文 / 中交一航局第三工程有限公司 張正國(guó) 林倩斐

本文以鶴大高速佳木斯過境段項(xiàng)目二標(biāo)段松花江特大橋樁基施工為例，從樁基鉆孔、鋼筋籠安裝及混凝土灌注三方面，介紹了水下全砂層大直徑超長(zhǎng)灌注樁施工技術(shù)，為類似樁基施工提供借鑒。

工程概況

鶴大高速佳木斯過境段項(xiàng)目是黑龍江省首個(gè)PPP模式高速公路和黑龍江省百大項(xiàng)目之一。松花江特大橋是本項(xiàng)目控制性工程，也是黑龍江省規(guī)模最大的橋梁工程和跨度最大的多塔矮塔斜拉橋，橋梁全長(zhǎng)3124m，其中主橋長(zhǎng)度1020m。主橋采用群樁基礎(chǔ)，每座承臺(tái)下布置18根樁基，樁徑2m，樁長(zhǎng)82m，地質(zhì)條件主要為粗砂、中砂、礫砂及圓礫，厚度約100m，砂礫層標(biāo)貫擊數(shù)達(dá)40擊，且礫石含量較多，屬于密實(shí)砂礫層。

鉆孔施工

施工工藝選擇

考慮到地質(zhì)條件及主橋樁位集中等因素，選用車身較短、機(jī)件重量小、施工效率高、移動(dòng)較快的履帶式泵吸反循環(huán)鉆機(jī)FZX-500，鉆孔最大直徑為5m，鉆孔最大深度為150m。

主橋橋址地質(zhì)條件主要為中粗砂礫，透水性強(qiáng)，為確?？妆诜€(wěn)定，避免塌孔和漏漿，設(shè)置鋼護(hù)筒入土深度不小于8m。

為進(jìn)一步加強(qiáng)孔壁的穩(wěn)定，同時(shí)提高鉆屑的排出能力，采用藝嘉泥漿外加火堿NaOH作為原料來配置泥漿。該泥漿無毒無害，對(duì)環(huán)境無污染。

鋼棧橋及鉆孔平臺(tái)施工

鋼棧橋采用貝雷梁、鋼管樁結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)357m，橋面寬度7.5+1.5m（車行道寬度+人行道寬度），根據(jù)松花江歷年最高水位+80.86m，設(shè)置橋面頂標(biāo)高為+83.5m，鋼棧橋承載力設(shè)計(jì)為110t。支棧橋及鉆孔平臺(tái)平面尺寸為38.6×33m，結(jié)構(gòu)形式與鋼棧橋類似，頂面標(biāo)高與鋼棧橋齊平，支棧橋承載力為180t，鉆孔平臺(tái)承載力為150t。

鋼護(hù)筒沉放

為確?？妆诜€(wěn)定，通過計(jì)算樁孔內(nèi)外水頭差，最終確定鋼護(hù)筒入土深度不小于8m。鋼護(hù)筒采用螺旋焊管，由專業(yè)廠家加工制作，材質(zhì)為Q235，壁厚14mm。鋼護(hù)筒自身重量較大，打設(shè)時(shí)只能輕微調(diào)整，不能大幅度調(diào)整，故外徑選擇2.4m，便于輕微調(diào)整。為便于運(yùn)輸方便，鋼護(hù)筒最大加工長(zhǎng)度不超過12m，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，再進(jìn)行接長(zhǎng)焊接。

鋼護(hù)筒采取100t履帶吊配合DZJ120電動(dòng)振動(dòng)錘沉放，初期使用單錘振沉方式，因中粗砂礫在震動(dòng)過程中會(huì)越加密實(shí)，導(dǎo)致護(hù)筒下沉困難，后改用DZJ180電動(dòng)振動(dòng)錘，最大激振力1390kn，最大偏心力矩為1240N. m，并使用雙錘連振工藝，沉放鋼護(hù)筒最大長(zhǎng)度約18.5m，外露長(zhǎng)度10m，單根最大重量15.3t。為了防止鋼護(hù)筒在沉放過程中變形，在鋼護(hù)筒上、下口焊接50cm加強(qiáng)箍。

沉放過程中，采用經(jīng)緯儀隨時(shí)觀測(cè)鋼護(hù)筒垂直度，保證偏差不大于0.5%。57#墩樁基護(hù)筒自由段長(zhǎng)度15m，鋼護(hù)筒沉放時(shí)有10m懸空，易出現(xiàn)偏斜。為確保鋼護(hù)筒沉放精度，需設(shè)置雙層導(dǎo)向定位架。雙層導(dǎo)向定位架由型鋼焊接而成，高度4m，內(nèi)部?jī)舫叽鐬?.46×2.46m，上下兩層四角設(shè)置可調(diào)導(dǎo)向輪。

