摘要:簡要介紹潤揚(yáng)大橋北錨碇基礎(chǔ)支撐鋼管混凝土樁的施工條件、施工工藝和施工過程以及質(zhì)量檢測。
關(guān)鍵詞:潤揚(yáng)大橋;錨碇基礎(chǔ);鋼管混凝土樁
1 錨碇基礎(chǔ)工程概況
1. 1 主要工程量
北錨碇基礎(chǔ)支撐鋼管混凝土樁按嵌巖樁設(shè)計(jì),要求嵌入微風(fēng)化巖層至少一倍樁徑。鋼管混凝土樁立柱共32 根, 其中Z1 型(Φ1 200 mm 鋼管,成孔直徑1 500 mm) 16 根,Z2 型(Φ600 mm 鋼管,成孔直徑900 mm) 16 根,采用栽樁法施工。即先進(jìn)行成孔施工,然后安設(shè)鋼管,再澆注鋼管下鉆孔及管內(nèi)水下混凝土;樁頂高程0. 5 m ,鋼管底平均高程O46. 5 m ,樁底平均高程O53. 0 m ,樁底處設(shè)雙層鋼筋籠。鋼管樁混凝土標(biāo)號(hào)為C30 ,單樁最大混凝土量63. 1 m3 ,全部樁基混凝土1 285. 4 m3 ,鋼筋26. 02 t 。
1. 2 水文、地質(zhì)條件
1. 2. 1 水文
枯水期地下水位埋深約2 m ,高程1. 5～1. 6m ;豐水期地下水位高程3. 6～4. 1 m。地下水位隨潮水位升降,僅變幅較潮水小、時(shí)間滯后。
1. 2. 2 工程地質(zhì)條件
北錨碇位于世業(yè)洲南汊,微地貌屬江中灘地,已被填平;場內(nèi)地勢較為平坦,地面高程2. 85～3. 49m(黃海高程) ,場地中心以南125 m 為長江大堤。
從鉆探取芯情況看,基巖普遍受構(gòu)造影響嚴(yán)重,巖體中節(jié)理、裂隙發(fā)育,其中2 個(gè)鉆孔揭示出角礫巖,9 個(gè)鉆孔不同程度地揭示出碎裂巖;推測在場區(qū)內(nèi)發(fā)育有一條擠壓破碎帶,為近南北走向,以碎裂巖為主,間夾斷層角礫夾泥、斷層泥等軟弱夾層,顯示出壓碎性破碎特征。
從鉆探取芯情況看,基巖普遍受構(gòu)造影響嚴(yán)重,巖體中節(jié)理、裂隙發(fā)育,其中2 個(gè)鉆孔揭示出角礫巖,9 個(gè)鉆孔不同程度地揭示出碎裂巖;推測在場區(qū)內(nèi)發(fā)育有一條擠壓破碎帶,為近南北走向,以碎裂巖為主,間夾斷層角礫夾泥、斷層泥等軟弱夾層,顯示出壓碎性破碎特征。
2 鉆孔樁施工
2. 1 施工工藝流程（圖1）
2. 2 施工準(zhǔn)備
在大橋揚(yáng)州側(cè)布置一條5 m 寬施工道路與地連墻施工平臺(tái)及基坑內(nèi)鉆孔平臺(tái)作業(yè)區(qū)相連,以便于設(shè)備、材料運(yùn)輸及履帶吊行走。
Z2 鋼管混凝土立柱鉆孔樁鉆孔平臺(tái)利用現(xiàn)有地連墻施工平臺(tái)進(jìn)行施工,Z1 鋼管混凝土立柱鉆孔平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)貝雷架拼裝搭設(shè),貝雷架底部鋪設(shè)枕木,以增大地基承載力。平臺(tái)面層用厚5 cm 木板鋪設(shè)。施工平面布置示意見圖2 。
2. 3 鉆進(jìn)成孔
2. 3. 1 護(hù)筒埋設(shè)及鉆機(jī)就位、安裝、移位
Z1 、Z2 型樁分別采用2 臺(tái)回旋鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)成孔。為保證成孔垂直度偏差小于0. 3 %,選用較大型號(hào)的鉆機(jī)以便能夠加大配重,實(shí)現(xiàn)減壓鉆進(jìn)。
Φ900 mm 鉆孔樁采用內(nèi)徑1 200 mm 鋼護(hù)筒,Φ1 500 mm 鉆孔樁采用內(nèi)徑1 950 mm 鋼護(hù)筒;鋼護(hù)筒頂高程5. 0 m ,埋深2. 0 m。孔位定位后,挖深2 m ,人工配合履帶吊安放護(hù)筒,保證護(hù)筒中心位置及垂直度,然后護(hù)筒外周用粘土回填夯實(shí)。
