大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

　　關(guān)鍵詞：大直徑鉆孔灌注樁；樁基；施工

　　前言

　　大直徑鉆孔灌注樁樁基施工難度大且無直接可以利用的施工資料，因此有必要在工程區(qū)域內(nèi)進行工藝試樁，通過施工工藝試樁研究大直徑鉆孔灌注樁成孔及成樁施工工藝，并研究大直徑超長樁的關(guān)鍵施工設(shè)備、關(guān)鍵材料組織和關(guān)鍵參數(shù)(如混凝土配合比、混凝土初凝時間等)，為大橋?qū)嶋H施工過程中制定樁基施工方案提供依據(jù);通過承載力試驗確定單樁極限承載力、獲得各土層及樁端持力層有關(guān)參數(shù)、測定樁基沉降和變形、驗證樁端后注漿效果，為確定大橋樁基各項設(shè)計參數(shù)提供依據(jù)。

　　1工程概述

　　某跨江大橋是一座特大型橋梁。橋位處自然條件特殊，河床寬淺、潮強流急、河床變化劇烈，特別是受風(fēng)浪和涌潮影響導(dǎo)致水域有效作業(yè)時間極為有限。本工程水中區(qū)引橋采用70m跨徑連續(xù)剛構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用單樁獨柱的結(jié)構(gòu)形式�；�礎(chǔ)采用直徑3.8m的大直徑鉆孔灌注樁，單樁最大樁長為116m，為大直徑超長樁。水中區(qū)引橋基礎(chǔ)擬借助棧橋施工，鑒于目前棧橋施工進度，水中區(qū)引橋工藝試樁位置布置在主橋南側(cè)水中區(qū)引橋施工棧橋的西側(cè)，初勘鉆孔CZK18附近。鉆孔CZK18地層自上而下為:亞砂土、粉砂、淤泥質(zhì)亞粘土、軟塑狀亞粘土、砂、亞砂上、粉砂、圓礫、卵石、強風(fēng)化、弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，鉆孔樁樁尖處于弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，具體詳見圖1CZK18孔地質(zhì)剖面。

　　2施工過程和施工工藝

　　2.1鉆孔平臺搭建及施工情況

　　1、鉆孔平臺設(shè)計

　　(1)功能要求

　　鉆孔平臺借助棧橋進行，平面尺寸30m×21m，分大型起吊設(shè)備作業(yè)區(qū)、材料及半成品堆放區(qū)和鉆機設(shè)備布置區(qū)，具體見圖2鉆孔平臺功能劃分圖。平臺基本尺寸滿足以下功能要求:

　�、巽@進過程中，平臺上可同時布置吊車、鉆機、泥漿循環(huán)池、水箱、發(fā)電機、空壓機、泥漿凈化器、鉆桿、導(dǎo)管等機具設(shè)備，并具有施工通道的功能。

　�、谙路配摻罨\及灌注混凝土過程中，平臺尺寸可同時滿足布置鋼筋籠臨時存放、導(dǎo)管存放、3001汽車吊以及混凝土泵車罐車作業(yè)的需要。

　　(2)結(jié)構(gòu)尺寸

　　鉆孔平臺采用Φ1000×10mm的鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管樁之間用Φ460×8mm鋼管和工40槽鋼作為平撐和斜撐連接；上部結(jié)構(gòu)采用雙層貝雷析架主析結(jié)構(gòu);橋面板布置形式為縱向鋪Ⅰ12.6工字鋼和橋面鋼板為δ=8mmQ235花紋鋼板。鉆孔平臺順橋向靠棧橋側(cè)鋼管樁與棧橋鋼管樁利用Φ460×l0mm鋼管連接，以形成整體結(jié)構(gòu)。

　　2、鉆孔平臺施工

　　鉆孔平臺施工利用懸臂式導(dǎo)向架逐步向前展開作業(yè)而。鋼管樁基礎(chǔ)采用10仇履帶，已配合DZJ120型振動錘進行施打；上部結(jié)構(gòu)直接利用100t履帶吊拼裝。

　　2.2鋼護筒施沉

　　(1)鋼護筒加工及運輸

　　鋼護筒加工采用工廠化進行，為了滿足運輸能力要求，鋼護筒分節(jié)制作，現(xiàn)場對接成整體�？紤]運輸和吊裝過程中其強度和剛度，保證鋼護筒在運輸和吊裝過程中不變形，在每節(jié)鋼護筒兩端內(nèi)部各加設(shè)一道十一字交叉的槽鋼支撐。壁厚30mm的鋼護筒單節(jié)重量為48t，壁厚為25mm的鋼護筒單節(jié)重量為42t,根據(jù)尺寸、重量及運輸要求，采用50t平板車可滿足要求。

　　(2)鋼護筒定位

　　鋼護筒下沉采用雙層定位導(dǎo)向架定位。定位導(dǎo)向架共分上下兩層，上層由焊接在鉆孔平臺面板上的4.5m×4.5mⅠ36a工字鋼框架組成，下層導(dǎo)向框焊接在鋼護筒四周的六根鋼管樁上，通過牛腿支撐相連。下層鋼護筒定位導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)詳見圖3.

