橋梁工程中灌注樁施工技術的應用
1、工程概述
該工程包括大橋兩座、高架橋多座、道路排水、交通工程及人行道塊輔設等。橋梁設計都采用鉆沖孔灌注樁基礎,共有112根,樁徑1.0m、1.5m及1.8m三種,樁長44m～51m,要求嵌入微風化巖大于1倍樁徑。從地質資料反映,第四系覆蓋土層厚度為3.7m～44.8m,上覆土層主要有人工填土、淤泥、粉細砂、中砂、粗砂、礫砂、粘土、粉土和粉質粘土,下伏基巖主要有泥巖、泥質粉砂巖、灰巖、輝綠巖和角礫巖等,其巖性及其在水平和垂直方向的分布變化較大,部分地層反映到斷層泥、溶洞等不良地質。江面寬約230m,河床水深2m～10m。主要分布為4個地層組合:①人工堆積層,以雜填土、素填土為主,結構松散，稍密,層厚1.8m～11m不等;②沖積層，主要由淤泥、淤泥質砂土組成，灰黑色，流塑狀,層厚0.4m～5.7m不等;③坡積層,以粉質粘土、粘土、砂、砂土為主，松散～稍密狀態,層厚1m～20m不等;④基巖,以白堊系的泥巖、泥質粉細砂灰巖、輝綠巖為主,基巖深10m～50m不等,按風化程度分為強風化帶、中風化帶、微風化帶。主橋樁基為大直徑鉆孔樁,整個場地的工程地質條件復雜,地質條件變化大,部分地層反映到斷層泥與溶洞等不良地質,主橋樁基位于深約8m的水中,具有一定的施工難度。樁基礎經過檢測85%為Ⅰ類樁,其余為Ⅱ類樁。
2、施工技術
樁基礎施工分為岸上和水中兩部分,岸上樁采用常規的鉆沖孔樁工藝,水中樁基則通過搭設的水上施工平臺和棧橋進行施工。樁基施工順序:護筒埋設→鉆孔→清孔→安放鋼筋籠→水下混凝土灌注→樁基檢測。
2.1護筒埋設
陸地上的樁基礎在放出樁位后,查明樁位處有無地下管線即可開始埋設護筒,護筒高2.0m～2.5m,讓鉆頭的中心對準樁位,然后根據護筒的大小挖埋護筒,護筒應高出地面30cm～50cm,埋入土中應不少于1.0m。
2.2泥漿處理系統
陸地上的樁基施工除現有的道路外,在每個橋墩軸位之間設置泥漿溝池,作為泥漿處理系統,泥漿溝池采用磚砌筑；主墩樁則在每個主墩施工平臺上設置一臺QJ-250型反循環電動空壓機及一臺BAVER-BE250型泥漿處理器排渣,并利用自行加工的泥漿罐進行排渣。排出的泥漿渣土用泥漿船運走。成孔過程中,泥漿具有護壁、排渣、冷卻機具和切土、潤滑作用。泥漿配制是保證成孔質量的關鍵措施。
2.3鉆孔
為了保證施工質量及施工進度,根據本工程的施工特點,主橋墩樁基采用KTL-300型反循環回轉鉆機進行施工,兩岸樁基采用BRM-2型鉆機及5t沖樁機配合進行施工。
成孔是控制樁基質量的關鍵工序。岸上樁基采用常規的鉆進施工工藝進行施工即可；主橋墩樁基由于處于水中施工,地質條件比較復雜,基巖有溶洞存在,鉆進過程中要對溶洞區進行處理,鉆進時要控制好泥漿的質量。樁基鉆孔前需對泥漿進行反循環,先往孔底注入優質的膨潤土泥漿,置換出孔內的清水,鉆進過程中不斷補充優質泥漿。
在河床沖積粗砂層鉆進時,加大泥漿的濃度,必要時拋填粘土、片石以防漏漿,若發現有泥漿漏失,應及時補充泥漿,使孔內液面保持穩定后方可繼續鉆進。在溶洞區施工時,根據溶洞具體情況進行處理,如鉆孔必須穿越溶洞時,樁基應嵌入溶洞以下微風化巖1.0m,并保證樁底以下至少有5m完好的基巖。當溶洞范圍不大,洞高<1m，溶洞內有填充物時,使用優質的膨潤土泥漿進行護壁,保持孔內的水位高度,適時向孔內投入潮濕泥塊或袋裝粘土小塊片石,采用慢速鉆進將拋填物擠入溶洞孔壁或溶洞裂縫,以加固護壁,防止漏漿和塌孔;當溶洞高度>1m,但鉆進時無坍孔情況能順利成孔時,為防止灌注水下混凝土時流失,要在溶洞上下各1m范圍內采用鋼護筒防護,鋼護筒壁厚4mm,定位采用將其焊搭在鋼筋籠的定位筋上,隨著鋼筋籠的下放下沉就位;當溶洞范圍較大,洞高>1m,漏水嚴重,鉆進中無法使鉆孔保持一定的靜水壓力,鉆進時有可能出現嚴重的坍孔致使鉆進困難時,采用壁厚10mm的鋼護筒進行護壁,隨鉆孔樁鉆進過程,邊鉆進邊振沉鋼護筒的方法穿越溶洞,同時拋填片石及粘土塊,及時補充優質的膨潤土泥漿至孔內,保持孔內的水位高度。穿越溶洞后還要繼續嵌巖時,進入微風化巖石的樁徑可縮小至1.5m。
2.4清孔
鉆孔達到設計深度后,經監理確認后,開始清孔。清孔采用抽漿換漿法進行,鉆頭提起距孔底20cm～30cm時,采用稍高的轉速轉動鉆頭,一邊繼續氣舉反循環,把孔底泥漿、鉆渣混合物排出孔外,一邊向孔內補充已凈化后的優質泥漿,保持孔內液面穩定,直到孔內泥漿的各項指標及沉渣厚度符合規范及設計要求為止。
