2500大直徑鉆孔灌注樁在狹小復(fù)雜環(huán)境下的施工技術(shù)研究

1、中環(huán)線高架樁基施工與對(duì)地道結(jié)構(gòu)的保護(hù)一、工程概況中環(huán)線真北路高架工程為上海建工股份有限公司承建的市政重大工程，是集投資、設(shè)計(jì)、施工為一體的BT工程。在該工程的施工中，受到工程用地的限制，高架橋跨越滬寧鐵路和交通路段布置在原真北路地道上。其中東側(cè)高架橋兩側(cè)橋墩設(shè)置在原地道擋土墻內(nèi)側(cè)，橋墩立柱緊靠地道結(jié)構(gòu)。施工高架橋的基礎(chǔ)將對(duì)原地道塢式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害，如處理不當(dāng)，將嚴(yán)重影響地道的使用，甚至將對(duì)運(yùn)行中的滬寧鐵路產(chǎn)生不良影響，因此必須對(duì)整個(gè)工程實(shí)施方案進(jìn)行優(yōu)化，在保證高架橋梁工程質(zhì)量的情況下，將工程對(duì)地道結(jié)構(gòu)的影響減少到最小。真北路地道平面示意圖二、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、環(huán)境情況真北路地道分三部分：第一部分對(duì)應(yīng)中環(huán)

2、線主線位置Pm25至Pm32（南側(cè)）、Pm39至Pm45（北側(cè)），為普通擋土墻結(jié)構(gòu)，第二部分對(duì)應(yīng)中環(huán)線主線位置Pm33至Pm35（南側(cè)）、Pm36至Pm38（北側(cè)），為塢式結(jié)構(gòu)，第三部分為交通路、滬寧鐵路箱涵結(jié)構(gòu)。其中塢式結(jié)構(gòu)下有混凝土板樁基礎(chǔ)。該地道建于上世紀(jì)八十年代，目前地道結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)明顯的變形、滲水情況。真北路地道為兩來(lái)兩去四車道，車道兩側(cè)各有1根非機(jī)動(dòng)車道。由于真北路地道是滬寧鐵路南北兩側(cè)的主要通道，根據(jù)交通組織方案，在高架橋施工期間必須保持至少1來(lái)1去2車道的社會(huì)車輛通行能力。滬寧鐵路箱涵位置為地道最低點(diǎn)，箱涵上有電氣化鐵路復(fù)線2根軌道，運(yùn)行流量非常大。高峰時(shí)平均2分鐘一列車通過(guò)。

3、三、工程地質(zhì)情況地道兩側(cè)工程范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件經(jīng)過(guò)詳堪，本工程地下水位埋深為1.474.3m（標(biāo)高為：2.180.81m），地層地質(zhì)分布情況如下表：序號(hào)巖土名稱層底標(biāo)高（m）分層厚度（m）巖土特征填土1.81-1.951.05.0為砼路面、碎石、碎塊、三合土、混合土、雜填土等組成。1灰黃色粉質(zhì)粘土0.61-0.870.52.5含氧化鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，該層具自上而下漸變軟特征。分布局部。3灰色砂質(zhì)粉土-0.89-2.871.03.0土質(zhì)不均，夾薄層粘性土，局部夾粉砂?；疑倌噘|(zhì)粉質(zhì)粘土-3.19-4.601.02.5土質(zhì)不均，夾粉土，粉砂薄層，局部較多?；疑倌噘|(zhì)粘土-11.19-13.197.09

4、.5夾少量薄層粉土、粉砂，含有機(jī)質(zhì)等。1灰色粉質(zhì)粘土-19.22-20.876.59.0夾有粉土，含有機(jī)質(zhì)、腐植物、鈣結(jié)核。暗綠-黃色粉質(zhì)粘土-23.98-27.414.07.3含氧化鐵斑點(diǎn)，下部夾粉土。1灰黃色砂質(zhì)粉土-26.92-30.322.04.9土質(zhì)不均，夾薄層粘性土，局部為粉砂。2黃灰色粉砂-31.52-34.462.05.9土質(zhì)不均，夾少量粘性土，局部為砂質(zhì)粉土。1灰色粉質(zhì)粘土-39.91-42.066.79.2含有機(jī)質(zhì)，局部為粘土，夾薄層粉土。2灰色粉質(zhì)粘土粉砂互層-53.05-56.9212.515.5土質(zhì)不均，粉土，粉砂薄層、為千層餅狀。1灰色粉細(xì)砂-76.09-78.56

