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        鉆孔灌注樁施工技術在公路橋梁工程中的應用

        2023-12-06 11:19:34邱堂堂馬雷
        工程建設與設計 2023年22期
        關鍵詞:鋼護筒護筒溶洞

        邱堂堂,馬雷

        (1.中交通力建設股份有限公司,西安 710076;2.中交第二公路工程局有限公司,西安 710076)

        1 引言

        由于地質(zhì)、水文條件的特殊性,橋梁工程中常面臨在深水中施工橋墩的情況,施工干擾因素多,必須在安全的前提下進行橋梁深水樁基礎施工。 因此,深入研究深水區(qū)樁基施工技術具有重要意義, 本文圍繞鉆孔灌注樁基礎的施工技術進行具體闡述[1-2]。

        2 工程概況

        普爾隆瀾滄江大橋橋梁, 橋長為371.48 m, 跨徑組合為20m+20m+(75 m+140 m+75 m)+20 m+20 m,交角為90°。 橋梁下部采用一字臺,1 號、6 號橋墩為柱式墩,2 號、5 號橋墩為實體墩,3 號、4 號橋墩為空心墩,橋墩采用樁基礎,水深為40 m;橋梁上部結(jié)構采用裝配式預應力混凝土簡支T 梁和預應力混凝土變截面連續(xù)剛構。

        3 深水鉆孔灌注樁施工難點及處理措施

        本項目樁基直徑大,長度長,且地質(zhì)較為復雜,樁底巖層破碎、穿越串珠狀溶洞,成孔難度大。

        針對鉆孔灌注樁施工難點,提出如下處理措施:(1)配套專門的導向架,作為下放鋼護筒時的輔助裝置,以便準確控制鋼護筒的垂直度;(2) 鋼護筒底口和頂口均設置加強抱箍,自然下放鋼護筒后用振動錘施加外力, 在不引起鋼護筒變形的前提下打設到位;(3)成孔設備采用大型沖擊鉆機,原因在于此設備對特殊施工條件的適應性強,即使地層的強度較高,也依然能夠正常成孔;(4)鉆孔過程中及時監(jiān)測孔深,根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取管控措施。 提前準備溶洞填充材料,鉆孔期間遇到溶洞時進行填充;(5)嚴格控制導管埋深,完整記錄施工信息,給質(zhì)量管控和問題處理提供數(shù)據(jù)參考。

        4 鉆孔灌注樁施工技術的應用

        4.1 鉆孔平臺的搭建

        1#、2#主墩鉆孔樁平臺分別采用3×3 排φ1 000 mm×12 mm鋼管樁、4×2 排φ1 000 mm×12 mm 鋼管樁,設斜撐以提升平臺的穩(wěn)定性。 基礎上設置2HM588 mm×300 mm 主橫梁,上方依次鋪設貝雷梁、25a@750 mm 縱向分配梁、預制橋面板。 鉆孔平臺搭建成型后,安放護筒沉放導向架[3]。

        4.2 護筒沉放

        采用后場卷塑的方式, 將直徑3.0 m 的護筒現(xiàn)場沉放到位。 護筒沉放設備采用履帶吊和千斤頂,由專員在現(xiàn)場指揮,分節(jié)接高,平穩(wěn)下放。 在鉆孔平臺頂面放置門架,先用履帶吊接高各節(jié)段直至形成完整的鋼護筒, 再通過千斤頂緩慢下放至泥面,無法繼續(xù)下放時,用振動錘振激護筒,通過外力作用使鋼護筒嵌入覆蓋層。

        4.3 鉆進成孔

        1)泥漿制備及使用:泥漿護壁鉆孔,根據(jù)泥漿制備、鉆孔護壁、泥漿回收再利用多項要求建造泥漿循環(huán)系統(tǒng),循環(huán)利用泥漿以最大限度發(fā)揮材料的利用價值。 對于無利用價值的廢棄泥漿,排放至沉淀池進行沉淀,用儲渣箱收集,通過運渣車將無用泥漿運輸至指定場所進行處理。 若鉆孔過程中頻繁出現(xiàn)泥漿沉淀堵管的情況,調(diào)整為PHP 泥漿護壁鉆孔的施工方法。

        2)鉆進:沖擊鉆低錘密擊,最大沖程不超過4~6 m,避免空錘。 鉆孔施工人員及時檢查孔位、孔徑、孔壁及孔深,若與設計要求存在偏差,需要及時糾偏。 間隔跳樁鉆進,減弱對相鄰已成孔樁基的破壞。

        3)終孔:鉆進至設計樁底標高以下約5 cm 時,結(jié)束鉆孔,撈取渣樣, 進行檢驗以保證鉆孔的各項尺寸均達標以及孔內(nèi)沉渣量在許可范圍內(nèi)。

