固定其接口，并對(duì)接縫進(jìn)行焊接，接縫處上節(jié)鋼護(hù)筒應(yīng)設(shè)置45°的坡口。焊接完畢后割開與導(dǎo)向架連接的地方，并取消鋼護(hù)筒豎向限位，下沉鋼護(hù)筒，在鋼護(hù)筒底端入土?xí)r，通過收緊鋼纜再次調(diào)整鋼護(hù)筒的垂直度和端口平面設(shè)置，滿足要求后開始下沉鋼護(hù)筒(見圖3)。

圖3 鋼護(hù)筒吊裝施工

液壓振動(dòng)錘安裝時(shí)，松鉤應(yīng)緩慢且隨時(shí)進(jìn)行觀測，防止鋼護(hù)筒平面位置偏差及傾斜度過大，然后振動(dòng)錘打至導(dǎo)向架頂面標(biāo)高，拆除導(dǎo)向架繼續(xù)振動(dòng)錘打至設(shè)計(jì)標(biāo)高即可[2]。嚴(yán)格控制護(hù)筒傾斜度不大于1/400，護(hù)筒沉放過程中，每沉入0.5～1.0m，停錘觀察隨時(shí)糾偏，沉放操作要謹(jǐn)慎，防止護(hù)筒底口內(nèi)卷。

鋼護(hù)筒下放完成后，及時(shí)與輔助鋼管樁連接，防止水流沖擊。鋼護(hù)筒若沉不下去，可采用護(hù)筒內(nèi)真空吸泥措施，再進(jìn)行護(hù)筒下放。護(hù)筒下沉到位后，及時(shí)對(duì)護(hù)筒外側(cè)四周進(jìn)行袋裝砂土拋填。每根鋼護(hù)筒錘打至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將其與已施工完的鋼護(hù)筒連接成整體，以增加整體穩(wěn)定性，減少水流沖擊偏差(見圖4)。

圖4 鋼護(hù)筒捶打完畢連接成型

2.3 泥漿制備

泥漿的性能對(duì)于超長灌注樁的鉆孔施工尤其重要，是防止塌孔和泥漿流失的關(guān)鍵，必須通過試驗(yàn)來確定其配合比，必要時(shí)應(yīng)增設(shè)試驗(yàn)樁[3]。泥漿可采用護(hù)壁性能良好的PHP泥漿。PHP泥漿由水、鈉質(zhì)膨潤土、純堿(Na2CO3)和水解聚丙稀酰胺(PHP)按照一定比例配制而成。為保證鉆孔樁成孔施工的順利進(jìn)行，泥漿在正式開鉆之前進(jìn)行配比試驗(yàn)，選擇泥漿各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)的配合比(見表1)。

表1 泥漿制備性能指標(biāo)

泥漿制備在泥漿船中進(jìn)行，鉆孔施工前首先將黃土(或膨潤土)送至泥漿船內(nèi)泥漿池進(jìn)行攪拌。當(dāng)泥漿性能指標(biāo)滿足施工要求后，用泥漿泵送入待鉆的護(hù)筒里再進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆孔里的泥漿通過泥漿循環(huán)器進(jìn)入泥漿凈化池進(jìn)行凈化處理，然后再流入鉆孔內(nèi)，如此循環(huán)。該項(xiàng)目樁基數(shù)量多，鉆渣棄置量大，可利用泥水處理器分離鉆渣，然后用運(yùn)輸船將鉆渣棄至指定棄渣場。

2.4 鉆孔施工質(zhì)量控制

鉆孔平臺(tái)完成后，可利用泥漿運(yùn)輸船進(jìn)行泥漿運(yùn)輸，防止泥漿污染海水。由于樁長較長，擬定采用正反循環(huán)鉆機(jī)，因?yàn)檎囱h(huán)鉆機(jī)扭矩大，并且泵吸反循環(huán)更適合超長樁基清孔。護(hù)筒內(nèi)部行程段可采用清水鉆孔，接近護(hù)筒底部2m左右加入泥漿，并控制泥漿黏度在28s左右，pH值在8～10左右，比重在1.1g/cm3左右。鉆頭通過筒底時(shí)應(yīng)降低鉆進(jìn)速度，以防漏漿，穿出筒底5m后可恢復(fù)至正常鉆速。鉆進(jìn)過程中隨時(shí)檢查鉆桿傾斜度，發(fā)現(xiàn)傾斜度超出限制(0.5%)，立即采取糾偏措施。

進(jìn)入砂層后，及時(shí)減小鉆壓，采用小鉆壓鉆進(jìn)，控制進(jìn)尺小于2m/h。進(jìn)入全風(fēng)化泥巖層后，適當(dāng)提升鉆壓，采用中鉆壓鉆進(jìn)，控制進(jìn)尺在0.8～1.2m/h，且宜適當(dāng)降低泥漿比重(小于1.1g/cm3)，并降低泥漿黏度。進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖層后，可采取加大鉆頭配重、更換滾刀鉆頭、降低鉆速等措施防止鉆頭觸巖側(cè)滑，確保鉆桿垂直度[4]。進(jìn)入弱風(fēng)化巖層后，控制轉(zhuǎn)速6～9r/min、鉆壓200～300kN連續(xù)穩(wěn)定鉆進(jìn)。終孔后，及時(shí)進(jìn)行清孔，清孔采用泵吸反循環(huán)清孔。孔內(nèi)泥漿指標(biāo)達(dá)到表2要求后及時(shí)進(jìn)行后續(xù)水下混凝土灌注施工。

