两种不同作业平台在坂面大桥主桥墩桩基施工中的应用

2015-04-24程田三

福建交通科技 2015年6期

■程田三

(三明市交通建设投资有限公司，三明 365000)

1 工程概况

厦沙高速公路三明段坂面大桥位于尤溪县坂面乡蒋坑村，大桥跨越尤溪水东电站库区，右线桥长503.505m，桥型布置为：3×35m(预应力混凝土连续-刚构T 梁)+(66+120+66)m 预应力混凝土变截面连续刚构箱梁+4×35m(预应力混凝土连续-刚构T 梁)。主桥主墩为4#和5#墩，采用箱形墩配桩基础，桩直径为2.8m，设计桩长28m。

主墩位于尤溪水东电站水库区域，最大流量为6302.6m3/s，最大流速为3.28m/s；桥位处水位最高144.17m，最低136m，高差最大8.17m，水深最大17m，最小9m。

桥位处地质地貌复杂，覆盖层厚度6m～8m，主要为河道淤泥，无强度，易流动，工程性能较差。覆盖层下依次为砂土状强风化 (晶屑) 熔结凝灰岩，中风化(晶屑)熔结凝灰岩，微风化(晶屑)熔结凝灰岩。

2 地质情况及施工方案选择

坂面大桥场区属冲洪积河谷间残坡积台地地貌，河谷呈大 “V”字型，河谷蜿蜒曲折。南岸在河床地势上属河谷凹岸，自然山坡坡度20°～25°，地势较陡，山坡植被发育；北岸在河床地势上属河谷凸岸，为冲洪积滩涂地，地势较平坦开阔。由于电站大坝蓄水，水流缓慢，河床上较多的淤积，南北岸河床上覆层均为河道淤泥、软质土，下伏基岩主要为侏罗系下纺南园组第二段的(晶屑)熔结凝灰岩、 (晶屑)凝灰岩。

4#墩处于近南岸临崖的深水中，地势比较陡峭，如果采用筑岛围堰需要大量的填土且围堰外侧稳定性极差，同时也将对库区水源水质造成一定污染。因此在施工方案的考虑上，采用钢管桩平台，作为桩基、墩柱等施工的作业平台。

5#墩位于北岸，冲洪积滩涂地，地势较平坦，鉴于在坂面大桥6#墩左侧需开挖修建标段的钢筋加工场，有大量挖方可以利用，而且还可兼顾后续的墩柱、箱梁悬浇施工和作机械、设备、材料的堆放场地，因此在施工方案的考虑上，采用筑岛围堰平台。

3 4#墩桩基钢管桩平台施工情况

3.1 钢管桩平台布置

4#墩位于近尤溪水东电站水库库区南岸临崖的深水中，地势陡峭。从现场地形来看，修建钢管桩平台比较合适(见图1)。

钢管桩施工平台的质量要求：钢管桩倾斜率应控制在1%以内；位置偏差宜控制在300mm 以内；平台必须平整，各连接处要牢固，钢管桩周围要抛砂包，并定期测量钢管桩周围的河床面标高，冲刷是否超过允许范围。

3.2 钻孔施工技术措施

根据地质资料，针对该主墩桩基基础岩层表面斜度大、岩石强度高等特点，采用冲击钻机成孔，并配泥浆正循环系统。钻孔施工工序流程同5#墩。施工过程中，在护筒埋设、钻进方面采取了有针对性的施工技术措施，确保了顺利成孔成桩。

（1）钢护筒埋设

深水桩钻孔施工，钢护筒的埋设是第一项重要工作，是桩基成功的基础。施工中，首先在钢管桩平台上安装定位架导向结构，导向架为上下两层，并尽可能使两层间距加大，以起到良好的导向作用，确保钢护筒位置准确和垂直度。采用的钢护筒内径3.0m，分为3 节，每节8m，利用25t 汽车吊起吊钢护筒，在钢护筒底部距河床0.5 米左右时，进行精确定位，然后尽快将钢护筒插入河床覆盖层中，并用DZ—60 震动桩锤插打。考虑到水库水位涨落的影响，护筒的最小打入深度穿透淤泥层深入基岩层面一定深度。钢护筒插打时，跟踪测量护筒的垂直度，确保护筒垂直度符合要求。