        4)清孔:采用二次清孔工藝,成孔結(jié)束后用掏渣桶進行第一次清孔,主要是將孔內(nèi)的大泥團石塊清理干凈,鋼筋籠和導管全部下放到位后, 再用掏渣斗進行二次清孔, 要求渣土厚度≤50 mm, 同時孔內(nèi)泥漿性能指標符合以下要求: 比重1.15~1.2、含砂率≤6%、黏度≤22 Pa·s,二次清洞后,在30 min內(nèi)灌注水下混凝土,如不能及時灌注,需采取遮蓋措施,防止洞內(nèi)雜物堆積。

        4.4 鋼筋籠吊裝

        用平車將加工好的鋼筋籠運到指定樁位, 采用汽車起重的方式起吊鋼筋籠。 鋼筋籠的尺寸、形態(tài)、穩(wěn)定性各方面均要滿足要求,主筋和加強箍筋全部焊接。 超聲波檢測管布置在鋼絲籠的內(nèi)側(cè)四周,并與主筋進行焊接,使成樁的質(zhì)量更容易被檢測出來。 檢測管材安裝到位后,將水注入其中,并用鋼板將檢測管材的上下兩口分別封死,這樣就可以杜絕水泥漿料的進入。 鋼筋籠的各節(jié)端頭及內(nèi)環(huán)加固圈處均采用鋼筋焊接的方法,以避免運輸、起吊過程中鋼筋籠發(fā)生變形。 提起鋼筋籠,將支撐物剪斷后,吊至洞口位置。 鋼筋籠吊裝和入孔均要準確,下放過程中不與孔壁發(fā)生碰觸,地面高程偏差不超過±10 cm,平面位置偏差≤10 cm。 為防護鋼筋籠,在其外側(cè)對稱布置與保護層同等厚度的墊塊。

        4.5 導管的加工和安裝

        4.5.1 導管加工

        導管由無縫鋼管加工成型,規(guī)格為288 mm×9 mm,中間節(jié)長度為2.5 m,底節(jié)長度為4 m,調(diào)整節(jié)長度為0.5 m。 導管的接頭形式為絲扣式接頭,要求接頭穩(wěn)定可靠并具有嚴密性。

        4.5.2 導管質(zhì)量檢驗

        通過水密性試驗和抗拉拔試驗檢驗導管, 評價接頭密封性能和抗拉強度。

        水密試驗前,按式(1)計算導管壁可承受的最大內(nèi)壓力Pmax(kPa),要求試驗水壓不低于Pmax:

        式中,γc為混凝土重度,取24 kN/m3;hcmax為導管內(nèi)混凝土柱最大高度,m;γw為孔內(nèi)泥漿重度,取12 kN/m3;Hw為孔內(nèi)泥漿深度,m。

        導管水密性試驗時,用高壓水泵以1.4~2.0 MPa 以上的壓力向?qū)Ч軆?nèi)注高壓水,注水后至少持荷15 min,檢驗導管是否存在泄漏。 導管水密性試驗原理如圖1 所示。

        圖1 導管水密性試驗原理示意圖

        4.5.3 導管下放

        鋼筋籠安裝到位且通過質(zhì)量檢驗后, 開始安放混凝土灌注導管。 安裝時,護筒頂口的導管限位卡板的中心應與鉆孔中心對齊,下放底節(jié)導管,再依次布置剩余的各節(jié)導管,導管頂部用卡板卡住,接頭處裝密封圈,絲扣處涂抹黃油。

        混凝土灌注導管下放到位后, 導管底口距孔底30~50 cm為宜,并根據(jù)平臺頂面標高和孔底標高計算導管長度,判斷是否滿足設計要求。 此外,在下放導管后需重新測量孔底沉渣厚度和孔深,若沉渣量超標,采用空壓機和風管以氣舉反循環(huán)的方法進行清孔。 清孔效果滿足要求后,撤除清孔裝置,盡快灌注水下混凝土。

        4.6 水下混凝土灌注

        攪拌站根據(jù)鉆孔灌注樁的施工要求拌制C35 水下混凝土,通過性能檢驗后用運輸車輸送至指定樁基處, 用汽車泵泵送。鉆孔灌注樁的水下混凝土灌注采用砍球法, 應準備足量的混凝土以滿足首批混凝土灌注的用料要求,再測量導管的埋深并進行控制, 應保證埋深不少于1 m。 若順利完成首批混凝土灌注,則連續(xù)進行剩余部分的施工,直至完成整根樁的灌注為止。

        灌注期間置換的泥漿經(jīng)由連通管到達其他待鉆鋼護筒,回收泥漿從而循環(huán)利用, 但樁頂以上含水泥漿的廢漿缺乏回收再利用的價值,視為廢料,用砂石泵抽至泥漿箱進行處理?;炷恋捻斆鏄烁哌_到設計要求后,結(jié)束灌注,拆除導管。 混凝土灌注頂面應比設計標高高出0.5~1.0 m,保證樁頭的施工質(zhì)量。

