摘要:简要介绍润扬大桥北锚碇基础支撑钢管混凝土桩的施工条件、施工工艺和施工过程以及质量检测。
关键词:润扬大桥;锚碇基础;钢管混凝土桩
1 锚碇基础工程概况
1. 1 主要工程量
北锚碇基础支撑钢管混凝土桩按嵌岩桩设计,要求嵌入微风化岩层至少一倍桩径。钢管混凝土桩立柱共32 根, 其中Z1 型(Φ1 200 mm 钢管,成孔直径1 500 mm) 16 根,Z2 型(Φ600 mm 钢管,成孔直径900 mm) 16 根,采用栽桩法施工。即先进行成孔施工,然后安设钢管,再浇注钢管下钻孔及管内水下混凝土;桩顶高程0. 5 m ,钢管底平均高程O46. 5 m ,桩底平均高程O53. 0 m ,桩底处设双层钢筋笼。钢管桩混凝土标号为C30 ,单桩最大混凝土量63. 1 m3 ,全部桩基混凝土1 285. 4 m3 ,钢筋26. 02 t 。
1. 2 水文、地质条件
1. 2. 1 水文
枯水期地下水位埋深约2 m ,高程1. 5～1. 6m ;丰水期地下水位高程3. 6～4. 1 m。地下水位随潮水位升降,仅变幅较潮水小、时间滞后。
1. 2. 2 工程地质条件
北锚碇位于世业洲南汊,微地貌属江中滩地,已被填平;场内地势较为平坦,地面高程2. 85～3. 49m(黄海高程) ,场地中心以南125 m 为长江大堤。
从钻探取芯情况看,基岩普遍受构造影响严重,岩体中节理、裂隙发育,其中2 个钻孔揭示出角砾岩,9 个钻孔不同程度地揭示出碎裂岩;推测在场区内发育有一条挤压破碎带,为近南北走向,以碎裂岩为主,间夹断层角砾夹泥、断层泥等软弱夹层,显示出压碎性破碎特征。
从钻探取芯情况看,基岩普遍受构造影响严重,岩体中节理、裂隙发育,其中2 个钻孔揭示出角砾岩,9 个钻孔不同程度地揭示出碎裂岩;推测在场区内发育有一条挤压破碎带,为近南北走向,以碎裂岩为主,间夹断层角砾夹泥、断层泥等软弱夹层,显示出压碎性破碎特征。
2 钻孔桩施工
2. 1 施工工艺流程（图1）
2. 2 施工准备
在大桥扬州侧布置一条5 m 宽施工道路与地连墙施工平台及基坑内钻孔平台作业区相连,以便于设备、材料运输及履带吊行走。
Z2 钢管混凝土立柱钻孔桩钻孔平台利用现有地连墙施工平台进行施工,Z1 钢管混凝土立柱钻孔平台采用标准贝雷架拼装搭设,贝雷架底部铺设枕木,以增大地基承载力。平台面层用厚5 cm 木板铺设。施工平面布置示意见图2 。
2. 3 钻进成孔
2. 3. 1 护筒埋设及钻机就位、安装、移位
Z1 、Z2 型桩分别采用2 台回旋钻机、冲击钻机成孔。为保证成孔垂直度偏差小于0. 3 %,选用较大型号的钻机以便能够加大配重,实现减压钻进。
Φ900 mm 钻孔桩采用内径1 200 mm 钢护筒,Φ1 500 mm 钻孔桩采用内径1 950 mm 钢护筒;钢护筒顶高程5. 0 m ,埋深2. 0 m。孔位定位后,挖深2 m ,人工配合履带吊安放护筒,保证护筒中心位置及垂直度,然后护筒外周用粘土回填夯实。
钻机采用起重量500 kN 履带吊将钻机组装件吊到指定孔位进行组装。钻机底座和顶端要平稳,保证在钻进中不产生位移和沉陷。经纬仪测量控制调整钻机平面位置,使大钩提吊中心、转盘中心和桩中心在同一铅垂线上,偏差不大于2 cm。检查合格后将钻机与支承架焊接牢固,确保钻机在钻进过程中不会发生平面位移。钻机移位采用吊车配合作业。
2. 3. 2 泥浆循环
本钻孔桩采用泥浆护壁、泵吸反循环施工工艺。
泥浆循环系统采用Φ2. 0 m、高2. 0 m 的钢护筒作为泥浆池,护筒间用20 cm ×30 cm 钢槽水平连接作为泥浆循环通道。在钻进和清孔过程中,使用溜筛筛除大粒径钻渣,用泥浆旋流除砂器及沉淀池降低泥浆含砂量,定时进行泥浆性能指标测试。