图1 4#墩钢管桩平台(单位：mm)

（2）钻进技术措施

4#主墩位于水库库区，淤泥层较厚，但淤泥层不稳定。而且水库水位的无规律涨落，对施工影响很大。

钻孔桩施工时，先在孔内投放黏土造浆，并加入适量片石，顶部抛平，采用约1.0m 低冲程高频率反复冲砸，将片石、泥膏挤入底斜岩面处外侧无护筒孔壁，确保孔壁坚实不致坍塌漏浆。在覆盖层中钻进时，一般泥浆较浓，其相对密度1.20～1.40，粘度20Pa·S，胶体率95%以上。并通过泥浆正循环排碴，在出沉淀池处人工配合清渣。

在较高强度凝结熔灰岩中钻进时，为了使钻头以较大的能量冲击岩面，加快钻进速度，采用2m～3m 冲程冲砸，此时冲程不宜过大，否则，钻头磨损太快，甚至会发生钻头断裂现象。通过泥浆正循环净化泥浆时，勤排渣，尽量将含砂率降低到10%以下，并保持泥浆相对密度1.20～1.30，胶体率95%以上，同时将粘度适当增大到22Pa·S，以增强泥浆悬浮携带钻渣的能力，但粘度也不应过大，否则会影响泥浆泵的正常工作，增加泥浆净化难度。

钻进过程中，应始终保证泥浆质量，同时确保护筒内泥浆面标高不低于河水位1.5～2.0m，这是防止 “坍孔” 和 “缩颈” 的基本保证。在4#墩桩基施工过程中，由于库区水位涨落无常，对水头的影响很大，因此控制好孔内水头就是钻进过程中一项非常重要的控制要点。过程控制中，采用的措施就是随时观测水位变化，对孔内的水头进行随时调整。

（3）4#墩钻进通过斜岩面的处理

4#墩位处岩面倾斜度约45 度的河床上，河床表面为淤泥层，呈流动性。4#墩8 根桩钻进至护筒底口时均程度不等地发生了歪钻、滑钻、卡钻及漏浆等现象，给施工带来很多困难。处理歪钻、滑钻、卡钻问题通常的技术措施是回填片石或加黏土或加水泥等，采用小冲程冲砸，特别是钻至护筒底口附近处。处理护筒底口漏浆问题一般采用回填黏土与片石、抛投石屑、灌注混凝土等方法。

在该墩桩基施工过程中，部分桩基通过回填黏土加片石的处理漏浆取得了一定的效果。位处外侧(大里程侧) 的左4-2-2 桩，由于岩层表面倾斜度大，且表面淤泥层不稳定，容易被泥浆穿洞挤出，在回填片石黏土后重新钻进过程中容易扰动淤泥层，造成护筒底口继续漏浆，因此最终采取了孔外周边抛填片石加黏土袋和孔内灌注水下混凝土的处理措施。首先是钻孔护筒外围抛填片石和黏土袋；然后钻进至护筒底口时，先孔内回填片石和黏土继续钻进至穿过斜岩面约2m，再灌注C30水下混凝土至高于护筒底口约2m 处，待混凝土达到一定强度时，采用小冲程冲击，缓慢钻至低于护筒底口2-3m 处，再利用2-3m 冲程钻进。混凝土灌注堵漏取得了较好成效，保证了钻进成孔顺利(见图2)。

图2 4#墩钻孔桩斜岩面漏浆处理示意图

4 5#墩桩基钻孔施工技术和控制措施

4.1 5#墩桩基筑岛围堰平台布置

5#墩位于近尤溪水东电站水库库区北岸近岸滩涂地的浅水中，河床上伏淤泥层，地势稍平坦，进行筑岛围堰可行且经济，能够为后续的承台、墩柱、箱梁等施工提供更宽阔的作业场地。由于到河床上伏的淤泥层较厚，且河水的涨落对土围堰的影响比较大，单纯的筑岛土围堰稳定性差，因此在围堰修筑时考虑用钢板桩作为外围挡护，施工中采用了双排钢板桩(见图3)。