        樁基混凝土灌注采用輸送車和導管進行,連續(xù)灌注,期間密切觀察管孔內(nèi)水位升降和管內(nèi)混凝土下降情況,在合適的時機提升導管以及拆除導管;防止混凝土從料斗頂溢出;根據(jù)混凝土灌注進度靈活控制導管的埋深,灌注全過程中導管的埋深應穩(wěn)定在2~6 m。 混凝土的埋管時間以2~2.5 h 為宜,提升導管時應保證導管的軸線處于居中位置,不與周邊設施碰觸。 若提升過程中出現(xiàn)導管法蘭卡掛鋼筋骨架的情況,以轉(zhuǎn)動導管的方法脫困,再將導管調(diào)整至中心位置,繼續(xù)提升。拆除導管的時間最多為15 min,條件允許時盡可能在5 min 內(nèi)完成,否則因拆管時間過長而導致漿液固結(jié),引起堵管問題。 拆除混凝土灌注導管后,及時清理殘留的漿液,以便重復使用導管。

        若導管內(nèi)灌注的混凝土夾雜空氣而不夠飽滿時, 應徐徐灌入混凝土進行補充,切不可快速地灌入混凝土,以免導管內(nèi)產(chǎn)生高氣壓柱,反而引起堵管問題[4]。

        5 鉆孔灌注樁施工范圍內(nèi)溶洞的處理方法

        5.1 拋填法

        鉆穿溶洞漏漿時,投入片石和黃土,用鉆頭沖擊從而將填充材料擠入溶洞和巖溶裂隙內(nèi), 必要時可向黃土和片石中摻加適量水泥、燒堿等輔助材料,利用此類混合料提升孔壁的穩(wěn)定性。

        拋填法處理溶洞的要點如下。

        1)片石與黏土的比例為3∶7,若摻加鋸末,其用量取黏土用量的10%。

        2)片石的粒徑為15~50 cm,強度>30 MPa,以石灰?guī)r或花崗巖為宜。 黏土應裝袋,根據(jù)溶洞處理時的黏土用量要求投放。 片石、黏土袋、水泥分層間隔摻加,也可在此基礎上增加鋸末,回填高度應在溶洞頂板以上1 m 的位置。

        3)若護筒內(nèi)水位或地表沉降量異常變化,表明鉆孔灌注樁有漏漿的情況,應及時處理。 施工人員注重主動預防,如根據(jù)地質(zhì)柱狀圖判斷鉆孔灌注樁當前的施工位置, 確定對應的地質(zhì)條件,若接近溶洞,應增加觀測頻率,主動防控異常情況。施工人員根據(jù)鉆頭撞擊巖層的響聲和手握撞擊主繩的感覺,綜合判斷當前施工位置是否接近溶巖層,如果靠近,主繩會有1~2 cm 的松弛。在鉆穿巖溶地層上殼漏漿時,除及時采取填補處理方法外,為使洞內(nèi)水位保持穩(wěn)定,還需要補充水分。

        5.2 灌注混凝土填充法

        低標號混凝土填埋后,經(jīng)一段時間間歇性固結(jié)混凝土,再經(jīng)沖擊鉆孔,如遇傾斜巖面或鉆穿溶洞,發(fā)生漏漿現(xiàn)象,其要點如下。

        1)填充混凝土的強度等級為C20,向混凝土中摻入早強劑,加快混凝土強度的提升速度,盡快提高混凝土的早期強度后,將縮短溶洞處理時間。

        2)對于傾斜巖面,回填貧混凝土至與傾斜巖面頂面齊平的位置,從而更便捷地校正孔位;對于溶洞處,應回填至比溶洞頂板高出50 cm 的位置。

        3)回填混凝土后,等待48 h,使混凝土的強度達到設計強度的70%, 若由于環(huán)境因素或其他因素的影響而導致混凝土在48 h 未達到強度要求時,需延長時間,此后方可重新開鉆。

        6 結(jié)語

        深水橋墩是公路橋梁工程的重難點施工內(nèi)容, 需要應對特殊的地質(zhì)條件和水文條件, 在安全的前提下建設高質(zhì)量的深水橋墩。 在本文中,結(jié)合橋梁工程實例,分析了深水區(qū)大直徑鉆孔灌注樁施工技術, 確定主要的施工工序以及具體施工方法,同時提出深水鉆孔灌注樁施工場地內(nèi)溶洞的處理方法,有效減少干擾因素,建成的鉆孔灌注樁質(zhì)量可靠,能夠給橋梁工程的順利施工和竣工后的安全運營打好基礎。

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