气举反循环钻应用于超大超深钻孔灌注桩的施工工艺

2018-03-08李伟权

交通科技 2018年1期

李伟权

(广东省南粤交通东雷高速公路管理中心湛江 524000)

湛江东海岛至雷州高速公路通明海特大桥全长5 755 m，采用6车道高速公路标准，设计车速为100 km/h,主桥采用半封闭钢箱组合梁、A形索塔斜拉桥结构，跨径布置为146 m+338 m+146 m，桥梁全长630 m。大桥东、西引桥采用25 m 宽幅小箱梁及50 m 移动模架现浇连续箱梁,共长5 125 m。

1 工程概述

通明海特大桥32～35号墩桩基，共66根桩，均为水下摩擦桩，桩基采用海工C35水下混凝土。具体参数见表1。

表1 桩基参数一览表

2 施工重点及难点

1) 工程受潮汐影响，钻孔施工时孔内外水头差变化影响较大，易发生穿孔现象。

2) 主墩、过渡墩钢护筒长、重量大，钢护筒整体施沉的施工难度大且沉放精度控制难。

3) 工程沿线地下水主要为松散岩类孔隙承压水，承压水进入桩孔内，降低泥浆质量分数，导致塌孔等不利状况，使桩基施工风险和难度增大。

4) 单根钢筋笼重量约为1 031 kN(35号墩)、558 kN(34号墩)，钢筋笼分外笼、内笼，钢筋笼制作、运输、接长、固定难度大。此外，钢筋笼下放持续时间长，易出现塌孔现象。

5) 35号墩桩基水下混凝土量约为930 m3，对混凝土搅拌、运输、浇筑能力要求高；罐车运距较远(搅拌站距35号墩约为10 km),运输时间长，对混凝土的和易性、流动性要求较高。

3 施工工艺

主桥及东引桥桩基施工采用气举反循环钻进成孔，钻孔桩施工工艺流程见图1。

图1 气举反循环钻孔施工工艺流程图

3.1 施工准备

施工前，钻孔桩的施工测量主要包括桩位放样、钢护筒下沉定位测量，钻机定位，孔底高程及成孔倾斜度的测定，封孔测量等[1]。钢护筒施沉到位后，进行钢护筒平面位置的测量，测量出钢护筒中心位置，与设计桩位坐标进行对比，确定桩位的平面偏位。在钻孔平台上放样出每根钻孔桩的中心纵横轴线，并引测到钢护筒上，作为钻机下钻中心。同时测量并标示出钢护筒顶标高，作为钻孔成桩作业全过程的高程控制基准点。

3.2 钢护筒埋设及平台搭设

本工程钢护筒由符合资质要求的专业厂家加工制作。根据工程的总进度计划及结构尺寸要求实行大批量定尺采购原材料。钢护筒在厂内车间采用全自动、高精度螺旋焊管生产设备制作，焊缝经超声波检测合格后送至专业的防腐车间进行涂装防腐。主桥主墩(35号)、边墩34号及东引桥33号墩钢护筒采用路桥建设桩8号打桩船进行施沉，为保证钻孔桩质量要求，钢护筒下沉精度需满足表2要求。

表2 钢护筒下沉精度要求

施工平台搭设按照钢管桩加工→测量定位→钢管桩施沉→平联安装→主横梁安装→主、次分配梁安装→钢面板、防护栏杆安装顺序进行施工，施工完成经过监理验收后方可使钻机进场。

3.3 钻进成孔

根据本工程桩基直径、桩长情况，综合地质条件和工期要求,32-35号墩采用回旋钻钻孔工艺[2]。

3.3.1气举反循环钻孔施工

1) 钻机选型。综合考虑大桥35号墩位处地质条件、施工进度计划安排以及成孔工艺的适宜性，拟定选用4台ZDJ-4000回旋钻机，采用气举反循环钻进成孔施工工艺。为保证钻孔桩垂直度满足要求，配重应不少于300 kN，并配备相应的空压机、钻头及泥浆设备等。主桥(34号墩)及东引桥(32-33号墩)钻孔桩采用ZJD-2800型钻机进行施工，ZJD-4000和ZJD-2800钻机性能参数见表3。

