海上大口径钻孔灌注桩施工技术
[ 摘要] 介绍海上和滩涂施工钻孔灌注桩, 根据海水涨潮和落潮的规律, 合理地利用有利时机, 进行浮箱的吊运、钢护筒的埋设, 根据钻孔的深度以及地质情况的不同, 采用不同的泥浆密度和循环方式, 根据泥浆的渗漏程度采取不同的处理方法。
[ 关键词] 桥梁工程;钻孔灌注桩;海上作业;滩涂
某高速公路特大桥工程位于福建沿海地区, 桥址跨越海湾, 全长830m , 上部构造左半幅采用(6 ～ 40)m+(18 ～ 30)m 预应力混凝土组合T 形梁连续刚构, 右半幅采用(6 ～ 40)m +(20 ～ 30)m 预应力混凝土组合T形梁连续刚构;下部结构为柱式墩,重力式U 形桥台, 桥台基础采用明挖扩大基础, 下部构造基础采用 1.5m 、1.8m 冲孔灌注桩基础, 桩长15 ～ 60m , 总计88 根。
桥址最高潮差0 ～ 4.5m , 退潮后除主航道为常水位(施工过程考虑通航要求), 其它墩位均为滩涂, 工程施工有以下难点:
(1)特大桥跨海作业, 受台风潮水影响大, 最大潮差4.5m , 钢护筒安装定位难、泥浆循环系统布置难。
(2)工程地质性能差, 淤泥层厚度8 ～ 34m , 孔隙比大、含水量高、高压缩性, 极易坍孔或漏浆, 泥浆护壁成孔难。
1 钢护筒安装
1.1 安装导向架
导向架安装在退潮或低潮位时段进行。导向架安装在钻孔平台上, 本工程钻孔平台有两种类型, 1 ～ 6 号墩采用高桩平台, 首先插打8 根 800mm 钢管桩, 用型钢搭设钻孔平台, 安装导向架。7 ～ 21 号墩采用由2 只中-60 浮箱和万能杆件拼成的组合式平台。首先在岸边用万能杆件将2 只浮箱连接起来, 并搭设钻孔平台,利用涨潮时海水的浮力并牵引运到墩位上锚定, 向浮箱内注水使其下沉于河床上。
上、下层导向架高4m 。上层设于钻机平台, 与钻机平台栓接;下层导向架支撑于钻机平台脚桩或万能杆件, 与脚桩焊接固定。
该桥测量定位采用大地坐标法, 测设桩位时, 用2个控制点复核。复核无误后, 将桩位中心标示于钻机平台, 调整导向架位置, 误差±5mm , 各层导向架拉十字线, 用铅锤复核交叉点, 看上下是否在同一直线上。当误差超过5mm 时, 应检查原因, 并调整导向架上下中心在同垂线上, 最后将导向架与钻孔平台结构焊接定位。高桩平台导向架安装如图1 所示, 浮箱平台导向架安装如图2 所示。
1.2 钢护筒插打
水上浮吊停放于平台一侧, 运输车将整根7.2m 护筒运至码头, 用运输船运到指定墩位, 上端拴牢吊具,下端用缆风绳拴牢, 防止离开支撑面时撞击其它物体。将钢护筒插入导向架内, 缓缓放入河床, 让其自重下沉稳定。当有障碍物阻碍其下沉时, 采取人工下井直接排除或采用冲抓锥将其取出孔外, 护筒入河床深度小于2m , 遇到障碍物时不得强行振动下沉, 以免横向力过大引起护筒偏位。
钢护筒凭借自重下沉稳定后, 其上设置桩帽, 采用振动打桩机振动让其继续下沉, 使顶口高于钻机平台分配梁以上约1m , 再接高顶节7.2m 护筒, 置桩帽, 接振动打桩机, 使护筒下沉至顶口标高略低于平台顶。
1.3 钢护筒固定
钢护筒就位完毕, 用钢筋将其与钻机平台焊接牢固。
2 泥浆配置
2.1 泥浆配比
在钢护筒内自然造浆, 出护筒后根据泥浆性能加入膨润土, 同时加入纯碱对膨润土进行钠化改良。纯碱具有充分分解膨润土, 增加pH 值、提供成孔所需的碱性环境, 有效减少沉淀速度和沉渣厚度的作用。根据试验结果, 在本工程中添加优质纯碱量为膨润土质量的1.8 %～ 4 %较为合适, 掺量较常规泥浆高。具体配比为:水1 000kg ;膨润土80 ～ 100kg ;纯碱2～ 3.6kg 。
2.2 泥浆性能
不同土层泥浆性能要求如表1 所示。
