白楊河大橋和小駐馬高架橋山東萊新高速公路四合同段樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1橋址地質(zhì)情況白楊河大橋和小駐馬橋（山東省萊新高速公路四合同段）上部結(jié)構(gòu)為20m，主體結(jié)構(gòu)為20m。橋面平整，底部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩、u型橋臺(tái)和孔灌注樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)按摩擦樁設(shè)計(jì),樁徑為1.8m和1.5m,樁長為19~40m。兩橋橋址地質(zhì)情況復(fù)雜,巖溶、溶溝、溶槽等溶蝕現(xiàn)象發(fā)育。經(jīng)逐樁勘探,發(fā)現(xiàn)橋址位于古生界奧陶系灰?guī)r巖溶發(fā)育區(qū),該區(qū)上覆土層較薄,為第四系殘坡積粘土和粉質(zhì)粘土,厚度0.4~19.8m;下伏地層為古生界奧陶系灰?guī)r、泥頁巖,厚度較大,傾向NE,傾角25°左右。橋址北部100m處及東部200m處有兩處北偏東和北偏西向斷裂切割,控制了本地區(qū)的奧陶系地層的分布。橋址北部為混合花崗巖分布區(qū),東部為寒武系地層分布區(qū)。受斷裂構(gòu)造及地下水侵蝕的影響,橋址內(nèi)隱伏溶洞、溶溝、溶槽、漏斗、石牙、溶隙等巖溶發(fā)育。巖溶、溶隙等是一種形態(tài)奇特的自然現(xiàn)象,宏觀上雖有特定的發(fā)育規(guī)律,但在不大的施工場地上分布無規(guī)律,給樁基施工增加了難度。采用沖擊鉆成孔,水下灌注C25混凝土。2施工工藝2.1鉆孔施工2.1.1孔11施工前處理本橋基樁中心采用坐標(biāo)法全站儀直接定位。施工時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)樁位布設(shè)十字形護(hù)樁,以便隨時(shí)檢查鉆孔偏位情況2護(hù)筒的鋪設(shè)和壓實(shí)護(hù)筒采用6mm鋼板卷制而成,每節(jié)2.0~3.5m,其內(nèi)徑應(yīng)比鉆孔直徑大40m左右。埋設(shè)時(shí)可先采用人工開挖埋設(shè)護(hù)筒到一定深度,然后利用鉆機(jī)沖擊錘震動(dòng)加壓沉入護(hù)筒。護(hù)筒平面位置的偏差≯5cm,偏斜度≯1%。3低ph值旋流孔的壓力鉆孔泥漿由水、粘土(膨脹土)和添加劑組成,有懸浮鉆渣、冷卻鉆頭、潤滑鉆具,增大靜水壓力并在孔壁形成泥皮、隔斷孔內(nèi)外滲流、防止坍孔的作用。本工程泥漿的pH值為8~10,相對(duì)密度1.2~1.35,粘度19~28s,膠體率≥96%。沖擊鉆成孔時(shí),可用粘土碎塊投入孔內(nèi),由沖擊錘自行造漿固壁,但隨鉆孔深度的加大應(yīng)及時(shí)投放粘土,確保泥漿性能指標(biāo)不變。4鉆孔開鉆過程采用沖擊鉆成孔。鉆錘由鑄鐵制成,重約50kN,十字形狀。為提高其對(duì)石頭的沖擊破碎能力,在鉆錘上加焊合金錐角,用37kW卷揚(yáng)機(jī)提升鉆錘。鉆孔開鉆前應(yīng)準(zhǔn)確對(duì)位,并檢查鋼絲繩是否有足夠的承重能力、轉(zhuǎn)向裝置是否完好。開始鉆進(jìn)時(shí),應(yīng)勻速提升小沖程沖擊,一般為1.5~2.0m,當(dāng)鉆孔達(dá)到3m深后,可增大沖程,一般采用2.5~3.5m。沖擊鉆在剛開鉆時(shí)鉆架容易下沉偏位,施工時(shí)要經(jīng)常校核孔位,用千斤頂校正鉆架。經(jīng)常檢查孔徑是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。