荊岳長江公路大橋主橋樁基礎(chǔ)成孔施工工藝設(shè)計

1、-. z.荊岳長江公路大橋主橋樁基礎(chǔ)成孔施工工藝郭澤平1，顏江平2（1.荊岳長江公路大橋建設(shè)指揮部，430014；2.湖大建設(shè)監(jiān)理，410082）摘 要：荊岳長江公路大橋為主跨816m雙塔不對稱混合梁斜拉橋，橋位處地質(zhì)情況復(fù)雜，主塔基礎(chǔ)工程規(guī)模大。本文介紹了有關(guān)該橋主塔基礎(chǔ)工程的基本情況和復(fù)雜水文地質(zhì)條件下大直徑超長樁基成孔的關(guān)鍵技術(shù)，重點對不同地質(zhì)條件下的樁基施工及超大直徑鋼圍堰施工技術(shù)進(jìn)行了敘述。關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；不良地質(zhì)；鋼圍堰；水中平臺；同步作業(yè)1、概述1.1工程背景荊岳長江公路大橋是省六縱五橫一環(huán)”骨架公路網(wǎng)中隨州至高速公路跨越長江的控制性工程，是綜合建橋技術(shù)具有國際先進(jìn)水平的特大

2、型長江大橋。其主體工程由主跨816m雙塔不對稱混合梁斜拉橋和一聯(lián)七跨970m變截面連續(xù)箱梁橋（長江灘橋）組成，主橋跨度組合為灘橋主橋（100+5154+100）m +（100298816807575）m。1.2主橋樁基礎(chǔ)概況及面臨的問題全橋基礎(chǔ)設(shè)計均為承臺下設(shè)置鉆孔灌注樁。主橋共計14個墩位，其中28#墩、29#墩為南北主塔。北塔基礎(chǔ)為兩個圓形分離式承臺，承臺厚8m，直徑為30m。承臺橫橋向總寬為72.8m，兩承臺間凈距為12.8m。每承臺下設(shè)置13根3.0m的鉆孔灌注樁，樁長45m，按嵌巖樁設(shè)計。南塔基礎(chǔ)為兩個矩形分離式承臺，每個承臺平面尺寸均為29.523.3m，厚8m，每承臺下設(shè)置20根

3、直徑2.2m的鉆孔灌注樁，樁長75m，按摩擦樁設(shè)計。圖1為大橋橋址處的地質(zhì)剖面，由北向南地質(zhì)情況變化較大、特征明顯：(1)長江灘橋段至北塔墩位處覆蓋砂層厚1113m，下覆基巖不良地質(zhì)集中發(fā)育，主要包括巖溶、斷層、碎裂巖、揉皺破碎帶等；(2)南塔位處巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖，層間錯動強烈，導(dǎo)致大量層間剪切、軟巖等破碎帶的存在，形成了破碎與完整巖體相間分布、巖體傾斜陡立的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，巖體傾斜方向與水平面的夾角達(dá)到了7080，剪切帶巖體破碎和風(fēng)化加強，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)松散、性狀軟弱的特點；(3)本工程橋位所在的城陵磯-螺山河段是長江中游防洪最敏感區(qū)域，受長江上游、荊江和洞庭湖來水來砂影響，橫斷面沖淤變化較大，

4、通航要求高、限制條件多且十分復(fù)雜。圖1 大橋橋址區(qū)由北向南地質(zhì)剖面大直徑深樁基礎(chǔ)施工本來難度較大，加之巖溶、陡立等不利地質(zhì)條件，使得荊岳長江公路大橋主橋樁基成孔時極易出現(xiàn)斜孔、塌孔等問題，樁基的順利成孔是保證基礎(chǔ)施工成敗和質(zhì)量質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序之一，因此必須提出具體有效的施工工藝及成孔的關(guān)鍵技術(shù)，保證其順利施工。2、施工方案2.1 北塔基礎(chǔ)基于工程進(jìn)度考慮，為保證鋼圍堰安全度洪和洪期承臺的連續(xù)施工，北塔基礎(chǔ)采用了樁基施工與鋼圍堰拼裝下沉同步作業(yè)的施工方案。北塔采用的大直徑分離式雙壁鋼圍堰在國橋梁深水基礎(chǔ)施工中是尚屬首次，而且墩位處水文、地質(zhì)條件復(fù)雜，施工水深達(dá)10m以上，流速2m/s，覆蓋層厚