2.5鋼筋籠的制作和吊放
鋼筋籠就近于橋墩柱位處成型,鋼筋籠主筋搭接采用焊接,箍筋與主筋梅花點焊,主筋與加勁箍100%點焊牢固。由于鋼筋籠直徑比較大,故在鋼筋籠內加焊十字撐,以加強鋼筋籠結構的整體性,防止鋼筋籠在吊裝過程中變形。鋼筋籠制作時注意安裝聲測管,聲測管上下管口用木塞封口。鋼筋籠保護層用7cm厚混凝土墊塊在每個加勁箍四周各墊一塊。
鋼筋籠制作完成后,須通過監理驗收方可吊放,岸上樁基鋼筋籠采用樁機與汽車吊進行臺吊安放,水中樁基鋼筋籠采用樁機與起重船配合進行臺吊安放,若鋼筋籠過長時可分段制作和吊裝,兩段鋼筋籠的主筋須錯開搭接,焊接對接,搭接長度應符合設計要求,十字撐在鋼筋籠下放過程中割除。
2.6水下混凝土灌注
灌注水下混凝土是樁基施工的關鍵工序。本工程水下混凝土采用商品混凝土,岸上樁基采用汽車吊配合樁機進行灌注,主橋墩樁基礎采用混凝土輸送泵進行輸送?；炷料铝喜捎忙?00mm導管。導管使用前和使用一段時間后要進行水密性和承壓性試驗，并檢查防水膠墊是否完好。導管下放至距孔底部30mm～40mm。灌注前應檢查孔底沉渣情況,如下放鋼筋籠時間過長,應進行二次清孔,導管內吊放混凝土柱狀塞頭,開塞前堵料斗應有足夠的混凝土初存量才能剪塞,保證第一批混凝土灌注后導管埋管1m以上。本工程樁基直徑大,樁底比較深,混凝土量大,澆注過程中必須保證混凝土的連續供應,并設專人進行測量孔深記錄,準確掌握混凝土面的上升高度,嚴格控制導管埋深在2m～6m的范圍內,灌注后混凝土面要比設計樁頂標高高出0.5m～0.8m，每根樁應做3組混凝土塊試驗。
2.7樁基礎檢測
全部樁基都要求在樁身埋設超聲波檢測管,進行檢測。主橋跨江樁基按規范要求進行抽心檢測,抽心樁隨機抽檢至少2根；陸地連續梁每聯樁基按規范要求進行混凝土抽心檢測,隨機抽檢至少2根；凡在施工中出現塌孔等事故的樁,應行抽心檢測因此對需要做檢測的樁,在施工時必須注意預埋測試管線。
3、常見事故及防治
3.1孔壁坍塌
原因:泥漿濃度不夠,護筒埋深不夠,成孔速度太快,孔內水位高度不夠,在地質條件不好的情況下處理不及時。
技術措施:在松散砂土鉆進時,控制鉆進速度,選用較大密度、粘度、膠體率的優質泥漿;確定護筒埋設已進入硬土層;鉆進時及時補充孔內泥漿,保證孔內水位高于承壓水水位。
3.2孔斜
原因:當遇到巖面傾斜,一邊軟一邊硬時,如稍有不注意就會造成孔斜。
技術措施:在有傾斜狀的軟硬地層鉆進時,吊住鉆桿,控制鉆進速度并低速鉆進,或往孔內填入片石,改用沖擊樁機將斜面硬層沖平后,再用回轉鉆機鉆進。
3.3卡鉆或卡錘
原因:鉆進速度太快,地質情況不明,巖面傾斜,遇有孤石或溶洞等。
技術措施:嚴格按操作規格進行鉆孔作業,當遇有巖面傾斜或溶洞時,應采取有效措施先期進行處理后再按常規進行鉆進。
3.4沉渣過厚
原因:泥漿指標不符合要求,含砂率過大;下放鋼筋籠時間過長或鋼筋籠碰撞孔壁,造成塌方。
技術措施:清孔時嚴格控制泥漿指標,保證清孔后孔內泥漿各項指標符合設計要求;盡量縮短下放鋼筋籠的時間,下放時應徐徐下放,不得快速沖下。如鋼筋籠安放完畢后,孔內沉渣仍超出要求,采用二次清孔,直到沉渣符合要求為止。
3.5灌注混凝土時鋼筋籠上浮
原因:灌注混凝土時,埋管過深;或混凝土供應不上,混凝土已初凝,抱死導管。
技術措施:經常上下提動導管,控制埋管深度在2m～6m范圍內,混凝土的供應要連續。
3.6斷樁
原因:混凝土坍落度太小,骨料不符合要求;料徑太大,灌注過程未及時提升導管,造成導管堵塞;混凝土供應不及時,間歇時間過長;提升導管時碰撞鋼筋籠,使孔壁土體混入混凝土中。
技術措施:經常測定混凝土坍落度,檢查骨料是否符合規范要求;邊澆灌混凝土邊提升導管,并測量混凝土頂面高度,隨時掌握埋管深度,避免堵管及導管脫離混凝土面;做好混凝土的供應工作,保證混凝土的連續供應;提升導管時,應保證導管垂直上升,并注意鋼筋籠有否上浮或移動。
4、結束語
該工程嚴格按照正常工序進行,使得工程順利完成,克服了一些現實困難,所使用的灌注樁技術是有效可行的,也可推薦用于其他同類工程的建設。
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