沖擊巖層對(duì)鉆錘的磨損大,要及時(shí)以坡口形式補(bǔ)焊,以免造成縮孔,還要檢查錘頭轉(zhuǎn)向裝置是否失靈,防止形成梅花樁。2.1.2施工事故分析與處理1漏漿地層漏漿段本樁基工程從11#~20#墩有不同的巖溶及裂隙發(fā)育。在施工過程中常因漏漿而塌孔,嚴(yán)重的造成鉆機(jī)偏斜、埋沒鉆錘,塌孔直徑達(dá)到10m左右。根據(jù)漏漿原因及程度,分析事故原因,及時(shí)果斷采取如下補(bǔ)救措施:①對(duì)一般性塌孔,發(fā)生后先向孔內(nèi)注水提高水位,然后將粘土裝入編織袋沉入孔底,土袋的數(shù)量可根據(jù)漏漿的多少而定,一般200~300袋,并修復(fù)孔口,校正樁位,以小沖程對(duì)其進(jìn)行沖擊,讓粘土和編織袋碎塊擠入孔內(nèi)裂隙達(dá)到堵塞的目的,這樣反復(fù)幾次就可以通過裂隙及輕微熔巖巖層地帶,例如12#~16#墩均采用此法成功穿過漏漿巖層。②對(duì)于因巖溶和嚴(yán)重裂隙而造成的塌孔,采用加長鋼護(hù)筒至基巖,并在護(hù)筒上設(shè)置對(duì)拉筋錨固于稍遠(yuǎn)的土層內(nèi),即使孔內(nèi)漏漿也可防止大面積塌孔。堵漏時(shí),投放粘土袋另加投袋裝水泥(一般15~30kN)及小石塊,摻雜投入孔內(nèi),用小沖程沖擊,形成水泥泥漿,取出錘頭,讓其達(dá)到初凝狀態(tài),護(hù)壁堵漏。19#及11#墩反復(fù)采用此法順利成功。③施工時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)柱狀圖,及早預(yù)防,隨時(shí)抽查泥漿指標(biāo)及渣樣,在接近裂隙和巖溶地段時(shí)改為小沖程鉆進(jìn)。為防止埋錘,鉆孔時(shí)可利用木棒制一個(gè)浮子連線于外面,操作員如發(fā)現(xiàn)連結(jié)浮子的繩子向孔內(nèi)沉下去,要立即起錘,否則將錘埋入孔中將很難打撈。實(shí)踐證明,只要在塌孔前讓錘能懸空2m左右,稍加處理就可以取出。2糾偏、爆破時(shí)因本橋址內(nèi)巖石傾向NE,傾角25°左右,錘頭與巖石面不在一個(gè)平面,極易造成偏斜孔。施工中應(yīng)勤于檢查,發(fā)現(xiàn)后立即糾偏,糾偏采用拋填片石或孔內(nèi)小藥量爆破的方法。根據(jù)偏斜的位置確定拋填片石的位置。小藥量爆破一般用非電毫秒雷管引爆乳化炸藥的方法,藥量一般為120g(三管),藥量過大易引起孔內(nèi)坍塌和混凝土超灌。校正孔位后,以小沖程鉆進(jìn),反復(fù)多次可以通過傾斜巖層。3錘頭下固定形鉆的應(yīng)用造成卡錘的主要原因是:①塌孔埋錘;②孔徑不規(guī)則或補(bǔ)焊的錘頭下放太快;③錘頭斜擱在孔中。施工中當(dāng)錘頭卡住后,要保持沖孔,防止沉渣,還可以加風(fēng)炮機(jī)進(jìn)行沖孔。對(duì)于塌孔埋錘而卡錘的現(xiàn)象,先用自制小鉆將錘頭與孔壁間的空隙(小鉆可用一條鋼軌加焊一些鋼塊制成),然后利用起吊設(shè)備進(jìn)行晃動(dòng),試著取錘。有時(shí)還可以配以水下爆破法將錘頭松動(dòng)。取1kg防水炸藥綁扎于鋼筋上讓其沉入卡住的一邊,用電雷管起爆。這樣反復(fù)幾次,可以成功取出鉆錘。白楊河大橋9#墩就因?yàn)榈诙N原因而卡錘,12#墩因?yàn)樗锥ㄥN,均通過以上方法成功取錘。施工中,要加強(qiáng)預(yù)防措施,對(duì)于第一種情況,鉆孔時(shí)應(yīng)隨時(shí)觀察孔內(nèi)情況,遇到漏漿水位降低要及時(shí)吊出錘頭。對(duì)于第二種情況,補(bǔ)焊的焊頭放入孔中時(shí)要用小沖程反復(fù)上下串動(dòng),緩慢下入孔底,要求平穩(wěn)操作鉆機(jī),起錘和落錘不能讓其在空中來回晃動(dòng),鉆架也應(yīng)安放平衡。