深水区桩基施工水上平台的设计

胡增云

(浙江省温州市路港集团有限公司)

1 工程概况

淮阴船闸 D合同段上游引航桥总长度为 230.23m。,墩位于淮阴船闸二线闸、三线闸中间,全桥上部采用 13.06 m预制 T梁 21跨、。全桥下部有两种不同结构形式,即重力式混凝土墩台和群桩基础加钢筋混凝土承台的矩形钢筋混凝土墩台。本桥施工难点主要是全桥段位于交通流量大、行船密度大的京杭大运河上,不能断航施工。水下地形复杂,水下障碍物多且不明确,受船闸通航干扰大。引航桥桥墩各有4根Ф1 200 cm(共 24根)的钻孔灌注桩,钢筋混凝土承台尺寸均为 4.80m×4.80m×1.20m,承台顶面标高为 11.20m(废黄河基准面),桩身设计长度为 22.00m。群桩地处为陡坡层,坡比 1∶3,土质为砂质粉土,成孔较为复杂。

2 桩基施工平台的搭设

2.1 浮动平台的结构形式

桩基施工平台的设计综合考虑了墩台所处的地形、地质、水深、水位的情况,以及能满足桩基施工要求和能为后续承台施工提供方便等因素,经方案比选,决定采用浮动式水上钻孔工作平台。平台纵向由两只浮箱构成,浮箱尺寸为25.00m×3.00m×1.80m,承载力各为 100 t。

在浮箱两端设置横向由承载能力各为 10 t的二道贝雷主桁架片组成,贝雷主桁架片固定于两艘浮箱端面处,同时用[220槽钢横跨,与贝雷主桁架片焊接。贝雷主桁架片由水平与斜的∠63×63×8的角钢固定,确保主桁架片的稳定。钻孔的平台工作板采用[220槽钢铺筑,形成一个25.00m×12.00m牢固的水上平台。

2.2 平台的固定形式

施工过程,要求平台随水位的升降过程做上下运动,而不允许任何水平上的变化。平台固定方案是:在平台 4个角各用震动打桩机打 1根Φ220、δ=10mm的无缝钢管,利用浮箱上的型钢焊成一个井字架卡住钢管,确保浮动平台由于水位变化只能整体以 4根无缝钢管为导轨做上、下运动,限制平台水平方向的移动,同时为确保施工时减少摇盍,每根无缝钢管上方各拉两根人字型的缆风,以确保导轨的竖直度。

3 基础的施工

根据施工平台的承载力及墩距,为加快施工进度,在浮动平台上用两部钻机均布于工作平台上,同时施工。钻孔桩施工工艺:测量放样→钻机准确就位 →埋设钢护筒 →泥浆系统设置,调制泥浆 → 钻孔、加工钢筋笼 →成孔、清孔、检孔 →钢筋笼就位、安装 →灌水下混凝土→桩头处理 →桩基检测。

3.1 测量放样

根据实际地形进行测量放样。通过导线点的加密,在一、二线闸间导航墙端,三线闸上游导航墙上,一线闸主导航墙上,引测出施工阶段控制桩。

按设计部门提供的各墩的桩基中心坐标,采用徕卡ZTS602全站仪进行各桩中心的放样与恢复。

3.2 钢护筒加工与埋设

钢护筒的埋设是施工成败的关键。根据墩位具体地质情况,采用一般常规埋设方案是难于实现的,特别是桩位位于陡坡上且桩位地质为砂质粉土,极容易塌孔,同时为满足后期钢套箱施工的要求,经过综合考虑,采用开挖 +冲击筑窝的埋置方案,即在桩位处根据钢套箱安放的位置水下开挖6m×6m的水下平台,一是为埋设钢护套,二是为后期安设钢套箱,同时用Φ1 200mm的钻头焊上合金钢,直径加大至Φ1 300mm,先冲击使原各面形成一个直径约 1 500mm、深度约 2 500mm的孔洞,而后回填粘土,就位钢护筒。

钢护筒的顶面标高控制比淮阴船闸上游通航控制水位高 0.80m,同时考虑到水位受水利部门调水的影响升降范围一般在 2.00m左右,因此在护筒顶部增设一段2.00m高可拆式(带有法兰罗)的护筒,2.00m以下的护筒为整体式采用 δ=10mm,A 3普通钢板卷成直径 Φ1 350mm护筒。护筒在车间加工后每节高1.80m,共 7节,运到码头吊运至浮动平台上进行拼焊,再由钻机直接安装就位。钢护筒安装时,在平台上精确测定护筒位置,安装导向架,确保其垂直度,将钢护筒多次驳按下沉,直到钢护筒的刃脚自然沉入回填粘土内,在护筒顶部垫枕木,用钻头轻轻地使其嵌紧于孔洞之中。在钻孔过程,要特别注意观察护筒有无变形、内部水头有何变化。