5、2124.3夾薄層粘性土，局部較多。2灰色含礫中粗砂-83.39-83.996.57.3土質(zhì)不均，礫石含量為524%，圓狀，一般礫徑為25，較大者可達(dá)10，中部、下部增大增多，并夾薄層粘性土。褐灰色粉質(zhì)粘土未鉆穿未鉆穿含有機(jī)質(zhì)，少量腐植物，鈣結(jié)核，夾薄層粉砂，下部土質(zhì)相對(duì)較軟。四、設(shè)計(jì)方案修改原中環(huán)線高架設(shè)計(jì)方案采用多樁基礎(chǔ)，其中鐵道箱涵兩側(cè)影響塢式結(jié)構(gòu)的Pm33 Pm38承臺(tái)采用79根800鉆孔樁作為樁基，樁布置在擋墻內(nèi)外兩側(cè)。其中內(nèi)側(cè)樁施工將穿過(guò)塢式結(jié)構(gòu)的底板。承臺(tái)則布置在塢式結(jié)構(gòu)的下面，施工中需要將地道原結(jié)構(gòu)打開(kāi)，施工完成后再進(jìn)行修復(fù)。見(jiàn)下圖示意。原設(shè)計(jì)方案剖面示意圖按照該設(shè)計(jì)方案實(shí)施，

6、將產(chǎn)生以下問(wèn)題：1、施工高架下部結(jié)構(gòu)必須先打開(kāi)地道原塢式擋墻結(jié)構(gòu)；在高架橋墩位置的原塢式結(jié)構(gòu)的混凝土板樁必須截?cái)?，?duì)原有結(jié)構(gòu)的完整性造成破壞；開(kāi)挖造成塢式結(jié)構(gòu)底部的土體擾動(dòng)松動(dòng)，會(huì)引起地道結(jié)構(gòu)的變形，危害到結(jié)構(gòu)安全。2、由于承臺(tái)標(biāo)高低于原塢式結(jié)構(gòu)的底板，低于地下水位近6米，施工中必須采取嚴(yán)格的降水措施，必將對(duì)現(xiàn)有的地道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和不均沉降，對(duì)地道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定造成不良的影響，影響到鐵路的正常運(yùn)營(yíng)。3、施工完成后，地道結(jié)構(gòu)修復(fù)面位于新建承臺(tái)上，高架結(jié)構(gòu)的自然沉降必然造成地道結(jié)構(gòu)的不均受力，易在修復(fù)面形成滲漏點(diǎn)，對(duì)地道結(jié)構(gòu)造成損害，影響行車的安全。4、由于地道位置需要保持交通，因此在施工時(shí)進(jìn)行土方開(kāi)

7、挖、基坑支護(hù)的作業(yè)時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)的土方運(yùn)輸組織困難，需要占用2根半車行道，無(wú)法保證正常交通通行的要求。鑒于上述難題，只有采用施工影響小，對(duì)原結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生破壞的方案才能得到有效解決。根據(jù)BT工程的投資、設(shè)計(jì)和施工一體的特點(diǎn)，對(duì)地道塢式結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的高架橋基礎(chǔ)和下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工方案結(jié)合進(jìn)行優(yōu)化。最終，通過(guò)與設(shè)計(jì)單位的研究討論，將在塢式結(jié)構(gòu)的Pm33至Pm38墩的基礎(chǔ)改為2500單樁單柱，取消承臺(tái)，同時(shí)墩位向外側(cè)移動(dòng)，使樁基全部位于非機(jī)動(dòng)車道范圍內(nèi)，避開(kāi)地道塢式結(jié)構(gòu)。見(jiàn)下圖示意。修改后的設(shè)計(jì)主要參數(shù)，樁長(zhǎng)6282米，樁身采用水下C30混凝土，鋼筋主筋為32和28。樁底進(jìn)行注漿加固。實(shí)施設(shè)計(jì)方案剖面示意