2.2泥漿池+蒸發(fā)鉆渣清孔緊接在終孔檢查后進(jìn)行,避免隔時(shí)太長以致泥漿沉淀,引起鉆孔坍塌。本橋采用換漿法清孔,通過向孔底壓注泥漿,讓鉆渣上浮并隨同泥漿流入泥漿池沉淀。為加速清孔,施工人員可用濾網(wǎng)撈出鉆渣。當(dāng)孔內(nèi)鉆渣清除干凈、砂率<2%時(shí)方可下鋼筋籠。鋼筋籠下完后在灌注混凝土前要進(jìn)行二次清孔,主要防止沉淀,降低砂率,并向孔內(nèi)注入稀漿循環(huán)流動(dòng)降低泥漿相對(duì)密度至1.1左右,對(duì)于易塌地層,泥漿相對(duì)密度可保持在1.2~1.25左右。2.3混凝土注入2.3.1水下混凝土流固1)鉆孔直徑和孔形、清孔工作須滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。2)灌注和處理故障所需各種機(jī)械設(shè)備必須準(zhǔn)備齊全,需要特別注意的是導(dǎo)管連接拼裝的水密性檢驗(yàn),升降機(jī)械設(shè)備、隔水提板等必須符合要求。經(jīng)多次實(shí)踐,大直徑樁基宜采用絲扣式連續(xù)的導(dǎo)管而不宜采用法蘭盤連接的導(dǎo)管,底管口宜加工成30°斜口以防初灌時(shí)距孔底距離不足而脹管。3)水下混凝土的配比經(jīng)試驗(yàn)確定,一般坍落度應(yīng)控制在18~22cm。4)首批灌注混凝土的數(shù)量計(jì)算。要確保第一次埋管達(dá)到1.0m以上。本橋采用混凝土灌車直接向先倒?jié)M料的漏斗里卸料,可滿足灌注要求。2.3.2灌注水下混凝土1)首批混凝土的灌注是全樁混凝土灌注成功的關(guān)鍵,必須嚴(yán)格控制。首批灌注的混凝土的質(zhì)量和數(shù)量,必須滿足混凝土導(dǎo)管一次連續(xù)下落后能將導(dǎo)管埋入混凝土的深度≮1.0m。本橋采用?1.8m大直徑樁基而且可能有裂隙及溶洞,首灌混凝土僅靠導(dǎo)管頂部的漏斗容納不了,施工時(shí)我們利用場地的優(yōu)勢,采用灌車直接向漏斗卸料。2)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn),漏斗下口與導(dǎo)管頂口相接處改變過去的栓閥,采用提板軟墊法。提板可用比導(dǎo)管口徑稍大的鋼板焊上耳扣,下面的軟墊可采用塑料布或水泥袋紙,不會(huì)阻礙混凝土下落而且很經(jīng)濟(jì)。灌注開始時(shí),保持導(dǎo)管下口距孔底25~50cm不動(dòng),用副卷揚(yáng)機(jī)提出提板,使漏斗底口完全敞開,隔水塑料布托住混凝土降至孔底,用手電筒照射導(dǎo)管內(nèi)檢查,如沒有被堵塞下不去的混凝土拌合物,也沒有泥漿水充滿導(dǎo)管內(nèi),則首批灌注成功,可繼續(xù)進(jìn)行灌注。3)在繼續(xù)灌注混凝土拌合物的過程中,要重點(diǎn)控制導(dǎo)管的最大、最小埋深?？刂茖?dǎo)管最大埋深的目的是防止埋深過大,導(dǎo)管拔不出來;控制導(dǎo)管最小埋深的目的是防止導(dǎo)管拔出混凝土表面以致導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)水,而且還容易使后灌混凝土沖破先灌注的混凝土表面而覆蓋在原混凝土表面沉淀的泥渣層上,形成夾層斷樁。本橋施工時(shí)控制最大埋深在8m以內(nèi),最小埋深也≮2m。在灌注過程中應(yīng)采用測錘隨時(shí)量測混凝土上升情況,特別是巖溶、裂隙發(fā)育地帶,混凝土往往進(jìn)入孔壁以外,如果僅憑計(jì)算數(shù)據(jù)操作,往往會(huì)將導(dǎo)管提出混凝土面以外而造成斷樁。4)混凝土灌注到樁基上部時(shí),由于落差變小、壓力減小,為保證混凝土密實(shí),應(yīng)上下抖動(dòng)導(dǎo)管或增大漏斗底口高度,產(chǎn)生較大的超壓力將首批灌注的混凝土全面頂托上升。