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马宁特大桥深水钻孔灌注桩施工技术的探讨
2017-09-04  中国桥梁网 分享到:
关键词:马宁特大桥 深水钻孔灌注桩 

   1 工程概况

   马宁特大桥是佛山市北�至均安公路主干线高赞至均安南沙段二标关键控制工程项目,为佛山市干线公路网中规划“纵五”公路主干线的一部分。全长1707米,桥梁下部结构为钻孔灌注桩基础、高桩承台、空心薄壁墩,上部结构及跨径组合为:16×30m[简支转连续小箱梁]+3×50m[现浇连续箱梁]+(76+2×130+76)m[续刚构]+3×50m[现浇连续箱梁]+17×30m[简支转连续小箱梁]。主桥上跨容桂水道,为广东省一级通航航道,桥位处水面宽约400m,水深10m~23m,三个主墩20#、21#、22#均为20m左右的深水桩基。

   主桥主墩左右幅分开设置,每幅墩布置有6根D220钻孔灌注桩,桩顶标高0.2m、桩长45m~47m,为嵌岩桩,桩底嵌入微风化岩不小于5m。

   2 施工方案及工艺研究

   主墩水中桩基采取在墩位处搭建钢平台的方式施工,按照栈桥及平台设计图,于墩位处搭建平台,将20#墩平台与北岸相联、将21#、22#墩平台与南岸相联,预留20#至21#墩间水道通航,每个平台上布置2~3台冲孔桩机进行钻孔桩施工,钢筋笼在岸上集中制作、用驳船运至桩位处、用50吨浮吊起吊安装。钻孔灌注桩施工流程如图1所示。

   2.1 施工场地准备

   施工前应将场地平整好,以便安装钻机进行钻孔。在场地平整好后,按照设计图纸利用全站仪测放各钻孔灌注桩桩孔位置,并在桩周设置护桩。

   2.2 钢护筒定位沉放

   2.2.1 施工流程

   平台搭建后,于平台上加工制作钢护筒定位导向架,用50吨浮吊起吊钢护筒置于导向架内,用振动锤振动下沉。

   2.1.2 振动锤选择

   按激振力(P)大于土的动摩阻力(R)减去钢护筒与振动锤自重(G)的和进行计算分析(即P>R-G),确定选择BDH-25型振动锤。

   2.2.3 导向架制作与安装

   导向架上下层导向之间的间距不小于5m,具有足够的刚度,在测量人员的指挥下,将导向架安装在平台上,并以电焊固定。

   2.2.4 钢护筒下沉

   钢护筒全长35m,于岸滩加工,上船运至桩位处,以50吨浮吊起吊送入导向架内,使其自由下沉,起吊船脱钩,起吊船吊起振动锤至钢护顶口,校正钢护平面位置和垂直度符合要求后起振下沉。

   钢护筒下沉至上层导向口时停振,拆除上层导向口,再次振动下沉至下层导向口,拆除导向架,继续振动下沉直至设计标高处,并再次测量复核护筒位置。

   2.3 钻孔灌注桩成孔

   2.3.1 钻机选型

   由于钢护筒入河床深度达14m,可有效抵抗钢护筒处局部冲刷,且入粘土层有1m,做好冲孔时泥浆制备与循环,可保证护筒底不至塌孔。根据在珠三角地区钻孔灌注桩施工经验,选择冲击成孔钻机进行桩基施工。

   2.3.2 钻孔编号与施工顺序

    各墩桩基编号详如图2所示,每墩布置3台冲孔钻机,按先左幅后右幅进行施工,各墩单幅桩基施工时,首轮三台桩机分别对Z20-1、Z20-4、Z20-5三根桩进行施工,而后再对Z20-2、Z20-3、Z20-6桩 基进行施工,其它各幅桩基施工顺序同此进行。

   2.3.3 泥浆制备及循环

   钻孔施工前首先在泥浆船上采用泥浆搅拌机搅拌膨润土泥浆,泥浆纯搅拌时间不得少于3分钟,新制泥浆经膨化24小时后方可使用,达到要求的泥浆利用3PNL泵泵送至钢护筒内,当钢护筒内泥浆性能满足施工要求后即可开孔冲进。

