冲击钻孔咬合桩围堰在深水基础中的施工技术

尹智勇

1 工程概况

达成铁路扩能改造工程成遂段九龙滩沱江大桥,全长377.18 m,基础形式有明挖扩大基础,挖井基础,桩基础,孔跨布置为(2×24+1×32)预应力混凝土现浇简支箱梁+(68+120+68)预应力混凝土连续箱梁+(1×24)预应力混凝土简支箱梁。5号墩,6号墩是连续梁主墩位于水中,其中5号墩基础设计为直径11 m,高13.5 m挖井基础,基础顶面位于水面以下6 m,一侧靠近岸边运营公路仅2.7 m,河床覆盖层约1 m,其下为强风化及弱风化泥岩,岩面与水平面夹角约为17°(见图 1)。

2 方案比选

2.1 钢筋混凝土围堰

设计开挖防护采用钢筋混凝土围堰,围堰内径为15 m,先在墩位处筑岛,然后在岛上制作钢筋混凝土围堰,分节制作及下沉,直至嵌入岩层2 m。钢筋混凝土围岩制作、下沉周期长;并且墩位处位于坡地上,岩床实际标高由于覆盖层泥土不好确定,不能根据实际情况制作异形刃脚;在围堰下沉过程中孤石、树根等都将给围堰下沉带来实际困难;围堰勘岩爆破也容易造成围堰刃脚破损;基坑开挖后,围堰内渗水量大小无法把握。

2.2 钢围堰

钢围堰能有效减短制作周期,刃脚强度也能有效保证,但其他钢筋混凝土围堰施工存在的问题钢围堰也无法有效克服。

2.3 帷幕注浆

帷幕注浆不但对水库水质造成污染,且注浆工艺难以把握注浆扩散范围,客观造成开挖后注浆范围内受力不均匀,在水位差有17 m的情况下,存在很大的安全风险。

2.4 冲击咬合桩围堰

冲击咬合桩围堰地质适应性强,工程造价较低,施工速度快,对场地要求低,特别是在抗渗漏水,对墩位旁既有公路稳定的保护上具有优势,需要注意的是控制钻孔泥浆对水库的污染。

3 施工工艺原理

钻孔咬合桩是采用机械钻孔施工,使桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构,如图2所示。为便于切割施工并考虑结构稳定,桩的排列方式设计为一个素混凝土桩(A桩)和一个钢筋混凝土桩(B桩)间隔布置。一般咬合桩施工先施工A桩后施工B桩,利用钻头冲击的能力切割掉相邻A桩相交部分混凝土,实现咬合。为保证冲击位置准确,受力均匀,先将A桩全部施工完毕,再间隔施工B桩,如图3所示。

施工顺序:

第一步:A1→A2→A3→A4……

第二步:B1→B3→B5→B7……

第三步:B2→B6→B10……

第四步:B4→B8→B12……

4 冲击钻孔咬合桩围堰施工

4.1 地基处理

地基处理对施工场地进行平整,清除地表附着物,探明移除地下及空中管线,尤其应对钻机施工位置进行加固,必须确保钻机成孔过程中不因地基软弱影响孔位准确及成孔的垂直度。

4.2 测量放线

根据计算确定桩位布置,施工中采用环形闭合布置,钻孔灌注桩采用1.25 m桩径,相邻桩之间咬合厚度20 cm,通过放样精确定位。

4.3 埋设护筒

根据放样位置准确埋设护筒,施工素混凝土桩时护筒埋测2 m(成桩桩顶在筑岛平面下1 m),施工 B桩时护筒长1 m,置于两素混凝土桩桩顶之上,护筒采用6 mm厚钢板卷制而成,护筒中心必须与设计桩位中心一致,精确度控制在5 mm以内。

4.4 就位钻进

护筒埋设好后,钻机就位,钻机采用普通冲击型钻机,冲击高度控制在3 m以下,每分钟冲击6次～8次,泥岩层平均钻进速度9 cm/h～12 cm/h,砂岩层平均钻进速度 8 cm/h～9 cm/h。钻孔过程中需对成孔垂直度采用全过程监控,施工中采用全站仪检测,确保成孔精度在3‰以内。

4.5 灌注混凝土

钻孔到位后再次检查孔位准确度及成孔垂直度,不符合时采取局部切削措施保证咬合厚度,合格后有钢筋笼时分节吊装钢筋笼,水下灌注混凝土。围堰中心开挖泥浆池,通过水沟连接,禁止直接排入水库。

4.6 基坑开挖

围堰内筑岛部分和河床覆盖层采用长臂挖机出渣,进入岩层部分采用浅台阶控制爆破,注意爆破后碎石粒径,方便长臂挖机出渣。开挖至基础底部,应根据渗流水量大小就近布置集水井,方便下步施工。

4.7 围堰加固

为保证5号墩旁既有公路交通安全和基础施工人员安全,在钻孔咬合桩围堰顶和5号墩基础底面各设一道圈梁,圈梁施工时暂时停止开挖基础作业。桩头和底部圈梁具体尺寸如图4所示。

5 结语

九龙滩沱江大桥5号墩挖井基础采用冲击钻孔咬合桩取得了成功,钻孔桩平均桩长15 m(入岩3 m),开挖后渗水量极少,并保证了公路运营及施工安全,体会如下:

1)冲击钻孔咬合桩对桩位及垂直度要求较高,需使用全站仪全程监控钻头的垂直度,同时保证钻机在钻进过程中不发生位移。2)开挖基床岩石部分应控制爆破后岩石粒径,以便提高长臂挖机效率。3)钻孔咬合桩作为基坑围护的支挡结构,在工程实践中有着越来越广泛的应用,传统的冲击成孔钻孔灌注桩引入到咬合桩施工,咬合桩深度不宜超过20 m,超过20 m后对施工设备套管钻机及混凝土缓凝有较高的要求。

[1] 徐成宇.粉喷桩水泥土围堰施工技术[J].山西建筑,2008,34(13):106-107.