由于首批灌注混凝土覆蓋底層從樁孔底頂托到樁頂,長期與鉆孔中的泥漿接觸,清孔時(shí)泥漿中未清除干凈的泥砂、鉆渣逐步沉淀在首批灌注的混凝土表面,因此灌注到頂時(shí)應(yīng)比設(shè)計(jì)高程超出0.5~1.0m?？刹捎瞄L柄取樣盆的方法來確定。2.3.3事故處理1灌注時(shí)的注意事項(xiàng)主要是因?yàn)闇y量不準(zhǔn)導(dǎo)致混凝土灌注不到位而造成的?；炷凉嘧⒌綐俄斏喜繒r(shí)要用取樣的辦法來確定是否達(dá)到要求。用普通測錘有時(shí)因錘的質(zhì)量輕、泥漿密度大、混凝土表面沉渣太厚而測不到混凝土面而造成短樁。2起吊設(shè)備故障斷樁是由于在灌注過程中因特殊原因灌注中斷,樁頭離設(shè)計(jì)位置較深不能進(jìn)行接樁處理而形成的,屬于機(jī)械事故,是由于在灌注過程中拌和機(jī)、樁機(jī)的起吊設(shè)備出現(xiàn)故障而又不能及時(shí)處理而造成的。本橋7#墩—1樁就因?yàn)榇嗽蚨鴶鄻?造成7萬元的損失,耽誤工期50d。泥夾層形成的原因一般有以下兩種:①灌注過程中由于埋管太淺,后灌的混凝土沖破先灌注的混凝土表層而覆蓋在混凝土表面沉淀的泥渣層上形成夾層斷樁;②導(dǎo)管埋深太淺或?qū)Ч馨纬龌炷烈灾聦?dǎo)管內(nèi)進(jìn)水。以上兩種事故主要是在灌注過程中導(dǎo)管最小埋深不準(zhǔn)確而造成的。施工中應(yīng)采取有效措施,多次量測,以避免事故的發(fā)生。3注溶劑的使用主要是導(dǎo)管埋深過大,超過起重能力而造成的。在灌注過程中導(dǎo)管埋深超過8m時(shí),要及時(shí)拆管,優(yōu)先考慮使用帶絲扣連結(jié)的導(dǎo)管而不使用法蘭盤連接形式的導(dǎo)管,因?yàn)榉ㄌm盤會(huì)增加與混凝土接觸面的阻力。4次下導(dǎo)管方案本橋10#墩—2樁在灌注過程中因?qū)Ч芊ㄌm盤連接螺絲全部斷掉,致使四節(jié)導(dǎo)管陷入混凝土內(nèi),此時(shí)距樁頂還有11m,經(jīng)過分析,決定采用二次下導(dǎo)管方案,在現(xiàn)場立即拼裝14m導(dǎo)管,先將底管口用塑料布包裹下入孔口中,由于浮力太大造成下管困難,根據(jù)實(shí)際情況,決定取掉塑料布,將導(dǎo)管直接插入先灌注的混凝土中2m以下,然后下潛水泵抽盡導(dǎo)管中的泥漿。在灌注到設(shè)計(jì)位置時(shí),加大超灌量,也可以將上部影響質(zhì)量的一段全部頂托出來。事實(shí)證明,此法很成功,挽回了至少7萬元的直接經(jīng)濟(jì)損失。3灌注水下混凝土1)人為因素在施工中占主導(dǎo)地位,加強(qiáng)施工人員的責(zé)任心,嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范要求施工,是施工順利進(jìn)行的必要條件。2)樁基在溶洞地層最適合用沖擊鉆。沖擊鉆在穿越溶洞地層時(shí),不僅能有效地加固孔壁,還能在漏漿的時(shí)候及時(shí)制造新的泥漿,以保持孔內(nèi)水位,防止孔壁坍塌。對(duì)于壓輪鉆,在溶洞地層易發(fā)生斷桿、掉鉆,也不利于加固孔壁,不穩(wěn)定的孔壁易使混凝土向溶洞內(nèi)流失,不僅在經(jīng)濟(jì)上造成損失,而且也影響到樁的質(zhì)量?？傊?對(duì)于在溶洞地層,只有鉆出高質(zhì)量的樁孔,才能為優(yōu)質(zhì)樁的灌注創(chuàng)造條件。3)仔細(xì)核對(duì)地質(zhì)圖,隨時(shí)掌握鉆進(jìn)深度,是確定鉆進(jìn)速度和選用合理的施工方案的重要依據(jù)。如在粘土層可加大鉆機(jī)進(jìn)度,在接近溶洞層時(shí)可減少?zèng)_程并防止偏斜孔;對(duì)于