　　(3)鋼護筒施沉

　　1)鋼護筒起吊

　　鋼護筒運至現(xiàn)場，在孔口利用300t汽車吊和1001履帶吊同時起吊，300t吊車鉤住鋼護筒頂口，100t吊車鉤住鋼護筒底口。通過兩個吊車同時操作豎起鋼護筒，為保證吊裝安全，100t吊車始終保持35t的拉力。將鋼護筒豎起后，松下100t吊車，通過300t吊車將鋼護筒擺放到位進行對接，詳見圖3.9鋼護筒吊裝步驟示意圖。

　　2)垂直度控制

　　考慮運輸問題鋼護筒全部在施工平臺上焊接成施沉長度。首節(jié)鋼護筒的準(zhǔn)確沉放是保證鋼護筒整體平面位置和垂直度的關(guān)鍵，因此需在平潮時進行，用300t全地面汽車起重機吊裝沉放，用全站儀沿相互垂直的兩個方向觀測，確保沉放的垂直度符合要求。施沉?xí)r采用300t汽車吊配合DZJ-150加強型雙聯(lián)動振動錘施沉。在鋼護筒沉至距離平臺高約1.0m時進行鋼護筒對接。在鋼護筒施沉下過程中，用全站儀沿相互垂直的兩個方向全過程觀測，隨偏隨糾。

　　3)鋼護筒對接

　　待首根鋼護筒施打到位后，沿鋼護筒頂圓周均布12塊厚度為δ20mm，長寬為50cm×20cm的限位鋼板，預(yù)留25cm于護筒頂外與鉛垂線成30夾角;以便第二節(jié)鋼護筒吊放上去時能準(zhǔn)確的卡在限位鋼板內(nèi)，待全站儀兩個方向觀測好后進行兩節(jié)鋼護筒之間的接縫焊接。接縫焊接完畢后將限位鋼板扳為鉛垂?fàn)钆c頂節(jié)護筒密貼，然后將該限位板牢固焊接在上節(jié)鋼護筒上，使限位板變?yōu)榧訌姲濉．?dāng)護筒壁厚度不同時連接方式詳見圖4鋼護筒對接詳圖。

　　2.4鉆孔施工

　　本工程樁大而深，粉沙、細紗等不穩(wěn)定層亦較厚，在施工過程中保證孔壁穩(wěn)定，充盈系數(shù)合理是本工程質(zhì)量、安全的關(guān)鍵點。

　　基本鉆進工藝為:土、砂、圓礫等地層采用合金刮刀鉆頭、風(fēng)化巖地層采用滾刀鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進，泵吸反循環(huán)與氣舉反循環(huán)相結(jié)合排渣。

　　開始鉆進時，先以泥漿正循環(huán)方式開孔。

　　泥漿正循環(huán)工藝如下:在鉆孔的同時，用泥漿泵將泥漿打入空心鉆桿內(nèi)，從鉆頭的出漿口沖出的泥漿，由于密度與粘性較大，帶動泥屑、碎石向上浮起，溢出孔后流入泥漿分離器內(nèi)。泥漿分離器將泥漿和鉆渣分離后，清泥漿重新被打入孔中，如此循環(huán)。

　　鉆孔至護筒底時，采用氣舉式反循環(huán)方式鉆進。

　　氣舉式反循環(huán)工藝如下:在鉆進過程中，空壓機將高壓空氣通過鉆桿中的空氣通道送到鉆頭上部的風(fēng)包并向鉆桿內(nèi)噴出，使風(fēng)包下部形成真空，于是便將鉆渣吸上來，并隨著氣漿混合體從水龍頭排出。當(dāng)鉆孔深度超過50m(從孔內(nèi)水面算起)時，現(xiàn)場配備的空壓機產(chǎn)生的風(fēng)壓無法有效沖入鉆桿，改為中間風(fēng)包出氣。

　　為了加強護壁，保持孔壁穩(wěn)定，試驗樁在鉆進過程中不斷向孔內(nèi)補充數(shù)量泥漿，始終保持孔內(nèi)泥漿面與孔外漲潮水位相平。最大漲落潮水頭差為6m，由于鋼護筒施沉深度較大，經(jīng)計算不會發(fā)生穿孔。在鉆進程中，當(dāng)泥漿指標(biāo)偏離要求時，要及時開啟泥漿分離凈化器凈化泥漿和加入泥漿制作材料調(diào)整泥漿指標(biāo)。

