深水区桩基施工双护筒的利用

'深水区桩基施工双护筒的利用作者:福建省第一公路工程公司四处王志福关键词：汛期、大护筒、小护筒、高级泥浆、回填粘土一、工程概况：木兰溪大桥位于福泉高速公路莆田至秀屿支线公路A合同段莆田西互通区内主线桥，横跨木兰溪。跨径组合为：4×25+4×28+（31+31.361+31）+(31+32.103+31)+2×19+2×30+3×30+3×30+4×30+3×30m。上部结构为：第一至第五联采用预应力钢筋砼现浇连续箱梁，第六联至第十联采用装配式预应力砼连续T梁。下部结构采用柱式墩、桩基础。其中16＃～21＃墩位于木兰溪河道中，桩基础为ø180cm钢筋砼嵌岩支撑桩，桩长22～24m。水文地质情况：木兰溪为福建省“五江一溪”中的重要河流之一，也是莆田市的母亲河，汇水面积大，水位随季节变化大。施工期间处雨季，常水位至河床表面高约5.5m。为满足工程进度要求，桩基施工无法避开雨季汛期，故施工过程中水位变化大，水流急，且多台风造成洪涝灾患。地质情况：河床较为平坦，自河床下分别为：卵石，圆砾，强风化凝灰熔岩，弱风化凝灰熔岩。岩层厚度分布不均，变化较大。二、施工总体方案：因木兰溪为莆田市主干流，施工又处雨季汛期，为尽量降低对河道流水面积的影响、减少水流对设施的冲击力，保证汛期施工过程中安全生产及临时交通需要在沿木兰溪大桥平行方向，离桥梁外墩5m处搭设一5m宽钢便桥，并沿桥墩横向搭设支架工作平台。选用冲击钻机、 内外双层钢护筒、泥浆船。本文就双护筒及高级泥浆在桩基施工过程中的应用进行重点介绍。１、支架工作平台支架工作平台采用ø50cm，厚6mm的钢管桩，通过冲击锤沉入河床底卵石4m，经对该河流水文资料的调查研究，钢管桩露出水面3.0m，即可保证汛期施工平台高于水位。经对钢管桩的支撑力检测及支架工作平台受力验算，满足施工要求。２、护筒埋设为保证桩基施工成行后维持设计原状，同时降低施工成本，护筒采用可回收循环利用的大、小双层钢护筒形式。大护筒（外护筒）采用ø280cm、厚15mmA3钢板卷制而成，小护筒（内护筒）采用ø200cm、厚15mmA3钢板卷制而成。小护筒置于大护筒之内为正式护筒。大护筒埋设：虽大护筒非正式护筒，对其埋设偏位精度要求较低,但因下沉过程中水流对大护筒的作用力较大,难于垂直沉入,易产生较大偏移或倾斜,故需采用导向架,导向架下放至河床后采用振动锤振动锤击使之沉入河床下1.5m（达到稳定状态，因本河床在卵石层上，满足导向架稳定要求。下同）。然后埋设大护筒，大护筒分节经过导向架下放至河床，采用振动锤锤击使之沉入河床底。为减小护筒与土层的摩擦力，护筒间采用满焊连接。大护筒埋置深度按下列公式计算得出：L=(（h+H）·Rw-H·R0)/(Rd-Rw)　　　　　　　　　　(1)其中：Rd=(Δ+e)/(1+e)·R0　　　　　　　　　　　　(2)式中：L—护筒漫置深度，m H—施工水位至河床表面深度，mh—护筒内水头，即护筒内水位与施工水位之差，mRw—护筒内泥浆容重，KN/m³R0—水的容重，KN/m³Rd—护筒外河床土的饱和容重，KN/m³Δ—土的相对密度e—饱和土孔隙比考虑到汛期水流在大护筒周围形成局部冲刷、护筒底端发生管涌现象及汛期水流冲击力不对大护筒产生冲击造成位移、倾斜或沉陷，按公式（1）计算出的L值乘以安全系数1.8后作为埋置深度，即LS=1.8L　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)经计算最终确定大护筒沉入河床下（卵石层）深度为4.5m。