許澤華

（中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

橋梁工程是高速公路的重要組成部分，在橋梁工程施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)面臨涉水、跨河等情況[1]，極大地增加了施工難度，需要在施工過(guò)程中及時(shí)處理深水、軟弱土層及水腐蝕等問(wèn)題，以防對(duì)施工質(zhì)量造成影響[2-3]。處于深水中的橋梁基礎(chǔ)往往是橋梁工程施工的重難點(diǎn)，采用何種基礎(chǔ)類(lèi)型也是工程技術(shù)人員和學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。鉆孔灌注樁具有承載力大、適用條件廣、可操作性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在多類(lèi)橋梁基礎(chǔ)中表現(xiàn)出較好的應(yīng)用效果[4]。本文以揭惠高速公路橋梁基礎(chǔ)工程為研究對(duì)象，探討水下基礎(chǔ)工程鉆孔灌注樁的施工技術(shù)及其應(yīng)用效果。

1 工程概況

揭惠高速公路第A2 標(biāo)段起止里程為K18+500～K33+244.5，線路全長(zhǎng)14.745km，設(shè)特大橋、大橋7座，共4586m；中小橋7 座，共215m；天橋1 座；隧道1 座，共1501m（按雙洞平均長(zhǎng)）；麒麟互通立交、貴嶼互通立交等共2 處；與鐵路分離式立體交叉1 處；全線總挖方35.8萬(wàn)m3，總借方187萬(wàn)m3。其中，練江特大橋采用水中樁基礎(chǔ)施工，該橋梁工程上部結(jié)構(gòu)采用1×25m跨裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支小箱梁，下部結(jié)構(gòu)為扶壁式橋臺(tái)。練江目前不通航，線位的末端匯入大海的水系比較發(fā)育，小河道還受海水漲退潮影響。因此，該橋梁樁基礎(chǔ)在施工時(shí)面臨較大挑戰(zhàn)。

2 水中鉆孔灌注樁施工方案

2.1 施工工藝流程

結(jié)合工程的地理位置以及地質(zhì)、水文情況，樁基統(tǒng)一采用鉆孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行施工，并確定其施工流程，如圖1所示。

圖1 水中鉆孔灌注樁施工工藝流程

2.2 施工設(shè)備選擇

確定水中鉆孔灌注樁施工工藝流程后，結(jié)合施工環(huán)境特點(diǎn)選擇型號(hào)分別為Wirth PBM 615/2000/300 以及Wirth PBM 936/2000/300兩種循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行水中鉆孔施工，鉆機(jī)相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 鉆機(jī)相關(guān)參數(shù)

3 水中鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 鋼護(hù)筒的制作及埋設(shè)

樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，需先搭設(shè)鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒厚度為12mm，確定護(hù)筒內(nèi)徑時(shí)以樁徑為參考，要求超過(guò)樁徑20cm，單節(jié)護(hù)筒長(zhǎng)度為1.5m，采用焊接的方式完成單節(jié)護(hù)筒之間的連接，施工時(shí)需將鋼護(hù)筒底部打入粉質(zhì)粘土層中間位置[5]。為提升護(hù)筒剛度，選擇厚度10mm以上的鋼板作為加勁肋，焊接在護(hù)筒上下端和接頭外側(cè)。與此同時(shí)，為防止護(hù)筒在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生變形，在其內(nèi)部加焊十字內(nèi)撐，施工前將其拆除。

護(hù)筒埋設(shè)前先進(jìn)行精準(zhǔn)放樣，然后使用振動(dòng)錘將其打入設(shè)計(jì)土層中，并保證護(hù)筒頂端位于最高潮水位上2m，護(hù)筒中心和樁中心平面位置之間允許偏差在5cm內(nèi)。完成護(hù)筒埋設(shè)后，將護(hù)筒頂標(biāo)高、設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高及孔深標(biāo)識(shí)在鉆孔標(biāo)識(shí)牌上，為鉆進(jìn)施工提供參考依據(jù)。

3.2 泥漿池設(shè)置

由于該工程屬于水中施工，因此鉆孔施工前需設(shè)置泥漿池，本文選擇鋼護(hù)筒作為泥漿循環(huán)系統(tǒng)。為了在避免泥漿造成環(huán)境影響的同時(shí)保證泥漿的使用率，防止浪費(fèi)，可對(duì)抽出的泥漿進(jìn)行沉淀和過(guò)濾處理，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

