飞云江三桥深孔大直径钻孔桩基础施工

张宝生

飞云江三桥深孔大直径钻孔桩基础施工

张宝生

根据浙江瑞安飞云江三桥主塔墩基础工程特点及重点,介绍了主塔墩钻孔平台施工、桩基施工及特大型承台施工的关键技术,总结了一套简单、实用的施工方案,为主塔墩基础施工提供了有利条件。

桥梁基础,主塔墩,钻孔桩,施工平台

1 工程概况

瑞安飞云江三桥位于浙江省瑞安市东南部,瑞安市经济开发区的东侧,距飞云江入海口 5 km,建成后将形成 104国道瑞安段的绕城公路。瑞安飞云江三桥全长 2 950m,主桥桥式布置为(240m+170m+60m)三跨一联独塔双索面预应力混凝土边箱梁斜拉桥,引桥为(33×30+5×50)m和(20×50+8×30)m的等截面预应力混凝土连续刚构箱梁,桥梁全宽 36.8m。主塔墩基础是由 36根桩长 109m,直径为 2.5m的钻孔桩组成的群桩基础,主墩承台为圆形承台,直径 44m,厚度 5m。

2 飞云江三桥主塔墩基础工程特点及重点

2.1 工程特点

1)桥址处水文气象条件复杂,为强潮河口,河口潮差大、潮流作用强,一天潮汐二涨二落,为正规半日潮,多年平均潮差为4.37m,最大潮差为 6.81m,年内潮差变幅不大;属中亚热带海洋型季风气候,全年最多风向为东南风,瞬时最大风速36.8m/s(1962年8月6日),桥址区有明显的台风,平均每年 2.5次;

2)地质条件差,桥址地层为冲海积形成,桩基约 60m长度在流塑状态的淤泥中;

3)主塔桩基均为摩擦桩,桩径大、桩身长,桩底标高-109.65m;

4)主塔墩承台体积大,约 7 600m3,施工难度大。

2.2 水上拌和站和栈桥施工的方案比选

根据主塔墩工程规模大,墩位处水文气象条件复杂等特点,对主墩混凝土施工采用水上拌和站和栈桥运输施工进行了全面研究和对比分析。经过比选确认采用钢栈桥施工方案,该方案具有变水上施工为陆地施工,可以避免潮汐影响、受台风影响小、对桩基混凝土浇筑有保证等优点。

2.3 施工重点

1)主塔墩钻孔平台的施工。

2)钻孔桩施工,长30m直径2.8m的钢护筒下沉;长120m直径 2.5m超长钻孔桩成孔;超长钢筋笼制作与安装;混凝土浇筑等。

3)混凝土供应,超大体积承台混凝土施工。

3 主塔墩钻孔平台施工

3.1 施工平台设计

3.1.1 设计思路

根据主塔墩位处的河床标高、地质条件、水位、台风和潮汐影响,结合施工荷载分布情况,经过反复研究、计算,决定采用超长钢护筒施工,单根护筒长度为 30m,并将 36根护筒用型钢和钢管连成一个整体框架结构,充分利用护筒的承载能力,结合外围24根钢管桩和钢护筒共同承担平台上施工荷载、平台自重荷载、水流压力荷载和风荷载作用。为了避免钻机振动造成施工孔位钢护筒底口处孔壁坍孔,钢护筒采用间隔受力形式,待不受力的钢护筒所在孔位浇筑完水下混凝土后进行受力体系转换,使其受力,同时解除相邻钢护筒的受力。

3.1.2 方案设计

该主塔墩承台直径 44m,高 5m,是目前国内最大的圆形承台,施工平台面积1 800m2。设计中偏于安全计算,护筒承载力计算未考虑淤泥粘结力(事实证明很大)及闭塞效应,护筒外围摩阻系数的取用综合考虑了工勘报告试验数据及前期施工钢栈桥钢管桩时经验数据。