表3 ZJD-4000型和ZJD-2800型钻机主要性能表

2) 钻机安装、调试。钻孔平台搭设完毕后，测量放出护筒的理论中心点，钻孔人员根据此点交叉引出4个辅助定位点，辅助定位点的间距比钻机底座略大10～20 cm。

3) 钻进成孔。反循环钻进成孔过程划分为3个阶段：钢护筒内钻孔阶段、钢护筒外钻孔阶段、第一次清孔阶段。钻孔过程时刻对钻杆进行检查，观察接头是否符合要求，钻杆是否完好，若有损伤必须更换[3]。不同阶段泥浆性能指标[4]见表4。

表4 不同阶段的泥浆性能指标要求

3.3.2钻孔顺序

基于钻孔安全考虑，相邻(或对角线内)2根桩基不得同时开钻或灌注混凝土；相邻桩位灌注混凝土后，强度达到5 MPa以上才能开孔，以免扰动孔壁，发生串孔、断桩事故。35号墩桩基钻孔顺序见图2。

图2 35号墩桩基钻孔施工顺序图

3.3.3泥浆的贮备

通过相关地质情况，施工区揭露地层基本为第四系覆盖层，主要是黏土、砂层，分布自上而下相互交替，整体所占比例各具一半，属易坍塌型钻孔桩，因此本项目泥浆控制重点在于控制钻进成孔过程泥浆性能，确保护壁良好、保证胶体率，严格按规范要求，控制含砂率。在桩基钻孔施工开始前，按第一批次待钻基桩数量及结构，计算耗用泥浆方量，然后严格按照泥浆配合比在其他钢护筒内投放造浆材料并制造优质泥浆[5]。

3.3.4PHC海水泥浆的制备

因本工程为大直径深孔，钻孔所遇地层主要为黏土层和砂层，造浆性能较差，护壁泥浆控制在钻孔中显得尤为重要。因此本工程钻孔灌注桩施工须采用低固相、高粘度、不分散的优质泥浆[6]。泥浆制备应特别注意：①造浆黏土选用；②增粘剂的选用；③分散剂的选用。

海水泥浆配合比见表5、6。

表5 PHC泥浆制备表

表7 不同地层施工泥浆比性能指标要求(根据试验确定)

3.3.5泥浆循环

泥浆循环系统主要由循环池、存浆池、泥浆净化器及运渣船组成。水上墩泥浆贮备及循环系统应充分利用平台内钢护筒。新制泥浆在制浆池中配制达标后，直接进入钻孔护筒内循环。而施工过程中的循环泥浆则通过筛分、沉淀工艺处理，进入循环池(钢护筒)参与循环。为防止钻孔过程中因地层裂隙等原因造成泥浆水头突然下降，其余钢护筒设置为贮浆池，在紧急情况下，通过泥浆泵从贮浆池内抽取泥浆，迅速补充合格泥浆泥浆。水上钻孔桩泥浆循环系统见图3。

图3 水上钻孔桩泥浆循环系统

3.3.6钻渣、废浆处理

反循环钻孔施工需不断排渣，方量较大，水上墩桩基受平台面积的限制，无存渣池。拟定在泥沙分离器一侧布置运渣船，将泥渣和废浆运输至指定地点排放。陆上桩基钻渣排放至沉淀池，并配备挖掘机和运输车对钻渣进行外运至指定地点排放处理。

3.3.7钢筋笼下放、混凝土浇筑

钻至设计孔深的标高，经过监理现场确认，方可开始清孔。因为提钻和钢筋笼下放所需时间较长，第一次清孔应彻底。现场应快速提钻、移开钻机、检孔、下放钢筋笼、布设混凝土浇注平台和下导管，在混凝土浇注前检测孔底沉渣厚度，若孔底沉渣厚度小于规范和设计要求，即可浇注混凝土，若孔底沉渣厚度及泥浆比重超出规定，须利用灌注导管内下高压气管进行二次清孔。