跨海橋梁鉆孔灌注樁施工特點

/跨海橋梁鉆孔灌注樁施工特點前言改革開放和國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長促進(jìn)了沿海地區(qū)交通建設(shè)快速發(fā)展，隨著公路、港口的建設(shè)和對沿海島嶼的開發(fā)，不少跨海大橋相繼建成，目前開工在建的還有數(shù)座，正在支配籌建中的數(shù)量更多。從發(fā)展趨勢看將來要建的跨海大橋越來越多，而且規(guī)模越來越大，技術(shù)上也越來越困難。由于海疆氣象多變，大風(fēng)巨浪，潮起潮落，環(huán)境的惡劣的確給跨海橋梁增加了不少施工難度，作為橋梁的基礎(chǔ)即是全橋的關(guān)鍵工程，又最先開工，因此施工中經(jīng)常遇到不少新的困難和問題，其中作為橋梁常用基礎(chǔ)之一的鉆孔灌注樁在施工中就發(fā)覺一些特別問題，本文依據(jù)已建成和在建的幾座跨海大橋鉆孔樁施工閱歷和教訓(xùn)來探討海上鉆孔灌注樁施工一些特點。施工平臺在水中進(jìn)行鉆孔樁施工，首先要把水中施工變?yōu)殛懙厥┕?。在淺水中常用筑島或圍堰，在深水中最常用的是施工平臺。而且海上由于風(fēng)大浪急加上潮汐影響多接受固定式施工平臺。依據(jù)幾座跨海大橋鉆孔樁施工狀況看，海上施工平臺有以下幾個特點：1、平臺高度都是依據(jù)施工期間最高水位來確定，內(nèi)河雖然有洪水，但可選擇施工時間避過洪水期。海上因有潮汐，而潮差都相差大，以東海為例年最大潮差就有4.95米，還要考慮波浪的影響，因此海上施工平臺一般都比較高。底潮位時往往露出水面8~10米。2、施工平臺設(shè)計時除考慮施工荷載外，還要考慮風(fēng)力、波浪和水流的沖擊力。由于海上的這些水平荷載很大，平臺除具有足夠的強(qiáng)度抗拒施工的靜動荷載外還要有抗拒水平荷載的剛度，因此海上平臺支承樁多用φ1.0~φ1.5壁厚12~20mm的鋼管樁作為支承樁。在深覆蓋層中一般都打入足夠深度，當(dāng)覆蓋層較淺時支承樁往往還要設(shè)法打入巖層確定的深度，以滿足受力的須要。海上施工平臺所承受的水平力很大，對平臺的整體性和穩(wěn)定性要求也相當(dāng)高，因此支承樁之間的橫向聯(lián)結(jié)都很強(qiáng)。一般的施工平臺多用兩層橫向聯(lián)結(jié)，搶在最低潮位時焊接，以減小鋼管樁的懸臂長度；而深水平臺在水下還設(shè)有橫向聯(lián)結(jié)，這種聯(lián)結(jié)在打支承樁之前即定位沉設(shè)在海底，支承樁通過導(dǎo)管架后再打入覆蓋層，這種聯(lián)結(jié)對增加平臺穩(wěn)定特別有效。位于覆蓋層較淺的平臺，為了增加穩(wěn)定性還設(shè)特地的錨錠系統(tǒng)，效果也很志向。3、海上施工運(yùn)用的機(jī)械設(shè)備多，離岸又遠(yuǎn)，平臺上除鉆機(jī)、起重機(jī)械和泥漿循環(huán)設(shè)備外，還有發(fā)電機(jī)及儲存油料和儲備淡水的設(shè)備。另外由于風(fēng)浪的緣由，交通運(yùn)輸時常中斷，因此還要有儲備材料以及施工人員休息和生活設(shè)施等，因此海上施工平臺面積都比較大。由于海上特別環(huán)境使海上施工平臺不論在高度方面還是面積上一般比內(nèi)河深水施工平臺要大些，而在結(jié)構(gòu)斷面上也要強(qiáng)些。護(hù)筒的問題在水中施工的護(hù)筒其頂面應(yīng)高出最高施工水位1.5~2.0米，而在海上施工由于高潮位和波浪的影響比較大，因此護(hù)筒頂面高程相當(dāng)高。