深水裸岩地层3 m大直径桩基施工关键技术

2023-10-14宁桂锋

西部交通科技 2023年8期

宁桂锋

(广西南玉铁路有限公司,广西南宁 530022)

0 引言

随着我国跨江跨海桥梁建设日益增多,水上钻孔施工的工程越来越多。由于水上施工具有不可预见因素多、施工风险高、施工难度大等特点,同时桩基基础作为工程施工的关键环节,直接影响后续工序的总体工期,因此必须确保一次成优。其中,裸岩地层大直径钻孔灌注桩施工,成倍地增加了水上大直径钻孔灌注桩的施工难度,对成桩质量提出了更高的要求[1]。本文以南玉铁路六景郁江特大桥为依托,参考类似工程桩基施工经验,对桩基施工工艺进行优化研究[2],采用双层钢护筒、大型旋挖钻机分级扩孔成孔施工技术,确保了桩基成孔质量,为裸岩地层大直径桩基施工提供经验。

1 工程概况

新建南玉铁路六景郁江特大桥全桥长11.465 km,主桥为双塔双索面钢混部分斜拉桥,采用主跨(41.75+109+320+109+41.75)m的跨越郁江,桥位水深约15 m。其中P3#和P4#墩为斜拉桥主墩,基础均采用24根桩径3 m的钻孔桩,桩长分别为40 m和46 m。

主墩桥位处地质以淤泥质粉质黏土、弱分化砂岩为主,覆盖层较浅。因此需要解决钢护筒下放及漏浆,同时需要选择适宜的钻孔设备及施工方法,只有克服这几项技术难题才能确保成孔及成桩质量。

2 桩基设备选型

3 桩基成孔技术

两个主墩桩基采用双层钢护筒、大型旋挖钻机分级扩孔成孔施工技术。

3.1 裸岩地质条件下钢护筒安装技术

3.1.1 钢护筒安装工艺

钢护筒需在裸露岩面上埋设,埋设的整体方案是:(1)下放外套阻水钢护筒,护筒大小应能满足基岩开槽设备施工空间,对基岩开槽施工起导向定位的作用,采用旋挖钻牙轮筒钻切槽,在外套护筒的导向定位作用下,在基岩上切槽,形成略大于施工护筒的圆形槽位;(2)下放内护筒,在外套护筒的导向下内护筒精确嵌入所切的环形槽位里,形成稳定的护筒受力结构,在实现护筒的精准就位同时确保护筒底与基岩面密贴。如图1所示。

图1 钢护筒安装布置图

3.1.2 外护筒安装

主墩钢护筒总长为28 m,采用分节沉放,孔口竖向对接焊,下沉采用整体式双层型钢定位导向框进行定位,上下两层导向架间距5 m,满足相关的刚度要求。实际施沉时,完成第一节钢护筒的入土着床,重点检查其垂直度、平面偏位,确保竖向二次对接的垂直度[3]。

3.1.3 切槽

外套护筒加固完成后,钻机就位并对位好桩中,选用6×φ3.4 m超长牙轮筒钻开始钻进,在φ3.5 m外套护筒中开始进行环切切槽,切槽外径为φ3.4 m,牙轮宽度即切槽宽度为20 cm,环槽内径φ3.2 m,切槽深度为2 m。

从上表，我们可以看到，孔子在《史记》任何一个部分中都有述及，可以说是贯穿于《史记》整个结构中的，体现了一种完整性。此外，述及孔子的部分在《史记》中分布比较均匀，虽然在书、世家和本纪等部分中所占比例较大，但若以全部述及孔子的卷数占《史记》总卷数的比例作参照，则差距尚不是很大，这又体现了一种普遍性，可见《史记》注重孔子绝不是偶然的，而是经过深思熟虑和精心设计的，表现了司马迁对孔子的倾心关注。