8、圖經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)方案的修改，施工高架橋樁基下部結(jié)構(gòu)可基本避免直接損壞原地道塢式結(jié)構(gòu)。由于取消了承臺(tái)，改為單樁單柱，樁的施工質(zhì)量成為高架橋梁施工的關(guān)鍵，如何保證在復(fù)雜環(huán)境下的施工質(zhì)量，成為工程實(shí)施的主要控制關(guān)鍵。五、2500樁基施工工藝：經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)修改后，施工中主要的控制關(guān)鍵為在現(xiàn)在的施工場(chǎng)地條件下，保證2500樁基的施工質(zhì)量、減少對(duì)現(xiàn)有地道塢式結(jié)構(gòu)的影響?？紤]到2500鉆孔樁的特殊性和重要性，對(duì)施工中的特殊施工工藝要求進(jìn)行嚴(yán)格控制，主要控制在1、施工順序的選擇由于2500直徑的鉆孔灌注樁在上海地區(qū)少有陸上作業(yè)的先例，同時(shí)考慮到地道兩側(cè)的復(fù)雜環(huán)境，施工時(shí)先選擇離鐵路箱涵遠(yuǎn)的Pm33和Pm38墩進(jìn)行，在取

9、得施工實(shí)際數(shù)據(jù)后再施工Pm34和Pm37墩，最后施工鐵路箱涵兩側(cè)的Pm35和Pm36墩。2、護(hù)筒埋設(shè)由于2500鉆孔灌注樁緊貼施工地道塢式結(jié)構(gòu)的混凝土板樁，同時(shí)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，淺層土中填土達(dá)到5米厚度、3層為砂質(zhì)粉土，對(duì)泥漿護(hù)壁不利，為確保成孔時(shí)的護(hù)壁效果，防止產(chǎn)生過(guò)大的土體變形和塌孔情況，在Pm33和Pm38墩先將鋼護(hù)筒設(shè)置長(zhǎng)度設(shè)定為8米，根據(jù)實(shí)施效果再進(jìn)行分析，確定最終鋼護(hù)筒的長(zhǎng)度。鋼護(hù)筒直徑采用采用2700，制作采用20厚度的235材質(zhì)，為解決運(yùn)輸?shù)睦щy，工廠制成2700mm×4000mm管段。為防止變形，內(nèi)用75×75×8角鋼上下兩道“米”形加固。端口作好割

10、口，為現(xiàn)場(chǎng)拼接作好準(zhǔn)備。管段進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，拼接制成符合工程要求的護(hù)套管樁。鋼護(hù)筒分兩節(jié)采用振動(dòng)錘沉入，保證地道結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)樁身上部由鋼護(hù)筒圍護(hù)。為克服沉入時(shí)的阻力，減小對(duì)地道結(jié)構(gòu)的影響，護(hù)筒沉入采用振挖法。為避免埋設(shè)施工中護(hù)筒變形，在護(hù)筒的上下段加設(shè)加強(qiáng)箍，保證護(hù)筒的剛度。3、泥漿循環(huán)系統(tǒng)根據(jù)施工的作業(yè)環(huán)境、單樁參數(shù)要求及施工工藝特點(diǎn)，泥漿池的容量定在500 m3左右，每根樁成孔時(shí)有200m3左右的泥渣需場(chǎng)地堆放。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件，在非機(jī)動(dòng)車道上每根樁用磚砌一個(gè)200m3的泥漿池，緊靠在鉆孔區(qū)域，作為泥漿循環(huán)池和泥渣沉淀池。另外在交通路和真北路的四個(gè)角分別在人行道上磚砌四個(gè)500 m3的廢漿池，以滿足鉆