鋼護(hù)筒沉放后，底端應(yīng)不小于設(shè)計(jì)深度，頂端應(yīng)高出平臺(tái)頂面30cm。

泥漿制備及泥漿循環(huán)系統(tǒng)

1.泥漿制備

采用藝嘉泥漿外加火堿NaOH作為原料來配置泥漿。

2.泥漿循環(huán)系統(tǒng)

制作泥漿箱，根據(jù)泥漿損耗率，泥漿箱的容積不應(yīng)小于成孔體積的1.2倍，泥漿箱中設(shè)置2個(gè)沉淀池和1個(gè)循環(huán)池，保證泥漿的沉淀速度，具體制作如圖2.4-1。

先將陸上造漿池內(nèi)泥漿通過泥漿車泵送至泥漿箱內(nèi)循環(huán)倉，循環(huán)倉內(nèi)泥漿通過連通管或泥漿泵進(jìn)入開鉆孔孔口。鉆機(jī)開鉆，孔內(nèi)泥漿攜帶鉆渣，在砂石泵的作用下，從孔底經(jīng)鉆桿流出，直接進(jìn)入泥漿箱內(nèi)沉淀倉，泥漿鉆渣沉淀后，分離出來的泥漿直接進(jìn)入循環(huán)倉參與再循環(huán)，而鉆渣則通過小挖機(jī)直接挖出，通過自卸車運(yùn)走。在整個(gè)循環(huán)過程中，要不斷向泥漿箱內(nèi)補(bǔ)充泥漿。

鉆孔

在一個(gè)承臺(tái)所有樁基的護(hù)筒都沉放完畢后進(jìn)行鉆孔施工，為避免樁基在施工過程中對(duì)相鄰樁基的干擾，采用由外而內(nèi)、間隔跳打的方式進(jìn)行鉆孔。

鉆孔作業(yè)時(shí)，需要減壓鉆進(jìn)，根據(jù)不同地質(zhì)層選擇與之相適應(yīng)的進(jìn)尺速度和轉(zhuǎn)速。對(duì)于砂層，需要低檔慢速、輕壓、大泵量、稠泥漿鉆進(jìn)，每小時(shí)進(jìn)尺控制在0.5m以內(nèi)，以免孔壁不穩(wěn)定，發(fā)生局部擴(kuò)孔或局部坍塌，并充分浮渣、排渣，以防埋鉆現(xiàn)象；對(duì)砂礫層，采用低檔慢速、輕壓、優(yōu)質(zhì)濃泥漿鉆進(jìn)，每小時(shí)進(jìn)尺控制在0.8m以內(nèi)，確保護(hù)壁厚度以及充分排渣；護(hù)筒底口和不同地層交接處附近，采用低檔慢速、小進(jìn)尺鉆進(jìn)、防止擴(kuò)孔、塌孔和偏斜孔，每小時(shí)進(jìn)尺控制在0.5m以內(nèi)。水中樁基鉆孔施工受水位影響，注意保證孔內(nèi)泥漿面任何時(shí)候均應(yīng)高出江水面1.5~2.0m以上。在大風(fēng)浪、洪水期施工時(shí)，派專人定期測(cè)量河床面，當(dāng)河床面沖刷嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)采取拋填砂袋或石籠的辦法進(jìn)行沖刷防護(hù)，以確保鋼管樁、鋼護(hù)筒足夠的入床深度以及鉆孔平臺(tái)的整體穩(wěn)定性及安全。

清孔

首次清孔采用反循環(huán)鉆機(jī)配合泥漿泵進(jìn)行循環(huán)泥漿清孔，即用新拌制泥漿置換孔內(nèi)高濃度泥漿，調(diào)整孔內(nèi)泥漿比重、粘度、含砂率等指標(biāo)，使之滿足灌注水下混凝土需要。

具體做法：將反循環(huán)鉆機(jī)的鉆頭提升，使之距離孔底約10cm左右，鉆頭緩慢旋轉(zhuǎn)，維持泥漿循環(huán)流動(dòng)，過程中保持孔內(nèi)水頭，防止塌孔，在清孔完畢后，檢測(cè)孔底沉渣厚度、泥漿等技術(shù)指標(biāo)。

二次清孔采用氣舉法，采用水下混凝土灌注的導(dǎo)管配合直徑5cm高壓無縫鋼管，通過20m/min空壓機(jī)輸送壓縮空氣氣舉法排出孔底高濃度泥漿，沖散沉淀層，使之呈懸浮狀態(tài)后，立即開始水下混凝土施工。

鋼筋籠安裝

鋼筋籠在鋼筋加工棚內(nèi)采用數(shù)控鋼筋滾絲機(jī)、數(shù)控鋼筋鋸床、數(shù)控鋼筋滾焊機(jī)分節(jié)加工成型、炮車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)、履帶吊現(xiàn)場(chǎng)分節(jié)吊裝入孔方法。