3.1.4 施工护筒下放

完成入岩2 m环切切槽后,提出钻头并移开钻机,按照下放外套护筒施工步骤,下放外径φ3.3 m施工护筒,施工护筒下放时需确保精准落入环切槽内,然后采用120 t振动锤振动至不再下沉为止,确保护筒底与槽底密贴。施工护筒下放完成后,撤除外套护筒限制,拔起外套护筒,同时加固已入槽的施工护筒。施工护筒由于已入槽,在外套护筒起拔过程中能确保稳定。同时,在外套护筒拔除时,应迅速加固已入槽的施工护筒。

3.2 桩基成孔施工技术

3.2.1 钻孔工艺

由于六景郁江特大桥主桥岩层为硬质砂岩,钻孔工艺选定为分级扩孔成孔工艺:钻头中心定位及纠偏→φ1.5 m牙轮筒钻钻进至孔底(过程中截齿筒钻取芯)→1.5 m导向φ2.0 m牙轮筒钻扩孔钻进→2.0 m导向φ2.5 m牙轮筒钻扩孔钻进→2.5 m导向φ3 m牙轮筒钻扩孔钻进→φ3 m截齿筒钻扫孔→成孔检查及一次清孔→下放钢筋笼及二次清孔→混凝土灌注。

3.2.2 钻头中心定位及纠偏

岩面虽经过清淤且前期已完成护筒埋设,但仍不能确保护筒范围内岩床平整,故开孔施工时的钻头中心定位及纠偏是确保成孔质量的重要保障。如图2所示,利用特制的上导正牙轮筒开始护筒内钻进,利用φ3 m导正圈与施工护筒确保φ1.5牙轮筒钻垂中切割岩面。此时的φ1.5 m牙轮筒钻中心与上导正圈及施工护筒均同轴。上导正牙轮筒的使用,既完成了钻头中心定位,也确保了垂直入岩。

图2 上导正钻头钻进示意图

3.2.3φ1.5 m钻孔及修孔

利用φ1.5 m的取芯筒钻及捞渣钻头将φ1.5 m筒钻切削部分捞出,此部分经过上导正定心及筒钻切削,此段垂直度已得到保障。采用φ1.5 m长筒钻切削,捞渣斗捞渣及取石柱等施工方法,直至φ1.5 m直径到达设计桩底高程。利用特制φ1.5 m×6 m修孔钻头,对已钻至孔底的孔形,进行修孔。确保整体孔型顺直。

3.2.4 逐级扩孔转进、沉渣捞取及成孔

修孔完成后,利用下导正钻头开始扩孔,扩孔过程配合相应捞渣钻头捞取扩至孔底的钻渣。同时,后续逐级以每0.5 m孔径递增,直至完成φ3 m扩孔施工。钻孔深度达到设计标高后,对孔深、孔径进行检查。如图3所示。

图3 分级扩孔示意图

3.2.5 桩基清孔施工技术

成孔后进行一次清孔,以免间隔时间过长,造成清孔困难或坍孔[4]。清孔先初步采用平底捞砂钻斗清理孔底沉渣,然后使用气举反循环清渣措施对孔底沉渣进行彻底清理[5]。当泥浆比重大或含砂率高时,出现气举反循环清理速度缓慢一直达不到效果,采取泥浆分离措施。下放后钢筋笼,对孔底沉渣进行检查,不符合要求需要继续二次清孔。

3.2.6 混凝土灌注

安装导管前必须进行密封试验,吊放时位置要保持轴线顺直,防止其卡挂钢筋笼和碰撞孔壁。

由于孔径较大,首盘混凝土要埋住导管1 m以上,经计算至少需要12.47 m3混凝土。为此专门加工一个容积达到12 m3的大料斗,孔口设置一个2 m3小料斗,大料斗用混凝土输送泵泵送混凝土,首盘灌注时先将大料斗内灌满混凝土,然后边灌注边用输送泵往料斗内泵送混凝土,孔口小料斗罐车直接放料,两个料斗同时供料,确保首灌质量。为保证桩头混凝土质量,混凝土灌注面要超过桩基设计标高1.5 m以上,以防止桩头为水泥浆,强度不足[6-9]。