另外護(hù)筒埋置深度，除依據(jù)地質(zhì)狀況確定外，海上由于受潮汐影響，護(hù)筒內(nèi)外水位差在不斷變更，并受漲潮退潮的沖擊，長期在動水壓力作用下，護(hù)筒埋深不夠很簡潔造成內(nèi)外貫穿、漏漿，有時還造成塌孔，影響正常施工。從幾座跨海大橋的施工狀況來看，由于護(hù)筒底部出現(xiàn)問題，造成漏漿、內(nèi)外貫穿等現(xiàn)象比較普遍。以目前在建的一座跨海大橋為例，該橋有部分基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，其中一段位于覆蓋層較厚的位置，鉆孔之前都將鋼護(hù)筒打入覆蓋層下19~22米并已進(jìn)入穩(wěn)定土層5~6米，在鉆孔過程中還是發(fā)生不少漏漿和內(nèi)外串通的現(xiàn)象。為此也接受不少方法進(jìn)行處理，有些效果較好，如發(fā)覺漏漿即停止鉆進(jìn)，將鉆頭提出并將鉆孔回填至護(hù)筒底，然后向孔內(nèi)投水泥并用鉆機(jī)進(jìn)行攪拌。這樣漏出去的泥漿由水泥作用可將原來縫隙和空洞封住。再一種方法將護(hù)筒接長，重新運(yùn)用振動錘將護(hù)筒接著向下震以加深護(hù)筒埋深。有時加深一次解不行再加其次次，個別的護(hù)筒加深三次才能解決問題。還有一部分鉆孔樁位于覆蓋層較淺的地段，由于護(hù)筒打不進(jìn)巖石，在鉆孔時經(jīng)常發(fā)生漏漿。后來每當(dāng)鉆到巖面即停止鉆進(jìn)，然后將孔底清理干凈用導(dǎo)管灌注3~5m的水泥砂漿。等沙漿到確定強(qiáng)度在砂漿面重新鉆孔。用砂漿加固護(hù)筒和巖石的接縫。據(jù)資料介紹，海滄大橋在施工中也常遇到鋼護(hù)筒底部漏漿、貫穿或塌孔事故。后來也是將護(hù)筒打入較深的黏土層中才解決問題。遇有稍差土層還要加深。另外，對覆蓋層較淺的鉆孔則接受先將護(hù)筒振動下沉至巖面，然后用沖擊鉆在護(hù)筒內(nèi)沖孔。當(dāng)沖到確定深度后再將護(hù)筒振動下沉至巖層中，這樣振動、沖擊反復(fù)進(jìn)行直到護(hù)筒下沉到預(yù)料深度為止。從以上的例子可以看出，海上護(hù)筒埋設(shè)深度因受到潮汐影響比較特別，每根樁的護(hù)筒埋置深度應(yīng)依據(jù)水文地質(zhì)條件，并考慮到動水壓力的影響確定。海上護(hù)筒由于水面位以上較長入土又比較深，再加上水中的部分從整個護(hù)筒看都很長。從幾座跨海大橋鉆孔樁施工運(yùn)用的護(hù)筒統(tǒng)計，長度在30~50m之間比較多。這樣長的護(hù)筒下沉偏斜如何限制？這也是一個新的問題。假如按規(guī)范允許1%，那將給鉆孔施工帶來麻煩，有的護(hù)筒影響鉆機(jī)對位，有的連鉆機(jī)也無法下去。這種狀況在幾座跨海大橋施工中曾多次遇到，有的不得不運(yùn)用大的起吊設(shè)備將影響鉆孔的護(hù)筒拔起，重新震沉，而且一邊震一邊校正；有的護(hù)筒偏斜又無大的起重設(shè)備，不得不接受水下切割方法將變形部分割去，因此不但奢侈了人力物力還耽擱了工期。目前已引起有關(guān)方的重視。有的跨海大橋在施工之前針對工地狀況特地制定護(hù)筒下沉有關(guān)條文。明文規(guī)定護(hù)筒底偏離樁的理論中心不得超過200mm。只有嚴(yán)格限制護(hù)筒偏斜，才能避開施工中遇到的一些不必要的麻煩。泥漿的問題在海上進(jìn)行鉆孔作業(yè)，特別在很厚覆蓋層中進(jìn)行大直徑鉆孔，泥漿循環(huán)至關(guān)重要。