通過(guò)鋼管架保護(hù)泥漿池鋼護(hù)筒周?chē)⒃O(shè)置防護(hù)網(wǎng)，在護(hù)筒口上方架設(shè)防護(hù)蓋以及警示牌，避免泥漿池被破壞，廢棄泥漿需運(yùn)出施工場(chǎng)所。

3.3 造漿護(hù)壁

施工過(guò)程中為避免孔壁發(fā)生破壞，以膨潤(rùn)土為原料，進(jìn)行造漿護(hù)壁，并且施工過(guò)程中需嚴(yán)格保證泥漿濃度。施工人員需實(shí)時(shí)關(guān)注泥漿比重，結(jié)合不同的土層完成泥漿比重調(diào)整。除此之外，如果在施工過(guò)程中需要對(duì)泥漿的質(zhì)量進(jìn)行提升，可重新加入膨潤(rùn)土以及適量的水，并在護(hù)筒底部加入一定碎石，提升泥漿濃度，保證護(hù)壁效果。

3.4 鉆孔

鉆孔施工前，需檢查施工設(shè)備是否正常，設(shè)備啟動(dòng)性能是否良好，檢查完好無(wú)誤后開(kāi)始鉆孔施工。設(shè)計(jì)鉆孔灌注樁36根，在鉆孔過(guò)程中結(jié)合土層的變化及時(shí)調(diào)整設(shè)備的鉆進(jìn)參數(shù)以及沖程大小，以此保證鉆孔效果。

鉆孔開(kāi)始前，先啟動(dòng)泥漿泵，當(dāng)泥漿輸入孔口一定數(shù)量后開(kāi)始鉆孔，在鉆進(jìn)過(guò)程中需保證泥漿的正常輸入以及泥漿質(zhì)量。由于水中施工的土層穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生坍孔現(xiàn)象，鉆進(jìn)時(shí)需嚴(yán)格控制鉆進(jìn)尺寸，以低沖程、稠泥漿的鉆進(jìn)方式為主。鉆孔過(guò)程中，需保證鉆進(jìn)的連續(xù)性，不可中途停止。如果鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生鉆機(jī)設(shè)備故障，則將鉆頭提出孔外，避免鉆頭埋入孔內(nèi)，但是該情況下，需將泥漿泵保持正常運(yùn)行，以保證泥漿正常循環(huán)。

每鉆進(jìn)5～8m均需采用檢孔器檢查鉆孔的直徑和傾斜率，以此保證成孔質(zhì)量，要求檢孔器有較高的強(qiáng)度與鋼度，多次重復(fù)使用無(wú)變形，整體性好無(wú)局部彎折。鉆進(jìn)深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，再次進(jìn)行孔深、孔徑、垂直度等檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果和設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，保證施工結(jié)果滿足設(shè)計(jì)需求后，再進(jìn)行下一步驟施工。鉆孔樁成孔質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 鉆孔樁成孔質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

3.5 清孔與鋼筋籠安裝

已完的鉆孔施工質(zhì)量滿足施工標(biāo)準(zhǔn)，即可對(duì)其進(jìn)行清孔處理。該工程采用循環(huán)撈渣換漿法進(jìn)行清孔，在該過(guò)程中，需實(shí)時(shí)進(jìn)行泥漿補(bǔ)充，保證泥漿面在孔內(nèi)的高度，避免發(fā)生塌孔、縮孔等現(xiàn)象。清孔必須滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及施工規(guī)范：清孔時(shí)排出的泥漿中不存在3mm左右的顆粒，泥漿比重不可超過(guò)1.1，泥漿中含砂率不可超過(guò)2%，黏度需在17～20s之間。檢測(cè)清孔泥漿滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，方可停止清孔處理，同時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收。

鉆孔驗(yàn)收合格后將鋼筋籠放入孔內(nèi)。鋼筋籠安裝完成后，對(duì)孔底沉淀物進(jìn)行檢查，如果其厚度超過(guò)10cm則不滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)需進(jìn)行二次清孔，直到滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為止。在清孔過(guò)程中需嚴(yán)格控制孔內(nèi)水位，保證其位于地下水位上方2m處，有效避免清孔過(guò)程中發(fā)生塌孔現(xiàn)象。