3 泥浆循环系统设计
3.1 循环系统组成
本工程孔内排渣采用冲击正循环工艺, 泥浆循环系统由泥浆循环池、泥浆沉淀池、泥浆泵、泥浆输送软管组成。
3.2 泥浆循环方式
泥浆泵安装于沉淀池内, 将沉淀的泥浆用高压胶管输入孔内钻头处, 冲洗孔底并使钻渣随泥浆浮起排至泥浆口, 通过泥浆管或溜槽排入沉淀池, 经沉淀后的泥浆再排入循环池。
(1)涨潮时, 储浆池向沉淀池内补浆, 孔内液面升高, 泥浆循环系统如图3 所示。
(2)退潮时, 沉淀池活门打开, 排渣至墩位附近滩涂上, 泥浆循环系统如图4 所示。
(3)桥墩处于主航道, 长年有水时, 通过泥浆船(船仓分隔成2 个仓,1 个用作泥浆循环池、1 个用作泥浆沉淀池)组成泥浆循环系统。泥浆循环系统如图5 所示。
4 冲击成孔
先向护筒内投放1.5m3 料石, 向孔内补充适量的水及粘土造浆, 低冲程轻砸至护筒埋置深度中部, 再回填1.5m3 料石继续钻进, 回填反复多次出护筒底口, 钻头未出护筒口前, 孔内抛石不宜过多, 以免因填石砸密实后, 沿护筒周边摩阻过大, 而将护筒随填石一同钻进。
淤泥层中反复回填粘土及料石, 反复钻进, 确保部分石块挤向孔外, 形成良好的护壁层, 直至穿过淤泥层。填石除了改善钻进效果, 防止吸钻外, 更重要的还可保证护壁密实, 防止流塑、软塑状态的淤泥挤向孔内, 引起缩颈和坍孔事故。
填石块直径不宜超过20cm , 以免不能顺利挤向孔周, 出现探头石,影响钢筋笼安装及桩身强度。
淤泥层钻进用的钻头, 四角焊成倒锥形, 通过冲击石块, 将石块挤向四周孔壁, 使碎石块牢固地挤入软塑、流塑状的孔壁内, 形成坚实的护壁层。
钻进过程中, 在淤泥层除了回填料石外, 还应控制钻头冲程在低冲程状态钻进, 防止出现吸钻事故。对于孔内水头高度的控制, 确保孔内水头高出施工期间最高潮位1.5m , 防止坍孔。
提升钻头时, 速度均匀、平稳, 防止碰撞护筒和孔壁, 钻头冲到底时, 及时收绳提锤,以免大绳松出过多反弹卷筒, 但绝对不能过早刹车收绳, 造成掉钻头事故。停钻时应将钻头提出孔外, 当钻头提出孔中支承于孔中分配梁时, 应放置平稳,防止意外碰撞使钻头坠落。
吊锤用的钢丝绳应选择优质、软性、无弯曲和断丝的,连接钢丝绳和锤头的转向器必须灵活, 防止出现梅花孔。应该检查钢丝绳磨损, 断丝数超过10%或每股断丝超过1/2 时应及时更换。
应检查钻头磨损, 钻头直径磨损超过1cm 时, 应进行补焊, 用补焊加大直径的钻头钻进时, 缓慢放入孔底, 来回上下提升几次, 确认不至卡钻, 低冲程钻进一段时间, 再正常钻进。
5 异常情况的处理
(1)4 号墩2 号桩孔钻进至46m 时, 发生孔内泥浆有渗漏现象, 通过加大泥浆浓度, 并在泥浆中搅入3 %～ 5 %的干锯末, 经过处理后, 渗漏情况减弱, 顺利完成该孔施工。
(2)5 号墩3 号桩孔钻进至36.4m 时, 孔内泥浆严重渗漏,经分析确认渗漏发生在钢护筒底部, 根据渗漏的流量, 采取在原护筒顶部加长1m 的方案, 焊好后振动向下压入, 到达预定标高后再将护筒固定在钻机平台上, 渗漏问题得以解决,重新开始钻孔施工。
6 工程效果
(1)桩基低应变动测 共计88 根桩全部进行了低应变动测,检测结果Ⅰ类桩62 根, 占总数的70.5%;Ⅱ类桩26 根, 占总数的29.5 %;无Ⅲ类、Ⅳ类桩。
(2)钻芯检测 钻芯试验共作18 根桩, 所钻混凝土断面致密, 胶结良好,总体质量评价良好。
(3)桩位复核 共计88 根桩偏位情况全部检查,所有偏差均在50mm 以内。
本文作者：王耀 (中国建筑七局三公司）
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