筑岛围堰施工平台，平台高度应高于最高水位0.5～1.0m，根据对设计图纸和现场河床水位的调查，常水位141.5m，最高水位144.17m，因此在本工程施工时把围堰高度定在了145m。

图3 5#墩钢板桩筑岛围堰

4.2 5#墩桩基钻孔灌注桩施工工序

基于钢板桩围堰施工作业平台，5#主墩的水中桩，因而成为了类似普通陆上钻孔灌注桩施工。这也是近岸水中桩钻孔施工通常采用的一项施工技术措施。

钻孔灌注桩施工工序包括场地准备、桩位放样、埋设护筒、钻孔、清孔、吊装钢筋笼、灌注混凝土等，具体施工工序流程如图4 所示。

4.3 钢板桩围堰平台的钻孔桩控制技术重点

在一般钻孔灌注桩的施工注意事项和质量控制的基础上，对于围堰平台的钻孔桩施工，由于围堰填土不可能按路基填筑压实标准进行压实度控制，而且还受到河水涨落的影响，虽然采取了钢板桩挡护，还是存在填土下沉和顺河向的滑动可能。所以在施工中特别对于护筒埋设和钻孔竖直度(测斜)控制作为重要的技术控制要点。

图4 钻孔灌注桩施工工序流程图

（1）护筒埋设

根据本工程的现场实际情况，护筒采用钢护筒，采用5mm 钢板制成内径为3.0m(桩径2.8m+0.2m) 的钢护筒。护筒埋设采用上埋式，高出土围堰平台0.3m，护筒埋设深度为4.0m。钢护筒顶端留有宽0.4m、高0.2m 的出浆口。施工中，首先对桩位周边和钻机安放范围内(预估面积)进行30cm 厚片石加碎石嵌挤填筑，并充分碾压密实，然后桩位测量放样。

护筒埋设质量控制，应做好以下几点：（1）护筒的制作质量，钢板的厚度、几何尺寸要符合要求，节段连接处要求筒内无突出物，并耐拉压，不漏水；（2）做好实测定位工作，护筒中心竖直线应与桩中心线重合，平面允许误差控制在20mm 以内，并保证护筒的竖直度，竖直线倾斜率不大于1%；（3）护筒的埋置深度，一般埋深为2.0～4.0m，为保证钻孔和灌注混凝土的顺利进行，本工程实际采用了埋深4.0m 的钢护筒；（4）护筒外围必须用黏土夯填密实，本工程护筒采用挖坑加钻机压入的方式进行埋设，在护筒外围用黏土夯填密实后，并对护筒外围周边50cm 范围内进行厚度10cm 水泥混凝土硬化。

（2）钻进过程中的竖直度（测斜）控制

钻孔施工中可能出现的质量问题一般有坍孔、钻孔偏斜、扩孔、缩孔、漏浆、梅花孔、糊钻、埋钻等，在筑岛土围堰平台钻孔施工中，对这些可能出现的质量问题均应做好防范工作。在本工程施工中，根据场地地质情况来看，针对钻孔偏斜，也就是钻进过程中的竖直度控制作为一个重要控制技术要点。

竖直度质量控制，应注意做好以下几点工作：（1）施工前，钻机就位要准确，安装应平稳，钻机安放位置应进行充分平整和碾压密实并进行适当的硬化，本工程采取用片石填筑硬化的方式；（2）施工中应经常性检查钻架位移量并测量钻杆的倾斜度，作为施工过程的竖直度控制，本工程中施工过程中主要采用了钻杆测斜法；（3）当发现有倾斜趋势时，一般在土围堰底部进入河床基岩面处，一软一硬的交界处，容易出现这种情况，应在倾斜处反复扫孔，并调整钻尺进度，以此来控制斜孔的发生；（4）当发现钻杆摆动较大时，要对钻杆检查并控制钻速，以防扩孔，局部扩孔就可能会产生钻孔倾斜。