從幾座跨海大橋的鉆孔運(yùn)用的泥漿來看，都運(yùn)用高質(zhì)量的泥漿，即用淡水和膨潤土作為主要材料進(jìn)行配制，在鉆孔過程中還不斷對循環(huán)泥漿進(jìn)行檢測，限制幾項主要指標(biāo)，使其符合規(guī)范要求。由于海上作業(yè)，雖然是淡水泥漿，但在循環(huán)過程中，由于不斷攜帶含鹽的鉆碴，另外孔底及孔壁也不行避開有少量海水滲入，因此，泥漿的含鹽量也在不斷增加。由于鹽能使泥漿中粘土水化和分散作用受抑制，因此會發(fā)生不同程度分別沉淀現(xiàn)象。試驗數(shù)據(jù)表明，在淡水泥漿中摻入海水愈多，泥漿的沉淀愈多。當(dāng)海水加到確定程度后，泥漿中的膨潤土和水可以發(fā)生分別。為預(yù)防這個問題，有效的方法是將泥漿中膨潤土比例適當(dāng)加大。試驗數(shù)據(jù)證明，兩種泥漿中的膨潤土和水的比例分別為10%和13%，其他成分一樣，當(dāng)分別加入1.5%的海水?dāng)嚢?，靜止24小時后，發(fā)覺膨潤土占13%的泥漿的清水率為7%，基本沒有發(fā)生什么沉淀，而膨潤土含量為10%的泥漿的清水率為32%，已出現(xiàn)明顯沉淀現(xiàn)象；還有一種方法可以在泥漿中適量加入聚丙烯酰胺（PAM），目的是增加泥漿穩(wěn)定性也能削減沉淀的發(fā)生。假如施工中不斷補(bǔ)充新拌制泥漿，使泥漿中含鹽比例保持在低水平，也可有效限制泥漿的沉淀。鑒于泥漿在鉆孔施工中的重要性，最好每座橋梁施工前應(yīng)在試驗室進(jìn)行配比試驗并做海水滲入的試驗，得出合理的配比后再用于現(xiàn)場施工。目前膨潤土品種較多產(chǎn)地不一，其成分也不相同，拌出的泥漿對海水反映也不一樣。海上進(jìn)行鉆孔樁施工，每個鉆孔成孔后，應(yīng)留意剛好換漿而且要用密度較大質(zhì)量好的泥漿去置換，使孔內(nèi)的泥漿具有較好固壁性和良好懸浮實力。因為海上施工不像內(nèi)河和陸地，施工不定性因素多，并經(jīng)常遇有大風(fēng)大浪，無法接著作業(yè)。在成孔后不能剛好灌注砼的狀況下，只有質(zhì)量良好泥漿才能保證不塌孔，并確?？椎壮猎恢逻^厚。目前在建的一座跨海大橋在鉆孔施工中就有一根樁成孔后因靜止時間稍長發(fā)生了塌孔事故，后實行補(bǔ)樁的方法進(jìn)行補(bǔ)救；另有的孔因泥漿質(zhì)量差，下完鋼筋籠之后孔底沉渣已達(dá)6~7米，二次清孔時費了很長時間才達(dá)到要求。這方面的教訓(xùn)還是不少的。四、樁身混凝土的灌注海上鉆孔灌注樁因抗腐蝕的須要，混凝土配比有的要求按“港口工程技術(shù)規(guī)范”有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行配制，有的則要求按高性能混凝土配制，都要求在水泥中摻入細(xì)顆粒的摻合料如粉煤灰、硅粉等，這些摻合料的加入，往往降低了混凝土的和易性，流淌性明顯變差，這給樁身混凝土灌注增加了困難。再加上海上鉆孔樁受到水平荷載又大，鉆孔樁上部鋼筋設(shè)計又密，因此灌注時應(yīng)特別留意，實行必要措施確?；炷凉嘧①|(zhì)量。海上混凝土灌注多數(shù)由混凝土拌合船來供應(yīng)。在每根樁的灌注之前必需對拌合船的機(jī)械設(shè)備及材料儲備狀況進(jìn)行細(xì)致檢查，以避開灌注過程中，由機(jī)械故障或缺少材料，造成中斷灌注。如有條件可設(shè)備用的拌合設(shè)備。結(jié)束語由已建成和目前在建的幾座跨海大橋鉆孔灌注樁施工狀況看，海洋的潮汐和大風(fēng)大浪所產(chǎn)生高水位及大的水平力給海上橋梁施工特