2. 3. 3 泥浆制备
泥浆制备用膨润土、纯碱和水制成原浆,加入按比例调制好的丙烯酰胺。此泥浆具有良好的絮凝作用,失水量小,不分散,泥皮致密,护壁效果好。
2. 3. 4 钻进成孔
根据北锚碇的工程地质情况将成孔分为:第四系覆盖层中钻进、基岩中钻进及清孔换浆三道工序。
1) 第四系覆盖层中钻进
上部覆盖层主要为淤泥质亚粘土层,具高压缩性,在此段粘性土层,利用滚刀钻头大泵量、中低转速钻进,适当控制进尺及加强扫孔,将泥浆指标控制在粘度18～20 s ,相对密度1. 05～1. 15 ,含砂量<4 %,防止孔壁发生缩径。
下部覆盖层为砂性土层,呈中低强度、中高压缩性,此段地层,利用滚刀钻头大泵量、中低转速钻进,适当控制进尺,将泥浆指标控制在粘度19～22 s ,相对密度1. 07～1. 15 ,含砂量< 4 %。
2) 基岩层中钻进
在强风化层中,利用滚刀钻头大泵量、低压慢转钻进,控制进尺。由于此段地层呈散体状,局部呈碎石状,因此要加强对泥浆性能的控制,要求泥浆性能:粘度20～25 s、相对密度1. 07～1. 15 、含砂量<4 %;另外,钻进过程中要加强扫孔,避免因进尺不匀造成孔壁不规则及孔壁可能出现的掉块。
在弱风化层中,由于地层节理、裂隙较发育,岩石强度较高,与强风化层、微风化层强度差异大,而其分布又厚薄不均,在其与强风化层、微风化层间的变层部位,容易出现斜孔,台阶孔;因此,此层钻进以防斜为重点。利用滚刀钻头大泵量低压慢转钻进,控制进尺,加大扫孔频度。泥浆性能控制在粘度19～22 s、相对密度1. 05～1. 15 、含砂量< 4 %。
进入微风化层时, (设计要求桩端嵌入微风化基岩0. 5 m) ,由于强度差异较大而造成地层软硬不均,钻进时要防止斜孔,采用滚刀钻头低压慢转钻进,控制进尺并加强扫孔。此段泥浆性能控制在粘度17～20 s、相对密度1. 05～1. 15 、含砂量< 4 %。
3) 清孔换浆
钻进至设计孔深后,开始清孔。清孔时将钻具提离孔底10 cm 左右缓慢回转钻具,以确保孔底沉渣全部清除干净。清孔时保持孔内水头,防止塌孔。清孔后泥浆指标:粘度17～20 s ,相对密度1. 05～1. 10 ,含砂量< 2 % ,胶体率> 98 %。
2. 3. 5 钻进过程中的注意事项
1) 注意孔内补充泥浆,维持护筒内泥浆高度,保证护筒内水头高出最高地下承压水位1. 0～2. 0 m。
2) 升降钻具时平稳操作,尤其是当钻头处于护筒底口位置时,必须防止钻头钩挂护筒。
3) 加接钻杆时,先停止钻进,将钻具提离孔底8～10 cm ,维持冲洗液循环10 min 以上,以清除孔底并将管道内的钻渣携出排净,然后加接钻杆。
4) 钻杆连接螺栓拧紧上牢,认真检查密封圈,以防钻杆接头漏气。
5) 钻进过程中连续操作,中途不长时间停止。每个作业班要详细、真实、准确地填写钻孔原始记录,钻进中发现异常情况及时上报处理。
6) 为保证孔斜率不大于1 % ,钻进过程中经常校验钻机平整度及钻杆垂直度,同时控制施加在孔底的钻压为钻具总重量的80 %
7) 经常检测泥浆指标。
2. 3. 6 成孔质量检测
钻孔至设计桩底高程时,根据地质情况、钻孔记录进行判定,并用测锤测量孔深,得到现场监理工程师确认后停钻终孔。通过超声波测壁仪对钻孔桩中心、孔径、倾斜度进行检测,检测标准见表1 。
2. 4 成桩施工
2. 4. 1 钢筋笼、钢管桩制作
根据桩底高程确定钢筋笼长度后进行钢筋笼加工制作,设置多道内支撑并用钢筋加强与两外层钢筋连接,外侧与底节钢管桩按设计要求进行焊接牢固。钢筋笼外侧均布焊接4 列凸形钢筋作为保护层厚度,其竖向间距1. 5 m。