钢护筒设计直径2.8m,壁厚12mm,在钢护筒外围每隔2.0m设一道加劲箍,钢护筒底部设 2.0m高,壁厚 20mm的加强刃脚,平台承重梁采用双排 321型贝雷片,其上面为型钢分配梁。在距离承台边缘 2.5 cm的圆周上,布置了24根直径1.0m的钢管桩,壁厚 10mm,为了增加钢管桩的局部稳定性,每根钢管桩内填满细砂,该钢管桩既是施工平台的辅助承载结构,又是以后安装钢套箱的承载结构(如图 1所示)。

针对该平台方案中护筒局部稳定性问题,设计中考虑了以下几种解决方案：

1)在护筒顶部焊接型钢梁,以承受贝雷架传递的荷载作用;

2)在护筒顶部的型钢梁下焊接三角形钢板来增大护筒局部的回转半径,增大局部受力面积;

3)在护筒上焊接横向连通管,对护筒起着局部固结作用,减小局部稳定的计算高度。

3.2 平台施工

由于主塔墩处潮差大、潮流作用强且风力较大,一般在 5级 ～7级,因此施工前制定了严密的施工组织设计,通过对前期钢栈桥的施工总结,选择了先进的施工工艺和科学合理的施工方法。

钢护筒、钢管桩下沉：为了使钢护筒、钢管桩平面控制偏移不大于 5 cm,倾斜率不大于 1%,钢护筒、钢管桩下沉利用50 t浮吊、浮吊上固定导向架配合BM-5振动沉桩机下沉。下沉时,在导向架上设置棱镜,用全站仪测量放样。钢护筒全长 30 m,分两节吊装,一次下沉。将钢护筒一二节先后吊入导向架内临时固定,完成对接后进行振动下沉。振动下沉时,每次振动时限控制在5min内,如遇下沉过程中阻力过大时,采用空气吸泥机吸出泥砂,减少内壁摩阻力,辅助钢护筒下沉,钢护筒在振动下沉过程中,为防止潮流影响或操作不当常引起偏位,在导向架上设立 4个千斤顶刚性纠偏点,实施钢护筒纠偏。钢管桩全长 48m,分 4节吊装,两次下沉。振动下沉时,每次振动以不超过 5min控制,钢管桩对接完成后,在桩顶设置数根可调节缆风钢索,在振动下沉中起到纠偏作用。

钢管桩和钢护筒下沉完毕,焊接连通钢管、平联及剪刀撑。为降低和减少潮汐作用的影响,焊接前应做好各项准备工作,在低潮位时进行焊接。焊接结束后进行上部型钢分配梁及贝雷桁架梁承重梁结构施工。贝雷片承重梁先在驳船上连接成设计所需要的长度,然后利用 50 t浮吊整体吊装,每排承重梁就位后立即用花架连接。顶层的型钢和钢板利用 50 t履带式吊车吊装并通过人工辅助就位。

4 桩基施工

4.1 钻机选型

主塔墩基础为大直径超长桩,地层主要为淤泥、淤泥质亚粘土及圆砾层,因此钻孔应选用大扭矩回旋钻机,采用气举反循环减压钻进工艺,钻头宜选用四翼笼式刮刀钻头和滚刀钻头。

4.2 泥浆循环系统

钢护筒之间用钢管连通,连通管既是护筒之间的平联,提高平台整体稳定性,同时它又是泥浆循环的通道。泥浆循环系统主要利用了钢护筒做泥浆池,其中一个为沉淀池,一个为贮浆池,反循环钻孔出来的钻渣及泥浆经过泥浆净化器进行分离,钻渣通过筛网直接清除,泥浆首先流入沉淀池净化,之后通过连通管流入贮浆池,最后优质的泥浆再通过连通管流入施工孔位的钢护筒循环利用。泥浆循环系统流程如图2所示。

