淮河特大桥深水桩基施工技术
张成三
六公司汶马项目部
摘要：以京沪高速铁路淮河特大桥深水桩基施工为例，重点针对水中工作平台、钻孔灌注桩的主要施工方法及质量控制等关键技术进行阐述。
关键词：深水 钻孔灌注桩 施工工艺
京沪高速铁路为我国在建的第一条高速铁路，时速达到350km/h，而淮河特大桥主桥是京沪高铁全线三个工期控制的重点工程之一，全桥长85公里，跨越淮河、怀洪新河、浍河等河流，现以中铁十五局集团施工的淮河特大桥深水桩基施工为例，重点针对水中工作平台、钻孔灌注桩的主要施工方法及质量控制等关键技术进行阐述。
1、工程概况
淮河特大桥位于京沪高速铁路安徽省蚌埠市淮河上,主桥跨越淮河上.全桥长85公里。该段水深约20~40m,河床淤泥覆盖层厚达10m以上。该墩为深水及高桩承台基础,桩基为12根<2.8m大直径、深嵌岩的钻孔摩擦 桩,顺桥向3排,横桥向4列,桩距6m,桩长65m,嵌岩深度约50 m。承台底距水面14m。
桥址河面宽800m,施工水位38 m,最大流速2251 m/s,最大涨落潮差达4.3 m,百年一遇洪水位55.4 m,洪峰流量为18.6 m3/s。地层表层为第四系沉积为主的海陆混合相沉积,以下主要为灰白色、黄色、灰色、灰黑色流塑状淤泥土,中部夹有粉细砂、圆砾土,大部分地段厚30~50 m,最厚大于80 m。下伏基岩为细砂岩、泥质粉砂岩,强风化-弱风化。
2 总体施工方案
综合考虑各种因素, 确定搭设水中工作平台,施工钻孔桩,拼装、下沉双壁钢吊箱围堰施工方案。采用驳船运载混凝土、材料及机械设备至水中工作平台,桩基钢筋笼采用130t汽车吊吊放。
3 水中工作平台施工
水中工作平台为41.2m×40m,靠下游侧设25m×11m临时码头,见图1。平台顶标高为6.3m.在35号主墩和桩之间,采用浮吊吊挂振动锤插打钢管桩,并用槽钢将钢管桩联成整体,再在其上架设工字钢、加强型贝雷梁、型钢及钢板构成起始水中工作平台。利用水中工作平台放置钢护筒定位导向架,浮吊吊挂振动锤插打钢护筒到位,并用型钢把钢护筒与钢管桩连成整体,形成桩基施工水中工作平台,见图2。水中工作平台按功能分为:临时码头区为驳船运载设备、材料、人员等提供上下平 台;辅助作业区为临时办公和电力设备的布置,还为机具、车辆、起吊设备、施工人员等提供作业场 地;中心工作区是钢护筒下沉定位的导向铺助平台,可满足4台 钻机同时钻孔和水下混凝土灌注的要求。
3.1 钢管桩插打
钢管桩采用Q235A钢板在加工厂卷制而成,直径1000mm,壁厚1mm。制成6 m长的标准节段,由拖车运至临时码头。为保证钢管桩对接质量,确定在水中打桩只对接一次,第一节桩长36m,第二节长为6 m,第一节在岸边临时码头分节接好,送到现场。采用交会法控制钢管桩平面位置,用80t浮吊悬挂120 t振动锤插打施工,钢管桩打入深度约8m。钢管桩(两根以上)到位后,在距桩顶25cm处和水面处分别焊接耳板,再在其上焊[20槽钢水平连接杆件,并设[20槽钢剪刀撑,使钢管桩纵横向成整体。
3.2 工作平台搭设
根据设计洪水位确定钢管桩桩顶标高,测量放线后,切割或接长钢管桩,使其顶面处于同一水平标高位置。在放置横梁的桩顶开口处,用焊牛腿予以加固,开口必须水平,再置两根I45 a工字钢作横梁,于上焊加强肋 后架贝雷梁,其上架I28a工字钢,间距30cm,再铺10mm的防滑钢板。临时码头采用在
钢管桩上铺两根 I45a工字钢作横梁,于其上铺I28a工字钢作纵梁,间距20cm,纵梁上铺10mm防滑钢板。并在平台四周安装栏杆,照明灯杆和警示灯。
4 钻孔灌注桩施工
4.1 钢护筒施工
钢护筒长42 m,直径3.2m,壁厚20mm。统一制作,先卷单件,再制成节段,节段长12m。施工用的笼式导向架,比钢护筒大5 cm,导向架由上下两层水平正六边形框架与竖向桁架连接形成。下放钢护筒前先将导向架垂直沉入水下,再沿导向架埋设钢护筒,并用全站仪校核钢护筒的倾斜度。采用80 t浮吊悬挂160t振动锤进行插打。完成后,采用型钢把钢护筒与钢管桩连成整体,形成水中工作平台。
4.2 钻机设备
对于大直径、深长、深嵌岩的钻孔摩擦桩,、结合地质和钻机性能对钻孔桩设备比选结果,采用正循环冲击钻机成孔方案,选用铸钢五瓣实心冲锤,重10~12t。钻孔平台布置4台冲击钻机钻孔,按桩位交错进行防止偏载。