表2 清孔后孔內(nèi)泥漿指標(biāo)參數(shù)

2.5 鋼筋籠制作安裝

鋼筋籠應(yīng)分段制作，按從頂籠至底籠每12m一節(jié)同槽通長制作。按由底至頂?shù)姆聪蝽樞颍来尉幪?hào)運(yùn)輸至平臺(tái)，按編號(hào)依次將鋼筋籠吊裝入鋼護(hù)筒內(nèi)。鋼筋籠主筋的連接采用機(jī)械接頭。入筒后利用固定桿暫時(shí)固定在護(hù)筒上，起吊下一節(jié)鋼筋籠，將中心對(duì)齊后緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)至主筋對(duì)齊，安裝接頭完畢后，拆除固定桿繼續(xù)下放連接后續(xù)鋼筋籠。鋼筋籠到達(dá)指定位置后用連接器與工具籠相連，下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，固定工具籠。鋼筋籠吊裝應(yīng)采用專用起重設(shè)備，并宜加臨時(shí)十字撐增加整體穩(wěn)定性。

2.6 水下混凝土灌注

混凝土灌注可采用混凝土攪拌船施工，或利用棧橋運(yùn)輸配合高壓泵車壓注。水下混凝土灌注要特別注意以下幾點(diǎn)：一是由于超長樁基單樁所需混凝土方量較大，單樁灌注時(shí)間較長，所以一定要注意混凝土初凝終凝時(shí)間和單樁灌注時(shí)間的關(guān)系，灌注時(shí)間過長的應(yīng)選用性能較好的緩凝劑，控制好配合比及攪拌時(shí)間[5]。二是灌注混凝土用導(dǎo)管應(yīng)在使用前進(jìn)行接頭抗拉拔試驗(yàn)和水密承壓試驗(yàn)，配合觀察以確保導(dǎo)管質(zhì)量，導(dǎo)管采用法蘭盤接頭加錐形活套。灌注混凝土用導(dǎo)管底至孔底控制在40cm左右，待首盤混凝土將截水閥門沖開后，可適當(dāng)將導(dǎo)管下沉10～20cm。應(yīng)采用較大的料斗存料，首盤混凝土灌注完畢可換用小料斗，首盤灌注后導(dǎo)管埋深不小于1m。三是灌注中應(yīng)隨時(shí)用重錘測定混凝土面的高度，灌注過程中導(dǎo)管埋深應(yīng)始終保持2～4m。當(dāng)管內(nèi)出現(xiàn)空氣囊時(shí)應(yīng)降低灌注速度，防止空氣壓力過大，使導(dǎo)管滲漏。溢出的泥漿應(yīng)隨時(shí)用泵抽出到泥漿運(yùn)輸船中，以防止對(duì)海水造成污染。當(dāng)樁內(nèi)混凝土面達(dá)到鋼筋籠底部1m時(shí)，降低灌注速度，防止灌速過快造成鋼筋籠上浮。

2.7 后壓漿質(zhì)量控制

由于樁身過長可能會(huì)造成清孔不徹底、沉渣層過厚等問題，因此可采用灌注混凝土后壓漿技術(shù)來對(duì)持力層和沉渣層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，提高其極限承載力和整體性[6]。壓漿材料可選用水泥漿，采用不低于42.5級(jí)的水泥，在鋼筋籠上預(yù)先固定好壓漿管，或者利用聲測管進(jìn)行。壓漿應(yīng)在樁身混凝土灌注完畢7天，且保證樁身混凝土強(qiáng)度不小于其設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后進(jìn)行。壓漿過程中要隨時(shí)觀測壓漿量和壓力，進(jìn)行壓漿量和壓力的雙控制。待壓漿量達(dá)到設(shè)計(jì)壓漿量，或者壓漿量雖然未達(dá)到設(shè)計(jì)壓漿量但是壓漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后持荷5min，且壓漿量不小于設(shè)計(jì)壓漿量的80%后可終止壓漿。

3 結(jié) 語

?？谑腥缫鈲u項(xiàng)目跨海大橋水中超長灌注樁基礎(chǔ)實(shí)際施工中，雖然經(jīng)常有水流沖擊影響、水中定位難、施工條件限制、鉆孔施工傾斜度過大、樁底沉渣層過厚等不少技術(shù)問題需要解決，但從鉆孔平臺(tái)搭設(shè)、鋼護(hù)筒埋設(shè)、泥漿制備、鉆孔施工、鋼筋籠制作安裝、水下混凝土灌注以及后壓漿等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)認(rèn)真探究分析，做好質(zhì)量控制，這些難題都能迎刃而解。