   选用膨润土、分散剂、降失水增粘剂和聚丙烯酰氨等制浆材料制备符合表1所要求。

   采用泥浆净化器进行除渣处理后的泥浆,满足指标要求的可进行重复利用,经多次重复使用的泥浆,如果指标降低,应采取措施进行调整,严重超标的应废弃更换。进行泥浆消耗量统计,测试出单根桩和每立方米成孔工程量的泥浆消耗量,以便更准确的为钻孔施工准备泥浆。

   以邻近钢护筒作泥浆池,将待钻孔钢护筒与相邻钢护筒通过钢板制作的流槽相连,在作泥浆池的钢护筒内安装泥浆泵,将泥浆抽入待钻孔钢护筒内,钻孔内的泥浆经流槽流入相邻钢护筒内如此形成泥浆循环。

   在泥浆流槽处安置存渣平台,冲孔进行中,安排专人在泥浆流槽内捞取钻渣,将钻渣存在平台上,待到一定量时再转入泥浆船上,从各孔内钻出来的钻渣必须经运输船运到指定地点处理。

   2.3.4 钻机安装、调试及移位

   钻机经船泊运至桩位处,用浮吊起吊安置在钢平台上,经测量、对中、调平后,将钻机固定在平台上。

   在平台上放出桩中心护桩,钻孔过程中,每间隔一定时间要进行校核,发现偏位立即纠正。

   2.3.5 钻进成孔

   主墩桩基处,表层河床均为砂层,钻进前须在钢护筒内注满符合指标的泥浆,以小冲程冲进,随着进尺不断检查泥浆指标,当泥浆指标不符合要求时,要及时调整。

   当钻进在钢护筒内进行时,要经常校正钢丝绳中心与桩中心偏差,及时纠正,防止冲锤碰撞钢护筒。

   冲孔中要注意渣样的捞取,一般地质每进尺一米要取一次渣样留存,在进入不同地层交界处附近时要加大取样频率,通过渣样与地质勘探资料比对,绘制实际地质柱状图。尤其要加强接近进入弱风化或微风化岩时的取样工作,一旦进入弱风化或微风化岩,要及时通知监理工程师现场核实,并报设计单位,以共同确定桩基入岩深度,为下一步终孔提供依据。

   2.3.6 清孔

   孔深达到设计标高,孔径、竖直度符合设计及技术规范要求。终孔后立即进行清孔,清孔时以低稠度泥浆逐渐替换孔内泥浆,同时使用滤砂器,并以人工配合清除泥浆内岩渣,并确保清孔后泥浆性能符合表2。

   2.4 钢筋笼制作与安装

   主墩各桩基单根钢筋笼总重25吨左右,钢筋笼主筋由80根HRB400φ28mm钢筋构成,并且每二根沿纵向间隔180cm点焊成一束。钢筋笼螺旋筋为HRB400φ12mm。主筋可采用搭接焊、绑条焊、直螺纹连接、机械连接,但不论采用哪种方式都要符合技术规范要求。每个断面的接头数量不大于50%,相邻断面间距不小于150cm,在钢筋笼主筋数量发生改变的断面上下各150cm范围内避免出现接头。

   钢筋笼经船运至孔位处,用浮吊起吊,按从底节到顶节的顺序逐一接长,在钢护筒两侧堆码砂包,砂包高出护筒10cm,砂包顶横置一条28号槽钢,先将底节钢筋笼放入孔内,用两根钢扁担将底节钢筋笼搁置在槽钢上,再吊起上一节钢筋笼,缓慢下放并通过人工转动使之与孔内钢筋笼主筋对齐,然后逐一连接,连接完成后连同底节钢筋笼吊起,取出钢扁担,将钢筋笼下放,如上法连接各节钢筋笼。钢筋笼是悬吊在孔内,钢筋笼底距孔底20cm,为保证钢筋笼在孔内居中,除在钢筋笼周围安装有定位钢筋外,在钢筋笼顶部加筋箍四周对称焊8根φ28mm钢筋,使之支撑在钢护筒壁上。