鉆機(jī)采用起重量500 kN 履帶吊將鉆機(jī)組裝件吊到指定孔位進(jìn)行組裝。鉆機(jī)底座和頂端要平穩(wěn),保證在鉆進(jìn)中不產(chǎn)生位移和沉陷。經(jīng)緯儀測量控制調(diào)整鉆機(jī)平面位置,使大鉤提吊中心、轉(zhuǎn)盤中心和樁中心在同一鉛垂線上,偏差不大于2 cm。檢查合格后將鉆機(jī)與支承架焊接牢固,確保鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中不會(huì)發(fā)生平面位移。鉆機(jī)移位采用吊車配合作業(yè)。
2. 3. 2 泥漿循環(huán)
本鉆孔樁采用泥漿護(hù)壁、泵吸反循環(huán)施工工藝。
泥漿循環(huán)系統(tǒng)采用Φ2. 0 m、高2. 0 m 的鋼護(hù)筒作為泥漿池,護(hù)筒間用20 cm ×30 cm 鋼槽水平連接作為泥漿循環(huán)通道。在鉆進(jìn)和清孔過程中,使用溜篩篩除大粒徑鉆渣,用泥漿旋流除砂器及沉淀池降低泥漿含砂量,定時(shí)進(jìn)行泥漿性能指標(biāo)測試。
2. 3. 3 泥漿制備
泥漿制備用膨潤土、純堿和水制成原漿,加入按比例調(diào)制好的丙烯酰胺。此泥漿具有良好的絮凝作用,失水量小,不分散,泥皮致密,護(hù)壁效果好。
2. 3. 4 鉆進(jìn)成孔
根據(jù)北錨碇的工程地質(zhì)情況將成孔分為:第四系覆蓋層中鉆進(jìn)、基巖中鉆進(jìn)及清孔換漿三道工序。
1) 第四系覆蓋層中鉆進(jìn)
上部覆蓋層主要為淤泥質(zhì)亞粘土層,具高壓縮性,在此段粘性土層,利用滾刀鉆頭大泵量、中低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn),適當(dāng)控制進(jìn)尺及加強(qiáng)掃孔,將泥漿指標(biāo)控制在粘度18～20 s ,相對密度1. 05～1. 15 ,含砂量<4 %,防止孔壁發(fā)生縮徑。
下部覆蓋層為砂性土層,呈中低強(qiáng)度、中高壓縮性,此段地層,利用滾刀鉆頭大泵量、中低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn),適當(dāng)控制進(jìn)尺,將泥漿指標(biāo)控制在粘度19～22 s ,相對密度1. 07～1. 15 ,含砂量< 4 %。
2) 基巖層中鉆進(jìn)
在強(qiáng)風(fēng)化層中,利用滾刀鉆頭大泵量、低壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn),控制進(jìn)尺。由于此段地層呈散體狀,局部呈碎石狀,因此要加強(qiáng)對泥漿性能的控制,要求泥漿性能:粘度20～25 s、相對密度1. 07～1. 15 、含砂量<4 %;另外,鉆進(jìn)過程中要加強(qiáng)掃孔,避免因進(jìn)尺不勻造成孔壁不規(guī)則及孔壁可能出現(xiàn)的掉塊。
在弱風(fēng)化層中,由于地層節(jié)理、裂隙較發(fā)育,巖石強(qiáng)度較高,與強(qiáng)風(fēng)化層、微風(fēng)化層強(qiáng)度差異大,而其分布又厚薄不均,在其與強(qiáng)風(fēng)化層、微風(fēng)化層間的變層部位,容易出現(xiàn)斜孔,臺(tái)階孔;因此,此層鉆進(jìn)以防斜為重點(diǎn)。利用滾刀鉆頭大泵量低壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn),控制進(jìn)尺,加大掃孔頻度。泥漿性能控制在粘度19～22 s、相對密度1. 05～1. 15 、含砂量< 4 %。
進(jìn)入微風(fēng)化層時(shí), (設(shè)計(jì)要求樁端嵌入微風(fēng)化基巖0. 5 m) ,由于強(qiáng)度差異較大而造成地層軟硬不均,鉆進(jìn)時(shí)要防止斜孔,采用滾刀鉆頭低壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn),控制進(jìn)尺并加強(qiáng)掃孔。此段泥漿性能控制在粘度17～20 s、相對密度1. 05～1. 15 、含砂量< 4 %。