松花江特大橋主橋主墩灌注樁共36根，鋼筋籠重29.37t，分為7節(jié)下放；主橋過渡墩灌注樁共10根，鋼筋籠重20.221t，分為5節(jié)下放。鋼筋籠下放普遍方法采用穿杠固定每節(jié)鋼筋籠，由于松花江特大橋主橋鋼筋籠為雙主筋，鋼筋較密、重量大，采用穿杠不便于施工。

采用通用性強(qiáng)的鋼筋籠吊掛平臺(tái)，使用方便，安全可靠。

混凝土灌注

（1）沉渣厚度、孔深滿足要求后，安裝首灌料斗，開始澆混凝土?xí)r，為保證隔水栓能順利排出，導(dǎo)管底部距孔底距離宜為30～50cm。

（2）初灌量應(yīng)使導(dǎo)管一次埋入混凝土1.5m以上，首批混凝土灌注方量應(yīng)能滿足導(dǎo)管初次埋置深度的需要，首批混凝土的數(shù)量計(jì)算公式為：

V≥πdh/4+πDH/4

本工程主橋灌注樁樁徑2000mm，經(jīng)計(jì)算，V≥9.74m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，首批混凝土灌注漏斗容量取3m，其余7m采用混凝土罐車配合斜坡道方式灌注到3m料斗內(nèi)，形成連續(xù)灌注。

（3）水下混凝土必須具備良好的和易性，配合比應(yīng)通過試驗(yàn)確定；坍落度宜為180～220mm，每車混凝土檢查，在混凝土澆筑前，提交混凝土配合比試驗(yàn)報(bào)告給監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方可使用。

（4）在灌注混凝土前，首先吊入隔水塞，隔水塞比導(dǎo)管內(nèi)徑小20～25mm，灌注混凝土前用鋼絲繩吊掛在導(dǎo)管內(nèi)，混凝土達(dá)到首灌量時(shí)提出放塞，初灌時(shí)導(dǎo)管埋深不低于1.5m，每次提升導(dǎo)管之前測(cè)一次導(dǎo)管內(nèi)外徑混凝土面的高度，填寫水下混凝土灌注記錄表，繪制水下混凝土灌注曲線。當(dāng)孔內(nèi)混凝土面將要接近鋼筋籠的底端時(shí)，要防止鋼筋籠上浮。當(dāng)灌注混凝土面接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，要注意混凝土面標(biāo)高使其符合設(shè)計(jì)要求，每次拆下的導(dǎo)管應(yīng)及時(shí)沖洗干凈，灌完后必須沖洗漏斗、儲(chǔ)漿斗及其它專用工具。灌注工作必須連續(xù)進(jìn)行，盡可能壓縮上料運(yùn)輸?shù)醵?、提管、拆管時(shí)間，嚴(yán)禁中途停工，灌注混凝土之前應(yīng)測(cè)量混凝土坍落度，混凝土坍落度控制在180～220mm?；炷凉嘧⑼瓿珊缶徛龑?dǎo)管拔出，導(dǎo)管提離混凝土面之前要反復(fù)插實(shí)，避免空心樁。

（5）導(dǎo)管埋深宜為4～6m，嚴(yán)禁導(dǎo)管提出混凝土面，設(shè)專人測(cè)量導(dǎo)管埋深及管內(nèi)外混凝土高差，填寫水下混凝土灌注記錄。

（6）水下混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)施工，混凝土運(yùn)輸采用12m的攪拌運(yùn)輸車。根據(jù)每天需用的混凝土量與混凝土站聯(lián)系，確保連續(xù)供應(yīng)，以便連續(xù)施工。混凝土總澆注時(shí)間不宜超過初盤混凝土的初凝時(shí)間，對(duì)澆注過程中一切故障均應(yīng)記錄備案。

（7）混凝土澆筑時(shí)每澆筑9m測(cè)一次充盈系數(shù)，每段混凝土充盈系數(shù)不得小于1.0。

（8）控制最后一次灌注量，樁頂不得偏低，按設(shè)計(jì)要求樁頂處標(biāo)高要高出設(shè)計(jì)標(biāo)高1.0m。

綜述

本文結(jié)合鶴大高速佳木斯過境段項(xiàng)目二標(biāo)段松花江特大橋樁基施工，總結(jié)了在水下全砂層地質(zhì)中大直徑超長(zhǎng)灌注樁的施工技術(shù)，本技術(shù)在工程實(shí)施過程中取得了良好的應(yīng)用效果，樁基檢測(cè)一類樁率達(dá)100%，每根樁基的施工效率達(dá)1.75天/根（全天24小時(shí)施工）。本技術(shù)的也將為類似施工條件的大直徑超長(zhǎng)灌注樁施工提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。