   2.5 水下混凝土施工

   2.5.1 灌注混凝土

   水下混凝土灌注是钻孔灌注桩的主要工序,也是影响桩身质量的关键,要通过试配确定满足强度、和易性、流动性及胶凝等要求的混凝土配合比,灌注前要仔细测量沉渣,只有沉渣厚度满足设计及规范要求时,才能进行灌注施工。

    导管采用壁厚12mm、内径280mm的无缝钢管,螺纹连接,且导管须经水密试验验证不漏水,考虑扩孔因素,主墩单根钻孔灌注桩混凝土方量约200m3,采用泵送混凝土灌注,预计灌注时间7小时。

   经计算首盘混凝土方量10m3,为避免首盘混凝土灌注时孔内泥浆上涌,污染江水,灌注前将孔内泥将抽出15m3左右。

   采用剪球法灌注水下混凝土,用双层编织袋包裹混凝土、用8mm铁丝捆绑牢固,成圆球形,外径比导管内径略小,空隙用编织袋堵塞,阻水球安置在导管口下30cm左右,铁丝绑扎在上方吊钩上,与导管口同轴。

   利用冲孔桩机卷杨机提起灌浆斗,将灌浆斗与导管相连,连同灌浆斗与导管一起放入孔内,确认导管底接触孔底,做好标记,再将导管提高40cm,拉紧卷杨机手刹。

   将储料斗安置在灌浆斗一侧,出料口对准灌浆斗,先将混凝土注满储料斗,再注满灌浆斗,用钢丝钳剪断阻水球铁丝,待灌浆斗内混凝土面下降1/3时打开储料斗出料口闸门,使储料斗内混凝土快速流入灌浆斗内,并连续不间断地灌入孔内。

   灌注过程中,导管埋深不大于6m,每次拆管后导管埋深不小于3m,以确保导管不至被拔出混凝土面。

   主墩钻孔灌注桩顶设计标高位于承台底面上20cm,为保证桩顶质量,混凝土灌注高度要高出桩顶设计面不小于150cm。

   平台上灌注混凝土示意图如图3所示。

   2.5.2 水下混凝土灌注过程中应注意的问题

   (1)混凝土灌注前,料场合格的砂、碎石、水泥、外加剂等材料不少于设计用量的2倍。

   (2)对混凝土拌合机械、输送泵进行检查、维护,保持性能良好。

   (3)严格控制进行储料斗内混凝土的坍落度,坍落度太小,混凝土流动性差,易造成堵管。坍落度太大,混凝土易泌水离析,也会造成堵管。

   (4)严格按设计配合比投放外加剂,避免混凝土提前初凝造成堵管。

   (5)灌注过程中,应不时上下缓慢提升导管,避免导管埋置太深混凝土初凝后提不动或混凝土假凝而堵管。

   (6)供电设备、混凝土拌合设备和泵送设备必须是双套,防止机械故障造成断桩。

   结语

   钻孔灌注桩技术以其适应强、抗震性能好、操作方便、施工安全等优点被广泛地应用于跨径桥梁建设工程中。然而,钻孔灌注桩施工工序繁多,隐蔽性强,且大多在水下施工,这进一步增加了钻孔灌注桩施工的难度。因此,对钻孔灌注桩的施工工艺要求和质量控制显得尤为重要。

   参考文献

   [1]高大钊,赵春风,徐斌.桩基础的设计方法与施工技术[M].北京:机械工业出版社.

   [2]黄楚周.桥梁工程中钻孔灌注桩基础施工技术探讨[J].山西建筑.

   [3]林兴刚,郝伟,韩夏冰等.某高架桥大孔径钻孔灌注桩施工技术研究[J].施工技术.

   [4]刘耀东,余天庆等.深水超长大直径钻孔灌注桩施工关键技术研究[J].华中科技大学学报(城市科学版).

   
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