为保证汛期水位上升后，河水不淹入筒内，护筒顶高于常水位3.0m。然后用粘性土回填大护筒，回填时分层夯实。回填高度为护筒顶。小护筒埋设：大护筒埋设完毕，埋设小护筒，小护筒通过振动锤分节振动锤击沉入，因大护筒内回填土较为松散，遇水软化,且大小护筒间的土层厚度不足，泥浆护壁无法保证两统之间的土层不坍塌，小护筒须穿过大护筒中的回填土层，并进入河床下5m以上（比大护筒超深0.5以上），以避免大护筒内的回填土层坍塌造成扩孔。且小护筒高出大护筒0.5m，以利泥浆循环。3、钻机选择根据钻探地质情况分析，该段地质分布复杂,层厚不均,故选择 冲击钻机,因其具备有适用于所有土层的特点。4、泥浆制备与使用根据筒内回填土及原河床下土层性质不同，采用普通泥浆和高级泥浆两种泥浆。孔内回填土在护筒范围内，不需要泥浆护壁，其作用仅为清渣，故使用普通泥浆即可。进入河床土层后，因冲孔钻进时，泥浆不流动处于相对静止状态，故要求泥浆需具备有固壁能力高、稳定性强的特点，使孔内外保持一定的水头差，水流不倒渗入孔内，造成塌孔现象，故选用高级泥浆。普通泥浆制备：加水于孔内回填粘土，用冲击锤上下冲击搅拌制成。高级泥浆制备：采用膨润土及掺加剂加水制成，因孔内外水头差较小，加入适量的加重剂，增加泥浆相对密度，提高孔内外水头差。经多次试配调整，最终采如下配合比：材料名称水膨润土CMC重晶石（加重剂）比例100100．30．01制成后泥浆指标为：项目相对密度粘度（s）静切力（Pa）胶体率（%）PH值失水率（mL/30min）稳定性数值1.20204.5999.2140.02泥浆由搅拌机拌制而成倒入泥浆船后，通过泥浆泵将原孔内普通泥浆置换出。5、钻孔钻孔过程中注意控制进尺，不宜太快，砂砾层控制在每班进尺1．0~1．5m，岩层控制在每班进尺0．4~0．6m。采用中、 小冲程，即冲程控制在１.５m～２.０m，反复冲击使孔壁坚实，防止塌孔。钻孔过程中须经常对泥浆性能指标进行检测调整。6、护筒拔除回收终孔后进行清孔、钢筋笼安装、二次清孔、混凝土灌注，并尽量减短工序过渡时间，混凝土灌注过程中尽量达到快速、均匀、不间断。混凝土灌注高度应高于设计标高１m以上，以防止混凝土因两护筒之间回填土较为松散，内护筒拔除后，混凝土压力作用孔内回填土造成回填土压缩，混凝土下沉，桩头松散混凝土凿除后，桩长不足。小护筒在混凝土灌注完成时立即进行拔除，拔除时应均匀缓慢进行。当拔除困难时，可使用振动锤配合钻机进行拔除。拔除过程中注意观察混凝土下沉情况，如下层量较大，应查明原因并处理后方可继续进行。如出现小护筒拔除后，桩顶混凝土面低于桩顶设计标高＋０．５m时，应在混凝土初凝前挖除桩头松散混凝土，并按空气桩灌注新混凝土至设计标高，避免断桩。大护筒的拔除应在混凝土强度达到设计强度的２５％后进行，方法同小护筒。三、总结：木兰溪大桥深水区水中桩施工过程中曾多次经历了汛期洪水，但由于方案合理可行，并且在灾患发生前做足充分的防患准备，未造成大的损失。完工后进行桩基质量检测，16#～21#共36根水中桩均达到I类桩，说明该施工方案是可行成功的，达到预定目标。施工过程中的关键是施工过程控制，护筒埋置深度必须足够满足在各种可能存在的外部条件下能够保持稳定。稳定高性能的泥浆是成孔质量的保证，并直接影响了成桩质量。故桩孔钻进过程中的泥浆性能指标的检测和泥浆的调整是施工过程中的关键 参考文献：公路施工手册：桥涵/交通部第一公路工程总公司主编.-2版.-北京：人民交通出版社,1999.11'