新型钻孔灌注桩基施工技术研究

2020-05-23杨成君，税宁波

四川水力发电 2020年2期

杨成君，税宁波

(中国水利水电第七工程局有限公司第一分局，四川彭山 620806)

1 概述

金堂县某新建跨江双塔双索面斜拉桥位于沱江上游600 m处，连接赵镇和三星镇。桥梁总长度为1 289 m，其中主桥长度为860 m，主跨跨越江心双岛，长度为430 m，边跨跨越北河、毗河，长度均为215 m；引桥长度为269 m+160 m，为长联现浇连续箱梁桥。该工程全桥共布置桩基170根，采用冲击钻与旋挖钻共同施工。斜拉桥索塔总高度为137.5 m，下部基础采用2.8 m的大直径桩基，每根桩基深度为54 m，全桥共设48根桩；引桥全长429 m，下部基础采用的是2 m、1.5 m、1.2 m直径的桩基，其中2 m直径的桩基48根，单根桩基长度最大为40 m,1.5 m直径的桩基48根，单根桩基长度最大为36 m；1.2 m直径的桩基26根，单根桩基长度最大为33 m(图1、2)。

工程所在地位于冲积区，地表均被第四系土层所覆盖，基底主要由红层组成。主塔桩基位于江心岛内，覆盖层主要为卵石层，以中等风化岩层为持力层，进入中等风化岩层约30 m；东岸边墩E1位于北河河道内，覆盖层主要为卵石层，东岸引桥E2-E5覆盖层主要为卵石层；东岸引桥E6-E8覆盖层依次为填土、卵石层；西岸边墩W1覆盖层依次为细砂、卵石层，西岸引桥W2-W5覆盖层依次为细砂、卵石层。该工程桩基为嵌岩桩[1]，持力层均为中等风化岩层。

桩基施工技术的发展无疑是设备的更新。就目前的技术而言，应用最为广泛的设备有两种：冲击钻和旋挖钻。冲击钻机是一种利用钻头的冲击力对岩层冲凿钻孔的机械，它能适应各种不同的地质情况，特别是卵石层中的钻孔，较之其它型式的钻机其适应性强。而旋挖钻机是一种适合于建筑基础工程中成孔作业的施工机械，主要适用于砂土、黏性土、粉质土等土层施工。两种机械在该工程不同地质环境中的应用、辅之以其它设备，使该工程桩基能够快速、安全、环保地完成，同时亦创造了几项新工艺。

图1 斜拉桥全桥立面布置图

图2 斜拉桥索塔桩基平面布置图

2 施工方法

该工程针对不同类型的桩基，选用了不同类型的机械进行施工。索塔桩基所处地层的砂卵石层深达十几米且桩基直径较大、长度较长，采用的是冲击钻成孔方式，辅之新型泥浆清孔设备，可使成孔时间较传统冲击钻孔时间缩短近7 d。引桥段的桩基直径均小于2 m且长度均较短，为提高施工效率，均采用旋挖成孔方式，辅之新型泥浆清孔设备，可以达到最快为1根/2 d的效率。

两种桩基成孔方式与新型泥浆清孔设备相结合，不仅加快了桩基施工的进度，而且促进了该工程桩基施工技术的进步。

2.1 钢筋笼新型施工工艺

为保证桩基钢筋笼的制作与成型质量，该工程自制了钢筋笼主筋、箍筋胎架，在胎架上设置卡槽用于保证钢筋间距均匀，在主筋焊接完成后直接滚动至滚丝机上进行箍筋安装，采用小电机带动滚筒转动缠绕箍筋，成型良好。在钢筋笼四周设置可滚动式砂浆保护垫层，呈梅花形布置，在确保钢筋笼保护层厚度的同时也避免了吊装钢筋笼时污染钢筋；将桩头段主筋采用PVC套管包裹，便于后期桩头的凿除。

传统桩基钢筋笼制作工艺不仅效率低下，加工质量亦参差不齐。在该工程桩基施工过程中，利用滚焊机和自制胎架，不仅制作效率高，而且钢筋笼成型良好。这项工艺在该工程中的应用，加快了现场桩基的施工工效，节约了桩基的施工成本(图3、4、5)。

2.2 泥浆清孔及分离设备

在桩基下放钢筋笼过程中，常常因下钢筋笼的时间过长而导致泥浆沉淀，往往需要进行二次孔[2]后浇筑混凝土，其常规处理方式为：采用泥浆分离器将泥浆管伸入孔底进行清孔，这种处理方式存在的缺点：处理过程中需安装泥浆管，二次清孔完成后需再次拆除泥浆管，然后安装导管浇筑混凝土，在安装导管过程中易造成泥浆的再次沉淀，桩基质量控制难度大。

针对以上问题，该工程采用泥浆净化装置/泥浆分离器，全自动机械化清理桩底沉渣并分离钻渣与泥浆，有利于控制泥浆指标、提高造孔质量和造孔工效、缩短清孔时间、泥浆净化回收、降低施工成本、减少卡钻事故、减少环境污染，属于环保类高新型技术产品(图6、7)。

图3 钢筋笼主筋安装胎架

图4 钢筋笼箍筋安装胎架(滚焊机)

图5 钢筋笼桩头主筋套PVC管

图6 清孔设备简图

图7 泥浆分离设备简图

该设备的主要技术参数：(1)单机最大泥浆处理量达20～200 m3/h(250 m3/h)；(2)净化除砂效率可达90%以上(-0.074 mm粒级)；(3)渣料筛分能力为25～80 t/h。可根据造孔机具进尺的不同而进行调整；(4)筛分出的渣料含水率小于30%；(5)达到最大净化除砂效率时污浆的最大比重小于1.2 g/cm3，马氏漏斗黏度40 s以下(苏氏漏斗30 s以下)，含砂量小于20%。

桩基施工过程中，泥浆分离设备将废泥浆的固体颗粒分离出去变成干沙，减少了其向周围环境中的排放。特别是在该工程中，对保护河道的生态发挥出了重要的作用；同时，废泥浆分离后留下的活泥浆可再次为桩基泥浆护壁施工利用，进而降低了泥浆制作的成本，减少了泥浆外运的工作量。泥浆分离设备在该工程中的运用，可谓是变废为宝、节能环保的典范。

2.3 混凝土灌注设备

采用传统桩基工艺浇筑较大直径桩基时需采用大料斗，但大料斗筒身较高，一旦筒身高度+护筒露出地面高度大于混凝土罐车出料高度[3]后，混凝土罐车无法上料，需临时拆除站人平台，采用汽车吊吊住料斗放低料斗高程，传统装置将无法满足施工要求。

在进行桩基混凝土浇筑时，项目部研发了一种新型混凝土导管收放锁定装置辅助施工，该装置采用装配式桁架设计，中间预留导管卡位圆孔，该圆孔由两块钢板闭合而成，在导管上提的过程中打开合页，导管正常上提，上提到位后，闭合合页卡住导管不下沉，不偏位，拆除上节导管，完成导管拆除作业，利用该装置，可以快速、高效地拆卸导管，提高混凝土的浇筑效率，降低劳动强度(图8)。