青岛海湾大桥深水高桩水中基础施工技术

2010-08-15田加法

山西建筑 2010年9期

田加法

1 工程概况

青岛海湾大桥位于胶州湾北部,是我国北方寒冷海域一座大型海上桥梁集群工程,主线全长26.767 km,其中跨海大桥25.880 km。青岛海湾大桥土建工程某合同段起点为红岛互通西终点,顺接红岛互通的标准跨径60 m主线非通航孔桥。桥墩采用群桩基础,一个承台下设4根直径为1.6 m钻孔灌注桩,均为摩擦桩,桩长51.0 m～59.0 m,桩底持力层为弱风化安山岩和弱风化角砾岩。承台采用四边形圆倒角承台,顶标高全部为0.30,承台厚3.0 m,平面尺寸为6.9 m×6.9 m;桥墩身均采用花瓶墩。

2 施工方案简介

桩基施工时采用搭设固定式钻孔平台,埋设钢护筒,采用旋转钻机反循环法施工,导管法灌注桩基水下混凝土,混凝土采用搭设栈桥,罐车运送;承台采用钢组合式吊箱围堰进行施工,先在预制厂进行底节混凝土吊箱的预制,然后将上节防浪板和底节进行组合,利用大型浮吊整体吊装,止水后进行常规的承台施工。

3 桩基施工方案

3.1 钻孔平台的搭设

钻孔平台采用固定平台,钻孔平台平面大小为14.5 m×14.6 m,采用φ 600 mm×8 mm钢管桩作基础,钢管顶安装Ⅰ32a工字钢做分布梁,Ⅰ32a工字钢铺设贝雷架,贝雷架顶铺设Ⅰ25a工字钢及8 mm钢板作为平台工作平面。采用打桩船打桩、浮吊架设上部结构的施工方法,采用运输船进行钢管桩、型钢、贝雷梁、桥面板等的运输。钢管桩下沉采用打桩船施工。钢管桩完成后,采用浮吊安装钢管顶Ⅰ32a工字钢分布梁,然后铺设贝雷架和Ⅰ25分配梁及钢板平台面,最后安装防滑钢筋、护栏立杆、护栏扶手等防护设施。

3.2 钻孔灌注桩施工方法

3.2.1 反循环旋转钻机成孔

选用GPS-25型反循环旋转钻机成孔,钻头采用菠萝钻头,钻机就位对位后,用全站仪进行复核转盘中心与钻架上吊滑轮是否在同一垂直线上,若有偏差进行调整。

开钻前检查是否有弯曲钻杆,弯曲的钻杆不得使用。连接好循环系统,开动泥浆泵循环2 min～3 min,然后开动钻机,在循环沟内放置细砂筛,使泥浆经过筛子过滤后漏回孔中。施工中,按照抽检频率检查泥浆指标情况,确保不塌孔。钻孔过程中应注意观察地质情况并做好原始记录,如果发现地质情况与地质勘探报告不一致,应及时报告,以便采取措施。

3.2.2 清孔

钻孔至设计标高后开始清孔,清孔时,将孔底钻渣及泥砂等沉淀物清除,不得用加深孔底深度代替清孔,同时保持孔内水位在地下水位或河流水位以上1.0 m～1.5 m,防止坍孔。钻孔桩在终孔和清孔后,对孔径、孔型和倾斜度采用专用超声波仪器测定,检测结果上报监理工程师复查。

3.2.3 钢筋笼制安

钢筋下料要准确控制下料长度。钢筋笼制作采用钢筋加工场集中制作,每节长度不大于18 m,对于大于18 m的钢筋笼分节时应考虑主筋接头按规范要求错开及能在一定范围内移动主筋,对接端预留一段螺旋筋不绑扎。桩基主钢筋笼各段之间主筋采用直螺纹吊筒连接。

3.2.4 二次清孔

钢筋笼下放到位固定后,立即安放导管。混凝土导管安放完后,若孔底沉渣厚度不满足设计要求,利用气举反循环进行二次清孔,使沉渣厚度、孔内泥浆性能满足设计及规范要求。清孔时及时向护筒内补充优质泥浆,确保护筒内水头,并取样检测,经监理工程师现场检验合格后,立即拆除吸泥弯头,开始浇筑水下混凝土。

3.2.5 水下混凝土灌注

在灌注混凝土开始时,导管底口到桩底的距离有250 mm～400 mm的空间,首批封底混凝土采用大容量料斗灌注(混凝土量经过计算确定,满足导管初始埋置深度不小于1.0 m),封底成功后改用小容量料斗进行连续灌注,直至完成整根桩的浇筑。