Z1 型钢管桩壁厚16 mm ,Z2 型钢管桩,壁厚8mm ,单根长47. 0 m ,钢管桩材质均为Q235A 钢。钢管桩在现场采用卷板机进行卷制。钢管桩对口拼接时,相邻管节的纵缝必须错开1/ 8 周长以上(500 mm) 。焊接前将焊缝附近30 mm 范围内的铁锈、油污、水气和杂物清除干净。钢管桩在卷制和对接中的定位焊焊在钢管外侧,采用多层单面坡口焊(外坡口) ,所有焊缝进行外观检查及超声波探伤检测必须合格。钢管桩起吊、运输和堆存过程中,避免由于碰撞、摩擦等原因造成管身变形和损伤。
在钢管外围每6. 0 m 设一组定位“U”型钢筋,每组4 块。顶节钢管上端焊接4 根[ 14 钢接长至高程5. 50 m ,槽钢之间用型钢进行刚性连接,纵向间距1. 5 m。底节钢管在钢筋笼上部1. 0～1. 5 m 处设置1 道8 mm 厚加劲环形钢挡板,防止浇注时钢管外侧混凝土翻浆过大,环形钢板外径为1. 4 m。
2. 4. 2 钢筋笼、钢管桩吊安
为保证钢管下放垂直度,在平台上设一导向架,其中心应与孔位中心一致。导向架如图3 所示。
分节钢管间连接采用焊接。为便于钢管吊安时对接,导向架上制作一活动卡环。第1 节钢管管节下放时,将活动卡环打开;当钢管顶部距导向架0. 5m 左右时,钢管卡在管端焊接的钢筋箍上,然后吊装第2 节钢管进行拼装焊接。依次完成第4 节钢管的拼接下放后,利用第4 节钢管接长的
4 根槽钢将钢管桩固定在卡环或钻孔平台压重块体上,防止浇注混凝土时钢管上浮。沿钢管外侧间隔6. 0 m 左右对称设置4 个“U”形导向环。钢管拼接下放过程中,采用2 台经纬仪严格控制其垂直度。导向架及卡环结构如图4 所示。2. 4. 3 灌注水下混凝土
1) 下导管
导管采用Φ273 mm ×10 mm 钢管,使用前做水密、接头抗拉试验,接头抗拉强度不低于母材强度。水密试验水压不小于1 200 kPa 。导管逐段吊装直到距孔底约40 cm 为止。
2) 二次清孔
混凝土浇注前对孔底沉渣进行检测,若孔底沉渣超过规范(50 mm) 要求,需利用120 m3 / h 砂石泵和导管进行二次清孔,导管下端底口距离孔底(沉渣面) 20～30 cm ,清孔时保证孔内水头高度满足规范要求。
3) 混凝土浇注
混凝土配合比通过试拌确定,并掺入粉煤灰及外加剂,改善混凝土的和易性;混凝土的坍落度控制在18 cm～22 cm 内。混凝土由6 m3 混凝土罐车送至桩位附近, 60m3 / h 混凝土拖泵泵送入集料斗,混凝土实际浇注能力按30 m3 / h 计,混凝土初凝时间大于10 h 。
采用砍球法浇注首批混凝土, 待首批混凝土浇注成功后,混凝土不断地经过集料斗进入浇注漏斗,直至完成全桩浇注。当混凝土浇注至环形挡板处,放慢浇注速度,并对钢管内外混凝土面进行检测,若混凝土面上升超过挡板处高度时,则表明混凝土从管外翻浆严重,此时利用特制溜槽对钢管外壁空隙回填一定量的碎石控制混凝土翻浆量。在灌注将近结束时,核对混凝土的灌入数量,以确定所测混凝土的高度是否准确。
浇注过程中随着混凝土上升不断用泥浆泵将泥浆抽到附近的废浆池内进行处理,避免污染环境。
2. 4. 4 施工时的防洪防涝
钻孔桩施工时正值长江洪水期间,钻孔内有承压水,对钻孔桩的施工带来不利影响,施工时采取了下列措施:
1) Z1 型钻孔施工区域,基坑内回填土至高程4. 0 m ,保证施工机具正常作业;区域外围四周开挖排水沟,并设集水井,用潜水泵将雨水排至施工场地外。
2) 采取填筑砂袋或搭设钢支架等措施增加钻孔平台高度和钢护筒高度,使护筒高度高于稳定后水压水位2. 0 m 以上。
3) 钻孔桩混凝土浇注完成后,为防钢管与钻孔孔壁间空隙发生渗水及管涌,形成内涝,先用砂石进行回填,后用黏土回填上部进行封堵。