11、孔時(shí)泥漿循環(huán)要求和灌樁時(shí)的泥漿排放要求。4、成孔施工由于2500鉆孔樁直徑大，施工場(chǎng)地狹小，地面交通繁忙。因此成孔工藝難度相當(dāng)大，為保證施工效果，減小成孔過(guò)程中對(duì)地道板樁的影響，在機(jī)械選擇、泥漿制備、成孔工藝等進(jìn)行優(yōu)化，保證成孔過(guò)程中護(hù)壁穩(wěn)定，樁孔尺寸符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。成孔機(jī)械采用大扭矩回轉(zhuǎn)工程鉆機(jī)、大通徑、高強(qiáng)度氣舉鉆桿，鉆頭采用新型防斜梳齒鉆頭?？捎行ПＷC鉆進(jìn)過(guò)程中的穩(wěn)定性和鉆孔的垂直精度?？紤]到鉆孔樁直徑大，護(hù)壁要求高，泥漿采用優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土人工制漿，并適量添加一定的Na2CO3、CMC和聚丙烯酰胺等外加劑，來(lái)改善粘土水化分散性能，降低泥漿失水量。施工時(shí)應(yīng)注意控制泥漿比重、粘度、含砂率

12、、酸堿度等指標(biāo)，以確保成孔鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)泥漿比重控制在1.101.25、粘度1825S、含砂率小于4%、PH值810的技術(shù)指標(biāo)。成孔采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，及時(shí)排渣保證孔壁穩(wěn)定，減少沉渣厚度，利于清孔作業(yè)，減少作業(yè)時(shí)間。5、鋼筋籠制作和安裝本工程鋼筋籠制作采用卡板成型預(yù)拼法分段制作，用1620mm厚的鋼板制成兩塊弧形卡板（其弧面直徑為鋼筋籠主筋外徑），卡板按加強(qiáng)筋間距依次設(shè)置，按主筋位置在卡座上作出支托主筋的半圓形槽（槽深等于主筋半徑，槽與槽中心距為主筋中心距）。幾塊卡板位置用經(jīng)緯儀控制布設(shè)，使卡板弧面中心沿鋼籠縱向方向在一條線上，卡板面與鋼籠縱向中心線保持垂直，然后用水準(zhǔn)儀將對(duì)卡板的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)平，最

13、后把幾塊卡板位置予以固定。鋼筋連接采用直螺紋連接，鋼筋制作前先把螺紋車好，用磨光機(jī)磨去毛刺，然后用膠套擰上，對(duì)螺紋加以保護(hù)。鋼筋籠制作時(shí)，先將幾根主筋放入卡板弧內(nèi)固定（有兩層主筋時(shí)，先放外層主筋），相鄰主筋端部按要求錯(cuò)開(kāi)相應(yīng)距離。再將加強(qiáng)筋（加三角內(nèi)撐）焊在擺置好的主筋上，加強(qiáng)筋的位置和垂直度用兩把鋼卷尺進(jìn)行放置與控制。每節(jié)鋼筋籠都在臺(tái)座上進(jìn)行預(yù)拼裝，保證上下兩節(jié)鋼筋籠能在孔口順利對(duì)接。預(yù)拼裝完成后應(yīng)在每節(jié)鋼筋籠上選取一根主筋，作好標(biāo)記，作為對(duì)接時(shí)的起始鋼筋。將鋼筋籠吊離卡板時(shí)，將加工好的聲測(cè)管安置于鋼筋籠內(nèi)，并在鋼籠的頂部和尾部各設(shè)四個(gè)吊點(diǎn)（加強(qiáng)），作為吊車起吊時(shí)主鉤與輔鉤的起重點(diǎn)。鋼筋籠在

14、吊運(yùn)過(guò)程中，由于其在縱向抗彎能力較差，必要時(shí)在籠內(nèi)加支撐，以提高籠的剛性。鋼筋籠運(yùn)輸過(guò)程中要注意進(jìn)行限位卡進(jìn)行卡位，防止鋼筋籠在車上進(jìn)行滾動(dòng)。當(dāng)最后一個(gè)加強(qiáng)筋下至孔口時(shí)，用四只15噸的手拉葫蘆對(duì)稱吊掛在孔口的反拉架上，將籠臨時(shí)吊于孔口。用同樣方法吊起其上一節(jié)鋼筋籠，當(dāng)上下兩節(jié)籠在同一鉛錘線上時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)上節(jié)鋼筋籠，以使兩節(jié)籠的主筋對(duì)正，先焊接好聲測(cè)管，主筋接頭采用套筒絲扣連接。連接好所有接頭后，纏繞上螺旋筋。吊起鋼筋籠，取掉四個(gè)手拉葫蘆，然后緩緩勻速下入孔內(nèi)，邊下鋼筋籠邊裝上保護(hù)塊。用同樣方法直到最后一節(jié)鋼筋籠下入孔內(nèi)。在確保籠頂設(shè)計(jì)標(biāo)高位置后，選均布的六根籠頂主筋與護(hù)筒內(nèi)壁焊接牢固。6、水下砼澆