3) 清孔換漿
鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后,開始清孔。清孔時(shí)將鉆具提離孔底10 cm 左右緩慢回轉(zhuǎn)鉆具,以確?？椎壮猎壳宄蓛?。清孔時(shí)保持孔內(nèi)水頭,防止塌孔。清孔后泥漿指標(biāo):粘度17～20 s ,相對密度1. 05～1. 10 ,含砂量< 2 % ,膠體率> 98 %。
2. 3. 5 鉆進(jìn)過程中的注意事項(xiàng)
1) 注意孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿,維持護(hù)筒內(nèi)泥漿高度,保證護(hù)筒內(nèi)水頭高出最高地下承壓水位1. 0～2. 0 m。
2) 升降鉆具時(shí)平穩(wěn)操作,尤其是當(dāng)鉆頭處于護(hù)筒底口位置時(shí),必須防止鉆頭鉤掛護(hù)筒。
3) 加接鉆桿時(shí),先停止鉆進(jìn),將鉆具提離孔底8～10 cm ,維持沖洗液循環(huán)10 min 以上,以清除孔底并將管道內(nèi)的鉆渣攜出排凈,然后加接鉆桿。
4) 鉆桿連接螺栓擰緊上牢,認(rèn)真檢查密封圈,以防鉆桿接頭漏氣。
5) 鉆進(jìn)過程中連續(xù)操作,中途不長時(shí)間停止。每個(gè)作業(yè)班要詳細(xì)、真實(shí)、準(zhǔn)確地填寫鉆孔原始記錄,鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)上報(bào)處理。
6) 為保證孔斜率不大于1 % ,鉆進(jìn)過程中經(jīng)常校驗(yàn)鉆機(jī)平整度及鉆桿垂直度,同時(shí)控制施加在孔底的鉆壓為鉆具總重量的80 %
7) 經(jīng)常檢測泥漿指標(biāo)。
2. 3. 6 成孔質(zhì)量檢測
鉆孔至設(shè)計(jì)樁底高程時(shí),根據(jù)地質(zhì)情況、鉆孔記錄進(jìn)行判定,并用測錘測量孔深,得到現(xiàn)場監(jiān)理工程師確認(rèn)后停鉆終孔。通過超聲波測壁儀對鉆孔樁中心、孔徑、傾斜度進(jìn)行檢測,檢測標(biāo)準(zhǔn)見表1 。
2. 4 成樁施工
2. 4. 1 鋼筋籠、鋼管樁制作
根據(jù)樁底高程確定鋼筋籠長度后進(jìn)行鋼筋籠加工制作,設(shè)置多道內(nèi)支撐并用鋼筋加強(qiáng)與兩外層鋼筋連接,外側(cè)與底節(jié)鋼管樁按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊接牢固。鋼筋籠外側(cè)均布焊接4 列凸形鋼筋作為保護(hù)層厚度,其豎向間距1. 5 m。
Z1 型鋼管樁壁厚16 mm ,Z2 型鋼管樁,壁厚8mm ,單根長47. 0 m ,鋼管樁材質(zhì)均為Q235A 鋼。鋼管樁在現(xiàn)場采用卷板機(jī)進(jìn)行卷制。鋼管樁對口拼接時(shí),相鄰管節(jié)的縱縫必須錯(cuò)開1/ 8 周長以上(500 mm) 。焊接前將焊縫附近30 mm 范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水氣和雜物清除干凈。鋼管樁在卷制和對接中的定位焊焊在鋼管外側(cè),采用多層單面坡口焊(外坡口) ,所有焊縫進(jìn)行外觀檢查及超聲波探傷檢測必須合格。鋼管樁起吊、運(yùn)輸和堆存過程中,避免由于碰撞、摩擦等原因造成管身變形和損傷。
在鋼管外圍每6. 0 m 設(shè)一組定位“U”型鋼筋,每組4 塊。頂節(jié)鋼管上端焊接4 根[ 14 鋼接長至高程5. 50 m ,槽鋼之間用型鋼進(jìn)行剛性連接,縱向間距1. 5 m。底節(jié)鋼管在鋼筋籠上部1. 0～1. 5 m 處設(shè)置1 道8 mm 厚加勁環(huán)形鋼擋板,防止?jié)沧r(shí)鋼管外側(cè)混凝土翻漿過大,環(huán)形鋼板外徑為1. 4 m。