4.3 泥浆制备
钻孔前先用泥浆搅拌机搅拌膨润土泥浆,再用泥浆泵泵入钢护筒,当其泥浆性能指标(比重G为1.3~1.8g/cm3)满足施工要求后开孔钻进。
4.4 钻孔施工
检查钻机确认设备良好,做好测量标记及钻孔记录准备。开孔前在孔内投放粘土, 并加适量粒径不大于15 cm 的小片石,顶面整平。开始时采用小冲程开孔,钻进0.5~ 1.0m后再回填粘土,继以小冲程冲击,如此反复。钻孔中应据地质情况采用不同冲程, 勤松绳,防止空锤,避免钢丝绳因承受过大荷载而遭受破坏;勤抽碴,使钻头能冲击新鲜地层;勤补浆,以保证钢护筒内泥浆面高于水面2.0m以上。
4.5 检查钻孔和清孔
钻孔达到设计标高后,对孔径、孔深、孔位、竖直度和孔底地质情况进行全面检查。合格后,速用泥浆正循环加高压射风快速清孔,要求含砂率<2%泥浆比重:1.1g/cm3,稠度17~20s。
4.6 钢筋笼制作与下放
单桩钢筋笼重约65t,在岸上制作,节长12.0m,运至现场后用130t汽车吊分节下放。主筋采用直螺纹套筒连接,同截面内接头面积不大于主筋总截面的50% ,相临接头间距不小于1.5 m。为检测成桩质量,在钢筋笼内侧四周均匀设置四根超声波检测管。钢筋笼安装后,用型钢将钢筋笼固定在钢护筒上,以承受钢筋笼自重和防止混凝土灌注中钢筋笼上浮,并确保钢筋骨架中心与孔中心吻合。
4.7 水下混凝土灌
(1)钢筋笼到位固定后,立即下放导管。导管采用<mm钢管,以快速螺纹接头连接,导管使用前应做水密性试验和承压试验、并保证止水胶垫的完好性。
(2)混凝土导管下沉到位后,进行二次清孔,直至孔底沉碴厚度在0~50 mm 范围内。
(3)根据配合比和混凝土方量备足砂、碎 石、水泥、粉煤灰和外加剂, 保养好设备,保证混凝土灌注不间断。为保证首批混凝土入孔后导管埋入混凝土深度2m以上,应确保储料斗内首批混凝土初存量不少于15m3。当漏斗内灌满混凝土后立 即砍球,使混凝土下落, 同时保持储料斗内混凝土不间断地通过漏斗导管灌注至水下, 完成首批灌注。
(4)灌注过程中,随时测量混凝土面的高度,正确计算导管埋深。为确保桩顶混凝土强度,应超灌混凝土1m左右,多余部分在承台施工前凿除。灌注过程中认真记录混凝土的灌入数量,以核校 所测混凝土的高度是否准确,当确定混凝土的顶面标高到位后,停止灌注,拆除导管。
4.8 施工问题及对策
(1)扩孔、坍孔的处理。在砂层和淤泥质土层中钻孔易发生扩孔、坍孔事故,在钻进过程中应根据不同的地层控制钻进速度,在土层变更位置应采取小冲程钻进;加强泥浆指标控制,并适时往孔内补充新鲜泥浆,以保证孔壁的稳定。一旦发生扩孔、坍孔事故,分别采取:轻微坍孔时,可增大泥浆黏度及比重稳定孔壁;坍孔较严重时, 采取回填粘土、片石或灌注水下混凝土,待稳定后再重新钻孔。
(2)钢护筒底漏浆处理。由于覆盖层下的岩面起伏不平,钢护筒在插打过程中扭曲变形较大,钢护筒底容易漏浆,并发生卡钻事故。由于施工中采取往护筒内投放适量片石和粘土,边冲边投等措施。
(3)掉锤的处理。在施工中，因桩较长、冲程过大,钻杆与钻头的连接承受不了扭矩或自重,导致接头脱落和断裂,以及因钢丝绳磨损折断,导致掉锤发生采 取:钢丝绳使用一次,全面检查保养一次;低速钻孔,严禁高速以减小扭矩;发生掉锤时,及时用打捞钩带挂,钻机轻轻向上提拉,避免塌孔。
(4)混凝土堵管的处理。由于桩径大,桩长,混凝土方量大,混凝土灌注容易堵管。采取:选择合理的配合比,保证混凝土较好的和易性和稳定性,避免提前初凝造成堵管;灌注时应及时缓慢地上下提升导管,防止导管埋置过深或混凝土初凝,提不动导管而堵管;一旦堵管,采取在漏斗中装满混凝土后快速提升导管,再迅速下放,或少量提升导管再快速下落,通过冲击疏通导管,但在提升导管时必须保证导管的最小安全埋深。
5 结语
淮河特大桥主墩施工完成后,每根桩基均采用超声波检测,并随机抽取3根桩基进行抽芯 取样检测,检测结果,全部桩均为Ⅰ类桩。证实其施工技术是成功的。
参考文献:
[1]张鸿,刘先鹏.特大型桥梁深水高桩承台基础施工技术[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2008.