　　鉆孔過程中應(yīng)根據(jù)不同地層，調(diào)整鉆速、進尺。在一般松散粉細沙層，采用低檔慢速。在膠接礫砂層，采用中檔中速，并適當(dāng)增加鉆壓。在密實的中粗砂層中，采用快速鉆進。鉆壓始終保持減壓鉆進，孔底承受的鉆壓控制在鉆具重力之和(扣除浮力)的50%以下，以確保長樁的豎直，保持重錐導(dǎo)向作用。

　　2.5鋼筋籠

　　1、鋼筋籠運輸

　　鋼筋籠在后場采用25t履帶吊吊至平板車，采用拉鎖固定在平板車上。運輸過程中保持車速緩慢勻速，保證運輸過程中鋼筋籠不變形。

　　2、鋼筋籠就位

　　鋼筋籠運至現(xiàn)場后，在孔口利用300t汽車吊和25t汽車吊同時起吊，300t吊車鉤住鋼筋籠吊具，25t吊車鉤住下端，鋼筋籠箍圈設(shè)置內(nèi)撐保證吊裝時的剛度，同時達到限位作用。通過兩個吊車同時操作豎起鋼筋籠，然后松下25t吊車通過300t吊車將鋼筋籠擺放到位進行對接。下放完畢的鋼筋籠用利用掛鉤掛在鋼護筒上。一端掛在鋼護筒邊上，另一端掛住鋼筋籠。

　　2.6混凝土灌注過程控制

　　1)首批混凝土灌注

　　首批混凝土灌注采用大料斗(30m3)進行灌注，并在灌注后拔球同時采用2臺混凝土泵車同步進行供料，在保證首批混凝土灌注后的導(dǎo)管埋深大于1.5m和填充導(dǎo)管底部間隙需要的同時，也增大了導(dǎo)管的埋深系數(shù)。

　　2)正�；炷�土灌注

　　首批混凝土灌注完畢后，拆除大料斗，安裝1m3小料斗，通過溜槽采用1輛混凝土罐車和1輛混凝上汽車泵灌注，以加快混凝土灌注速度。

　　混凝土灌注過程中，控制好孔內(nèi)泥漿面始終高出孔外的水位2m以上。

　　將鋼筋籠頂主筋與護筒焊接連接，防止鋼筋籠骨架上浮。

　　混凝土在灌注至兩個荷載箱位置時，應(yīng)減慢灌注的速度。

　　混凝土灌注至設(shè)計標(biāo)高拔出最后一節(jié)導(dǎo)管時應(yīng)使導(dǎo)管內(nèi)混凝土充滿，并緩慢拔出，以免樁內(nèi)夾入泥芯或形成空洞。

　　由于樁徑較大，浮漿可能較厚，為保證整樁質(zhì)量，將混凝土面澆筑標(biāo)高暫定為高出設(shè)計標(biāo)高lm。

　　在灌注將近結(jié)束時，核對混凝土的灌入數(shù)量，以確定所測混凝土的灌注高度是否正確。

　　3)混凝土面測量

　　混凝土面測量采用測深錘法，用測繩懸掛測錘進行。測繩選擇質(zhì)輕、拉力強、不變形的專業(yè)廠家生產(chǎn)的測繩。測繩的刻度在使用前應(yīng)用鋼尺進行校核。測錘采用圓錐形，材質(zhì)為C30混凝土，重8kg。

　　混凝土灌注過程中沿鉆孔樁四周布置四個觀測點，設(shè)4個有經(jīng)驗的技術(shù)人員同時測量測量混凝土面標(biāo)高，4個人同時計算并記錄在混凝土灌注臺帳中。每次測量結(jié)果4個人必須進行相互校核，確保正確計算導(dǎo)管在混凝土內(nèi)的埋置深度，確保導(dǎo)管的埋置深度不小于5m，最多不超過l0m。測量次數(shù)不少于所使用導(dǎo)管節(jié)數(shù)，應(yīng)在每次起升導(dǎo)管前，測量一次管內(nèi)外混凝土面高度，并繪制混凝土灌入量與孔內(nèi)混凝土面升高量的過程曲線，用以分析擴孔率。遇到異常情況應(yīng)增加測量次數(shù)，同時觀察翻水情況，以正確分析和判斷孔內(nèi)的情況。

　　3.結(jié)束語

　　本文主要研究了大直徑鉆孔灌注樁施工工藝及施工過程，分析了各工序的控制要點和施工措施。驗證了大直徑鉆孔灌注樁的施工工藝流程，得到了大直徑鉆孔樁施工的各項參數(shù)，為以后的大橋建設(shè)提供了依據(jù)。

　　本章主要內(nèi)容:

　　(1)提出了大直徑鉆孔灌注樁的施工流程;

　　(2)設(shè)計出了一種定位導(dǎo)向架，解決了大直徑鋼護筒施沉?xí)r的定位不夠準(zhǔn)確的問題;

　　(3)研究分析了混凝土澆注時的施工組織問題，為同類型樁基施工提供了借鑒。

　　(4)總結(jié)了樁施工進度的控制和注意事項。

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