5、度1213m，透水性強且含大量腐木，上、下圍堰不能同步下沉，先下圍堰對水流、河床的改變直接影響到后續(xù)圍堰的施沉難度，這些條件都將給圍堰的施工帶來困難。通過比選和論證，選用基樁施工與鋼圍堰下沉同步作業(yè)的施工方案。其具體施工順序為：搭設(shè)鉆孔施工水中平臺周邊基樁施工平臺改造鋼圍堰拼裝、下沉澆筑封底砼完成后續(xù)基樁施工抽水進(jìn)行承臺施工。該施工方案充分利用鉆孔平臺作為鋼圍堰拼裝、下沉的工作平臺，周邊樁基及鋼護筒作為下沉?xí)r的定位、導(dǎo)向裝置保證鋼圍堰的準(zhǔn)確就位，同時其錨固效果也為鋼圍堰的安全度洪提供保證，該方案的選用將鋼圍堰的施工對樁基施工工期影響降至最低。2.2南塔基礎(chǔ)利用2007年枯水期及其他有利條件，南

6、塔基礎(chǔ)采取河灘明挖深基坑的施工方案。南塔位于長江灘，承臺處地面標(biāo)高為+29.00m，承臺底標(biāo)高為+20.40m，施工期為07年10月至08年2月，施工水位最高為+24.00m。原鋼板樁和水平支撐的基坑施工方案相對施工風(fēng)險較大、成本高，且已不能滿足施工進(jìn)度需要。通過分析計算，改用大放坡明挖方案，利用開挖的土方在臨江側(cè)構(gòu)筑土體圍堰，該部分土又可作為回填之用，坡面采用淺層錨固和砂漿抹面進(jìn)行綜合防護，坡腳四周設(shè)置集水溝、集水井，同時采用沙袋反壓護腳。具體如圖2所示。圖2 南塔承臺河灘明挖深基坑施工3、成孔的關(guān)鍵技術(shù)研究針對南北兩岸迥異的不良地質(zhì)條件，形成了一套針對性很強的大直徑深樁基礎(chǔ)鉆孔施工工藝及樁

7、基施工方案，其主要技術(shù)包括護筒二次跟進(jìn)；片石、黃泥回填沖擠；沖擊鉆與回旋鉆聯(lián)合使用；自導(dǎo)向鉆頭鉆進(jìn)以、優(yōu)質(zhì)泥漿護壁及鉆孔狀態(tài)的實時監(jiān)測等工藝，有效保證了荊岳長江公路大橋大直徑深樁基礎(chǔ)的順利成孔。3.1護筒二次跟進(jìn)針對河床基巖面起伏較大，傾斜的狀況，采用護筒二次跟進(jìn)工藝，防止發(fā)生孔口坍塌和涌砂現(xiàn)象。鋼護筒插打到位后，采用直徑2.8m或3.0m的沖擊鉆鉆孔至距護筒刃腳2-3m處，然后接高鋼護筒，再采用DZ200震動錘二次下沉鋼護筒，確保鋼護筒進(jìn)入巖面0.51.0m；在震動下沉過程中，護筒刃腳可能存在局部變形，此時，采取片石回填復(fù)沖2-3次，直到鉆頭穿過鋼護筒輕松自如，即可繼續(xù)沖進(jìn)。荊岳橋水中52根

8、鋼護筒，除最先開孔的4根樁外，其余48根鋼護筒均采用此工藝，每根鋼護筒二次沉打均能下沉，最多下沉達(dá)7m，最少下沉1.0m。在后續(xù)鉆孔過程中，雖然鋼護筒漏漿現(xiàn)象仍較普遍，但未發(fā)生涌砂現(xiàn)象。實踐證明，二次跟進(jìn)鋼護筒工藝應(yīng)用效果良好。3.2片石、黃泥回填沖擠為順利穿越巖溶發(fā)育、揉皺破碎及巖層陡立等不良地層，選用沖擊鉆機，回填沖擠鉆孔是防止鉆孔過程中塌孔和偏孔的有效方式。當(dāng)鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)有塌孔和偏孔趨勢時，移開鉆機，向孔回填片石和粘土等至塌孔或偏孔部位以上的必要位置。然后再利用沖擊鉆低沖程反復(fù)沖擠，將回填物沖密擠緊至塌孔或偏孔部位。此后，再重新進(jìn)行鉆孔，即可有效防止塌孔或偏孔的發(fā)生。3.3沖擊鉆與回旋