4.3 成孔

根据平台的施工面积,共布置 6台钻机同时施工,整个钻孔过程主要以气举式反循环回转钻成孔工艺为主。不同地层选择不同的成孔工艺,刮刀钻头用于淤泥层钻进,速度快、造浆效果好;滚刀钻头用于密实砾石层。在钻进过程中,采用优质泥浆护壁,重点在砾石层,泥浆参数为粘度32 s～40 s,比重 1.34～1.45。由于桩孔较深,保证垂直度十分重要。为保证垂直度,需采取以下措施：稳钻时用水平尺检查水平度;钻进时采取减压钻进,保证一定的配重;遇地层变化时,降低钻进速度,反复扫孔,再继续钻进。钻头配重大小应随钻头形式变化而改变。钻孔过程中,应经常检查钻具。当钻至设计标高后,对孔深、孔径、孔形、垂直度等进行检查,钻孔质量符合要求后方可清孔,在清孔排渣时,必须注意保持孔内水头,防止坍孔。

4.4 桩基钢筋、混凝土施工

清孔完毕后移走钻机,然后开始下放钢筋笼,由于钢筋笼较重,每根桩钢筋笼重约20 t,故采用 50 t履带吊车下放,钢筋笼每节连接采用镦粗直螺纹套筒连接,因此速度较快、质量有保障。全部钢筋骨架下放至设计标高后将导管下入孔内,在浇筑第一根桩之前要对导管进行泌水、抗拉试验。下完导管后,浇筑水下混凝土之前,应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀层厚度,如超过规定,应进行第二次清孔,清至泥浆指标(主要是含砂率)合格为止。浇筑水下混凝土涉及的问题较多,但首先保证混凝土入孔速度,由于钢栈桥提供的有利施工条件,混凝土搅拌运输车可以直接到达孔位处,因此混凝土浇筑速度可以保证 50m3/h。

4.5 平台受力体系转换

钻孔平台利用钢护筒作为主要承载结构,由于钻机振动容易造成钢护筒底口处孔壁坍孔,因此,施工孔位的钢护筒不能参与平台受力,待该桩浇完混凝土后,再让其参与平台受力,同时解除下一个施工孔位钢护筒的受力状态,进而完成平台受力体系转换。

5 承台施工

1)承台采用钢套箱施工,封底采用 1.0m厚钢筋混凝土,分5个区域进行,封底混凝土用垂直导管法灌注。

2)承台施工：由于承台混凝土体积大,具有一定的施工难度,其对混凝土的性能、材料的组织供应与运输、混凝土的长时间生产供应以及混凝土的养护等提出了更高要求。承台混凝土分三次浇筑,浇筑高度分别为 1.8 m,1.5 m,1.7 m,每次时间间隔为7 d,施工接缝按规范规定处理。承台混凝土浇筑采用 2座100m3/h混凝土搅拌站供应,5台混凝土搅拌运输车运输,2台H 80卧泵入模浇筑。并在混凝土内掺入优质粉煤灰、减水剂、缓凝剂等并辅以冷却管降低水化热措施,确保承台大体积混凝土施工质量。

6 结语

1)采用钢栈桥施工为主塔墩基础施工提供了有利的条件,发挥了较好的整体效益。2)通过对位于潮汐河段、台风区的瑞安飞云江三桥主塔大直径深孔桩基础施工平台方案、超长钻孔桩钻孔、浇筑等施工,特大型承台施工的研究,提出了一套简单、实用、经济的施工方案与施工工艺。

[1] 高武喜.岩溶地区桥梁钻孔桩施工技术[J].山西建筑, 2009,35(10)：311-312.

Concerning on the construction of deep hole bored pile foundation with major diam eter of Feiyunjiang three Bridge

ZHANG Bao-sheng

According to project features and points of Feiyun jiang three Bridgemain pier foundation in Zhejiang Rui'an,it describes the critical techniques ofmain tower pier drilling platform construction,pile foundation construction,and supper large-scale bearing p latform construction, and summarizesa setof simpleand applicable construction program,which has p roved usefu l conditions formain tower pier foundation construction.

bridge foundation,main tower pier,bored pile,construction platform

TU473.1

B

1009-6825(2011)09-0172-02

2010-11-29

张宝生(1979-),男,工程师,中交二公局第二工程有限公司,陕西西安 710119