15、搗由于初灌量大于11立方，因此使用特制鋼漏斗進(jìn)行下料，制備一個(gè)12立方的儲(chǔ)料斗和一個(gè)2立方的灌注斗?；炷吝M(jìn)行連續(xù)澆搗，混凝土坍落度控制在1723cm；混凝土在拌制過(guò)程中應(yīng)加入緩凝劑，控制混凝土的初凝時(shí)間不小于16小時(shí)；導(dǎo)管埋深的大小對(duì)灌注質(zhì)量影響很大,根據(jù)水下砼流動(dòng)擴(kuò)散規(guī)律，埋深過(guò)小，往往會(huì)使管外砼面上的浮漿沉渣挾裹卷入砼內(nèi)，形成夾層；埋深過(guò)大，導(dǎo)管底口的超壓力減小，管內(nèi)砼不易流出，容易產(chǎn)生堵管，并給導(dǎo)管的起升帶來(lái)困難。所以，保持合適的導(dǎo)管埋深，對(duì)水下砼灌注是非常重要的。導(dǎo)管最小埋深不低于2米，導(dǎo)管最大埋深不超過(guò)10米。7、樁底注漿措施為控制大直徑單樁的工后沉降，減少在鉆孔灌注樁施工完成后進(jìn)

16、行樁底注漿。漿液由水、水泥、緩凝劑等組成，試配漿液比重：1718KN/m3，水灰比0.450.6。要求注漿時(shí)間短于初凝時(shí)間。注漿管道與超聲波管道相結(jié)合，采用60無(wú)縫鋼管。鉆孔樁水下砼澆筑后2448小時(shí)內(nèi)用壓力水從注漿管中壓入。一般在25Mpa時(shí)橡皮裂開(kāi)。壓力注漿按每次的注漿量通過(guò)注漿管依次循環(huán)壓注，每根管共循環(huán)二次。并每完成一次應(yīng)均勻減壓，防止壓力漿倒流堵塞注漿孔。注漿液強(qiáng)度:7天抗壓強(qiáng)度不小于8Mpa，28天抗壓強(qiáng)度不小于C30。每次終止壓漿標(biāo)準(zhǔn)：.每次壓漿量達(dá)到1000升；.注漿壓力達(dá)到8Mpa穩(wěn)壓10分鐘。達(dá)到以上數(shù)值之一時(shí)即終止本次壓漿，移至下一管道進(jìn)行壓漿。樁底終止循環(huán)壓漿標(biāo)準(zhǔn)：.總壓漿量達(dá)到8000升；.所有管道壓漿壓力均達(dá)到8Mpa；.樁體總上浮15mm，達(dá)到三者任一數(shù)值則壓漿全部結(jié)束。8、其他措施為集中資源進(jìn)行施工，縮短施工作業(yè)時(shí)間，施工中占用2車道，采取一側(cè)施工，一側(cè)開(kāi)放交通的措施，保證機(jī)具集中使用集中管理，施工中起重機(jī)械、混凝土運(yùn)輸車都在地道內(nèi)通行，減少地道塢式結(jié)構(gòu)的堆載。六、效果和結(jié)論：通過(guò)修改設(shè)計(jì)方案，避免了高架橋下部結(jié)構(gòu)施工對(duì)地道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極大危害的結(jié)果。整個(gè)施工過(guò)程中，地道塢式結(jié)構(gòu)未發(fā)生大的沉降和變形。保證了滬寧鐵路正常的通車。由于施工未對(duì)地道結(jié)構(gòu)損害，為后期地道結(jié)構(gòu)的修繕提供了較好的條件。通過(guò)在中環(huán)線重大工程中對(duì)大直徑2500鉆孔灌注樁