9、鉆聯(lián)合使用南塔樁基長達(dá)75m，粘土覆蓋層厚達(dá)30m，其下依次為不同風(fēng)化程度的泥巖。大功率回旋鉆機的優(yōu)勢在于進(jìn)行深層、巖層強度較大土層的鉆孔，但在淺層粘性土及較強風(fēng)化泥巖部分，極易出現(xiàn)糊鉆和粘鉆現(xiàn)象，鉆孔效率很低，資源使用耗費量大。沖擊鉆機適應(yīng)面較廣，但對深層高強度泥巖的鉆進(jìn)則較為困難。為此，在首先開鉆的24、35樁之后施工的基樁，采用沖擊鉆與旋轉(zhuǎn)鉆接力的方式鉆孔。首先利用沖擊鉆開孔，當(dāng)鉆至其較為經(jīng)濟的鉆孔深度（4060m）后，改用回旋鉆機繼續(xù)鉆孔。通過合理布置和調(diào)配，后續(xù)成孔效率得以大幅提高。3.4 采用自導(dǎo)向鉆頭技術(shù)南塔基礎(chǔ)巖層陡立，且軟硬相間，極易出現(xiàn)塌孔、偏孔。為防止鉆頭擺動、跳動、偏位

10、造成鉆孔偏斜。一般在鉆桿上不同高度位置安裝具有導(dǎo)向裝置的鉆桿，通過導(dǎo)向裝置對鉆孔偏斜情況進(jìn)行控制。導(dǎo)向裝置可以防偏孔，但也容易對孔壁產(chǎn)生碰撞、破壞作用。破碎帶是不穩(wěn)定土層，在導(dǎo)向裝置的干擾破壞下，易發(fā)生垮塌?；诖?，在南塔基樁鉆孔過程中，保留了鉆頭頂部上方的導(dǎo)向裝置，而取消了其他導(dǎo)向裝置，為彌補其他導(dǎo)向裝置被取消后導(dǎo)向能力被削弱的不足，適當(dāng)增加了柱筒導(dǎo)向裝置的長度，鉆頭上方的導(dǎo)向裝置采用柱筒形式。同時，引入了自導(dǎo)向鉆頭”的概念，自行設(shè)計加工了旋轉(zhuǎn)鉆機使用的自導(dǎo)向牙輪鉆頭。其特征是：在常規(guī)牙輪鉆頭主體上焊接超前裙板，在超前裙板前端焊接鉆齒，鉆孔施工時，裙板鉆齒先接觸巖體，在巖體上切割一道環(huán)形導(dǎo)向

11、槽，鉆頭的其它鉆齒沿導(dǎo)向槽跟進(jìn)破巖鉆進(jìn)成孔，實現(xiàn)鉆頭的自導(dǎo)向定位功能。通過具體應(yīng)用，自導(dǎo)向鉆頭”能過很好地保證成孔的垂直度，防止塌孔和偏孔的發(fā)生。 3.5采用優(yōu)質(zhì)泥漿護壁根據(jù)不同的地質(zhì)條件，在鉆進(jìn)過程中，泥漿主要以反循環(huán)方式循環(huán)。泥漿選用不分散、低固相、低失水、適當(dāng)粘度的PHP泥漿。泥漿由水、膨潤土、純堿、聚丙烯酰胺或增粘劑等物質(zhì)組成。通過試驗和實際應(yīng)用，確定的適合各地層的泥漿性能指標(biāo)如表1所示：表1 泥漿性能指標(biāo)控制表比重粘度PH值含砂率泥皮厚失水量膠體率粘土層1.001.0818208104%3mm20ml95%泥砂層1.061.1018228104%3mm20ml95%砂礫層1.101.

12、1520258104%3mm20ml95%破碎帶層1.121.1822288104%3mm20ml95%完整巖層1.101.1520268104%3mm20ml95%隨著樁孔體積、地層土質(zhì)等情況的變化，泥漿性能也隨之發(fā)生變化，塌孔事故往往是由于泥漿水頭和泥漿性能指標(biāo)達(dá)不到要求所致。為滿足上表中泥漿性能指標(biāo)要求，必須加強現(xiàn)場檢測和控制。3.6鉆孔狀態(tài)的實時監(jiān)測成孔過程中采用鉆孔超聲檢測技術(shù)對鉆孔狀態(tài)實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)塌孔、傾斜和偏位及時采取措施予以解決，做到了信息化施工，保證了鉆孔的順利進(jìn)行。成孔過程中及成孔后的鉆孔狀態(tài)檢測的典型結(jié)果如圖3所示。-. z.-. z.圖3 成孔超聲檢測綜合采用以上成孔質(zhì)量控制的關(guān)鍵技術(shù)，有效地保證了荊岳橋主橋樁基礎(chǔ)的成孔質(zhì)量，為荊岳橋大直徑深樁基礎(chǔ)的優(yōu)質(zhì)、按時順利完成提供了有效支撐。4、結(jié)語荊岳大橋基礎(chǔ)施工工期緊、地質(zhì)條件極其復(fù)雜。針對本橋承臺和樁基的施工特點，創(chuàng)新地實施了基樁施工與鋼圍堰下沉同步作業(yè)、河灘大放坡明挖深基坑等施工方案；同時研究采用護筒二次跟進(jìn)，自行研制了自導(dǎo)向和定位