2. 4. 2 鋼筋籠、鋼管樁吊安
為保證鋼管下放垂直度,在平臺(tái)上設(shè)一導(dǎo)向架,其中心應(yīng)與孔位中心一致。導(dǎo)向架如圖3 所示。
分節(jié)鋼管間連接采用焊接。為便于鋼管吊安時(shí)對接,導(dǎo)向架上制作一活動(dòng)卡環(huán)。第1 節(jié)鋼管管節(jié)下放時(shí),將活動(dòng)卡環(huán)打開;當(dāng)鋼管頂部距導(dǎo)向架0. 5m 左右時(shí),鋼管卡在管端焊接的鋼筋箍上,然后吊裝第2 節(jié)鋼管進(jìn)行拼裝焊接。依次完成第4 節(jié)鋼管的拼接下放后,利用第4 節(jié)鋼管接長的
4 根槽鋼將鋼管樁固定在卡環(huán)或鉆孔平臺(tái)壓重塊體上,防止?jié)沧⒒炷習(xí)r鋼管上浮。沿鋼管外側(cè)間隔6. 0 m 左右對稱設(shè)置4 個(gè)“U”形導(dǎo)向環(huán)。鋼管拼接下放過程中,采用2 臺(tái)經(jīng)緯儀嚴(yán)格控制其垂直度。導(dǎo)向架及卡環(huán)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。2. 4. 3 灌注水下混凝土
1) 下導(dǎo)管
導(dǎo)管采用Φ273 mm ×10 mm 鋼管,使用前做水密、接頭抗拉試驗(yàn),接頭抗拉強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度。水密試驗(yàn)水壓不小于1 200 kPa 。導(dǎo)管逐段吊裝直到距孔底約40 cm 為止。
2) 二次清孔
混凝土澆注前對孔底沉渣進(jìn)行檢測,若孔底沉渣超過規(guī)范(50 mm) 要求,需利用120 m3 / h 砂石泵和導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔,導(dǎo)管下端底口距離孔底(沉渣面) 20～30 cm ,清孔時(shí)保證孔內(nèi)水頭高度滿足規(guī)范要求。
3) 混凝土澆注
混凝土配合比通過試拌確定,并摻入粉煤灰及外加劑,改善混凝土的和易性;混凝土的坍落度控制在18 cm～22 cm 內(nèi)。混凝土由6 m3 混凝土罐車送至樁位附近, 60m3 / h 混凝土拖泵泵送入集料斗,混凝土實(shí)際澆注能力按30 m3 / h 計(jì),混凝土初凝時(shí)間大于10 h 。
采用砍球法澆注首批混凝土, 待首批混凝土澆注成功后,混凝土不斷地經(jīng)過集料斗進(jìn)入澆注漏斗,直至完成全樁澆注。當(dāng)混凝土澆注至環(huán)形擋板處,放慢澆注速度,并對鋼管內(nèi)外混凝土面進(jìn)行檢測,若混凝土面上升超過擋板處高度時(shí),則表明混凝土從管外翻漿嚴(yán)重,此時(shí)利用特制溜槽對鋼管外壁空隙回填一定量的碎石控制混凝土翻漿量。在灌注將近結(jié)束時(shí),核對混凝土的灌入數(shù)量,以確定所測混凝土的高度是否準(zhǔn)確。
澆注過程中隨著混凝土上升不斷用泥漿泵將泥漿抽到附近的廢漿池內(nèi)進(jìn)行處理,避免污染環(huán)境。
2. 4. 4 施工時(shí)的防洪防澇
鉆孔樁施工時(shí)正值長江洪水期間,鉆孔內(nèi)有承壓水,對鉆孔樁的施工帶來不利影響,施工時(shí)采取了下列措施:
1) Z1 型鉆孔施工區(qū)域,基坑內(nèi)回填土至高程4. 0 m ,保證施工機(jī)具正常作業(yè);區(qū)域外圍四周開挖排水溝,并設(shè)集水井,用潛水泵將雨水排至施工場地外。
2) 采取填筑砂袋或搭設(shè)鋼支架等措施增加鉆孔平臺(tái)高度和鋼護(hù)筒高度,使護(hù)筒高度高于穩(wěn)定后水壓水位2. 0 m 以上。
3) 鉆孔樁混凝土澆注完成后,為防鋼管與鉆孔孔壁間空隙發(fā)生滲水及管涌,形成內(nèi)澇,先用砂石進(jìn)行回填,后用黏土回填上部進(jìn)行封堵。