3.6 水下灌注混凝土

鋼筋籠安裝完成后，進(jìn)行鉆孔樁水下灌注混凝土施工。該施工工序采用鋼導(dǎo)管完成，按照樁長(zhǎng)和樁徑確定導(dǎo)管直徑，同時(shí)保證導(dǎo)管壁的厚度和導(dǎo)管長(zhǎng)度，確保灌注施工的安全性。

導(dǎo)管在使用前，需采用水密承壓與接頭抗拉兩種方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，保證質(zhì)量合格后用于灌注施工，灌注時(shí)需保證混凝土的和易性。灌注混凝土的示意圖如圖2所示。

圖2 混凝土灌注示意圖

灌注尾聲時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱高度以及超壓力會(huì)降低，同時(shí)導(dǎo)管外的泥漿稠度以及相對(duì)密度會(huì)增加，此時(shí)會(huì)發(fā)生混凝土頂升困難現(xiàn)象，可通過(guò)向泥漿中加水令其稀釋?zhuān)瑫r(shí)清理部分沉淀土，以保證灌注的正常進(jìn)行。混凝土灌注高度需超過(guò)設(shè)計(jì)值的1m左右，導(dǎo)管拔管時(shí)需降低拔管速度，避免樁頂沉淀的泥漿擠入導(dǎo)管內(nèi)形成泥芯。

4 水中鉆孔灌注樁施工效果分析

完成水中鉆孔灌注樁施工后，以樁身軸力為衡量標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)應(yīng)力傳感器獲取樁身中主筋的頻率，依據(jù)該結(jié)果計(jì)算樁身內(nèi)力，最后依據(jù)內(nèi)力結(jié)果得出樁身軸力，詳細(xì)計(jì)算步驟如下：

（1）采用應(yīng)力傳感器獲取鋼筋頻率模數(shù)確定系數(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)換該系數(shù)形成鋼筋應(yīng)力Pg，對(duì)該應(yīng)力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成和鋼筋界面處混凝土應(yīng)變一致的鋼筋應(yīng)變值，Pg的計(jì)算公式為：

式中：

F0——初始應(yīng)力結(jié)果；

Fi——在不同等級(jí)荷載下的應(yīng)力結(jié)果；

K——標(biāo)定系數(shù)；

B——修正系數(shù)。

鋼筋應(yīng)變量ηs的計(jì)算公式為：

式中：

Ag——鋼筋斷面積；

Eg——鋼筋彈性模量。

（2）在上述計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，計(jì)算混凝土軸力Ph和樁身軸力Pz，其計(jì)算公式為：

式中：

ηh——混凝土應(yīng)變量；

N——鋼筋主筋數(shù)量。

依據(jù)上述公式獲取樁身在不同荷載作用下的軸力計(jì)算結(jié)果，如圖3所示。

圖3 樁身軸力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)圖3計(jì)算結(jié)果可以得出：隨著荷載的逐漸增加，樁身的軸力也隨之增加，此時(shí)樁身的側(cè)摩阻力開(kāi)始發(fā)揮作用，同時(shí)樁頂?shù)妮S力值較小，樁身淺部抗壓較大，承受較大的荷載作用。由此可知，樁身的極限承載力仍舊存在較大空間，沒(méi)有完全激發(fā)，證明施工后的樁身穩(wěn)定性較好，能夠保證樁基礎(chǔ)工程的安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水中施工環(huán)境較為特殊，對(duì)鉆孔灌注樁施工過(guò)程要求較高，需嚴(yán)格控制施工工藝以及施工質(zhì)量。本文以揭惠高速公路工程中第A2標(biāo)段的練江特大橋水中樁基礎(chǔ)施工為例，從施工工藝流程、施工設(shè)備選擇、施工技術(shù)要點(diǎn)三個(gè)方面詳細(xì)探討了水中鉆孔灌注樁施工技術(shù)，并對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：采用水中鉆孔灌注樁施工技術(shù)，能夠可靠、安全地完成涉水工程高速公路橋梁基礎(chǔ)樁體施工，并且施工質(zhì)量滿足要求，可為相關(guān)工程提供可靠參考。