3.3 泥浆系统设置与泥浆调制

由于受地形和通航条件的限制,泥浆池采用两艘200 t的铁质驳船改制而成.本桥墩共配两部钻机,设置两个泥浆池,泥浆池分为沉淀池与贮浆池。清孔一律采用正循环浮渣清孔。

为了提高泥浆的排钻渣能力,泥浆泵选用上海探矿机械厂生产的 BW-850型产品。

3.4 钻孔、成孔、清孔、验孔

本墩的桩基采用直径为 Φ1 200mm(重量 2.0 t)的钻头施工,当孔底标高达到设计标高后,经监理工程师和设计代表确认符合设计要求、同意终孔后,即可进行下一道工序的施工。

清孔:清孔是确保成桩质量的重要一环。清孔时要确保孔底沉渣厚度,循环液中含钻渣量,循环液的浓度等符合桩孔质量要求。

验孔:清孔完毕后,采用自制的验孔器进行验孔。验孔器采用 Φ22 mm钢筋焊制,外径 1 200 mm,有效长度8 000mm。验孔时检查孔径大小,有无缩径和有无偏位与倾斜。在各种指标均满足要求的下,经监理工程师检查符合设计、规范要求后,可以进行下道工序钢筋笼的安装。钢筋笼在陆地分段制作后,吊至水上工作平台上堆放,由钻机分节吊运焊拼安装固定。

3.5 混凝土运输罐车的确配备

桥墩桩基的长度约 22.00m,水下混凝土量约 30 m3。为确保混凝土灌注质量,浇筑时间是关键。本工程按 4h来控制,由于采取商品混凝土,根据拌合站混凝土与浇灌现场的距离、运输路途的交通流量、浇灌时间等因素确定。本项目混凝土运输采用二次转运才能到达浇灌现场,第一次从拌合站用混凝土运输罐车运至一号闸上游右侧主导航墙需50min,然后转 300 t铁船上的混凝土罐内,利用水路运至浇灌现场来回 50min。

3.6 水下混凝土浇筑工艺

钢筋笼按设计要求安装后,进行导管的组拼,继而进行混凝土灌注。

(1)导管要求。

采用 Φ22刚性导管,导管之间的连接采用 Φ12高强螺栓连接。导管使用前要对导管进行除锈、清洗、量长度、编号,使用有序。进行水密性和承压试验,并检验防水胶垫是否完好,有无老化现象,以保证灌注混凝土过程中不漏水、破裂。

(2)拔球。

导管安装后控制导管底部与孔底高差约 20 cm,利用导管进行二次清孔,使孔内沉淀度满足要求。二次清孔后安装漏斗,漏斗与导管用Φ16高强螺丝连接。在漏斗口涂上黄油,垫上两层塑料纸后再堵上顶部安有铁环的 Φ35 cm木球。铁环连接于 1 t卷扬机的钢丝绳上,安好木球用Φ40mm的钢管固定于漏斗上,防止混凝土进入漏斗木球上浮。在安装漏斗的同时进行储料斗的安装。

(3)灌注混凝土。

储料斗与漏斗混凝土总储量约 5.3m3,确保了拔球后导管底部埋置深度超过 1.0m的要求。在混凝土灌注过程中,设专人测量混凝土面的标高并记录,以掌握混凝土面上升速度、判断灌注过程孔壁的稳定情况,严格控制导管埋深在 2～6m范围,防止发生埋管过深提不起来或埋管过浅脱空的质量事故。

(4)泼浆。

混凝土面灌注高出设计桩顶1.0m后停止灌注,拆去导管与漏斗等设备,清除桩顶沉渣和多余的混凝土(留下比桩顶高 20 cm)待混凝土强度达到设计 70%,人工凿除桩顶以上的混凝土,恢复桩中心,为桩基检测与承台施工做准备。

4 桩基检测结果

淮阴船闸 D合同段上游引航桥桥墩共 24根桩基,经超声波检测结果,Ⅰ类桩 24根,符合合同要求,其中 24-1#桩由业主指定钻芯取样检测,芯样达Ⅰ类桩,质量符合设计要求。