3.2.6 质量检验

混凝土质量的检查和验收,严格符合规范要求,混凝土强度试件每根钻孔桩至少取4组,如换班工作时,每工作班至少制取2组试件。

4 承台的施工方案

4.1 钢筋混凝土组合式吊箱施工

4.1.1 钢筋混凝土组合式吊箱结构组成

钢筋混凝土组合式吊箱主要由以下四部分组成：混凝土吊箱、钢质防浪板、吊挂系统、止水胶囊。

4.1.2 钢筋混凝土组合式吊箱和防浪板的连接

混凝土吊箱属于永久性结构,防浪板属于施工期间围水构件。混凝土吊箱与防浪板的连接采用螺栓栓接,同时为保证海水渗入,在混凝土吊箱与防浪板放置几何尺寸为2 cm×3 cm的遇水膨胀橡胶条,橡胶条受压产生弹性变形,填塞满吊箱和防浪板之间的空隙,其次橡胶条遇水膨胀,完全阻止了海水的渗入。

4.2 钢筋混凝土组合式吊箱的安装

在混凝土吊箱达到吊装强度后,开始安装吊杆和吊架,在安装的过程中根据实测数据微调吊杆的长度,以确定吊架搁放在钢护筒上后,可以满足混凝土吊箱在设计的标高位置。

4.3 吊箱的下放安装

200 t浮吊挂钩提起吊架,通过吊杆将吊箱提起,安装时将吊箱底部高于钢护筒顶1 m～1.5 m左右(安全高度),同时使每个混凝土底板预留孔对准每根钢护筒,然后缓缓、匀速下放吊箱。吊箱吊架支撑到钢护筒顶上后,测量人员立即用全站仪观测吊箱的偏位情况,随时将结果报给指挥人员,以指挥浮吊进行各项微调,保证吊箱的平面位置准确。

4.3.1 吊箱的准确定位

标高的控制：吊箱标高在安装前通过钢护筒标高和吊杆长度控制,安装后即满足要求。平面位置的控制：选择在潮位低于+0 m时安放8个5 t的千斤顶进行精确调位,测量人员在海上测量平台上观测,指挥吊箱的调位。

4.3.2 反压牛腿焊接

吊箱平面位置确定后,在钢护筒上焊接反压牛腿反压在防浪板顶部,防止在止水后吊箱在浮力的作用下上浮,每根钢护筒上焊接两个反压牛腿,共计8个。在高潮位时,单个反压牛腿受载约30 t,根据计算反压牛腿采用2Ⅰ25a加工制作,并焊接2[14a斜撑。

4.3.3 气囊充水止水

反压牛腿焊接完毕后,选择在低潮位进行气囊充水止水,将气囊的气闷管与充水机出水管对接后,开动充水机对气囊充水,依次完成4个气囊的充水。气囊充水应由有施工经验的操作人员完成,防止充水过多导致气囊爆裂,冲水过程中不断停止,不断用压力表测压力,且压力控制在0.3 MPa～0.4 MPa之间。

4.3.4 钢护筒与底板预埋件焊接

在完成砂浆封堵后,立即将钢护筒与混凝土底板固定,利用下料好的厚20 mm连接钢板将钢护筒与混凝土底部上的预埋件焊接,单根钢护筒需焊接16块连接钢板,4根共计64块,焊接工作量较大,配备4台电焊机同时焊接,现场技术员需对焊接质量进行严格检查,焊缝厚度不小于钢护筒壁厚(14 mm),确保焊接质量。

5 承台施工

吊箱在止水完毕后,为承台施工提供了干燥的施工环境,按照传统施工工艺进行施工。承台混凝土采用全断面一次分层推进浇筑完成,混凝土浇筑时按每30 cm一层顺序浇筑,保证在下层混凝土初凝前浇筑完成上层混凝土。混凝土浇筑过程中配备插入式振动棒振捣,保证振捣质量。承台养护完毕后,防浪板拆除采用150 t浮吊的小钩进行整体拆除。

6 主要施工经验

1)深水中采用钻孔平台,要保证钻孔平台基础承载力符合施工设计要求,还要保证钻孔平台的强度、刚度和稳定性。2)大直径钻孔桩施工时,主要是防止坍孔、缩孔、浇筑中断等质量事故。3)混凝土吊箱的预制采用工厂化施工和管理,钢混凝土组合式吊箱安装全部是在无水状态下施工,简单容易控制。单个承台的有效施工时间从21 d缩短到8 d,大大加快承台的施工速度。4)钢混凝土组合式吊箱预制和现场施工均是在无水状态下,易于控制,特别是在海洋气候环境、恶劣天气较多条件下,安全性能多。传统钢吊箱施工部分施工内容是在水下,增加了施工风险。