跨海桥梁钻孔灌注桩施工特点.doc

跨海桥梁钻孔灌注桩施工特点前 言改革开放和国民经济持续增长促进了沿海地区交通建设快速发展，随着公路、港口的建设和对沿海岛屿的开发，不少跨海大桥相继建成，目前开工在建的还有数座，正在计划筹建中的数量更多。从发展趋势看将来要建的跨海大桥越来越多，而且规模越来越大，技术上也越来越复杂。由于海域气象多变，大风巨浪，潮起潮落，环境的恶劣确实给跨海桥梁增加了不少施工难度，作为桥梁的基础即是全桥的关键工程，又最先开工，因此施工中常常遇到不少新的困难和问题，其中作为桥梁常用基础之一的钻孔灌注桩在施工中就发现一些特殊问题，本文根据已建成和在建的几座跨海大桥钻孔桩施工经验和教训来探讨海上钻孔灌注桩施工一些特点。一、 施工平台在水中进行钻孔桩施工，首先要把水中施工变为陆地施工。在浅水中常用筑岛或围堰，在深水中最常用的是施工平台。而且海上由于风大浪急加上潮汐影响多采用固定式施工平台。根据几座跨海大桥钻孔桩施工情况看，海上施工平台有以下几个特点：1、平台高度都是根据施工期间最高水位来决定，内河虽然有洪水，但可选择施工时间避过洪水期。海上因有潮汐，而潮差都相差大，以东海为例年最大潮差就有 4.95米，还要考虑波浪的影响，因此海上施工平台一般都比较高。底潮位时往往露出水面810米。2、施工平台设计时除考虑施工荷载外，还要考虑风力、波浪和水流的冲击力。由于海上的这些水平荷载很大，平台除具有足够的强度抵抗施工的静动荷载外还要有抵抗水平荷载的刚度，因此海上平台支承桩多用1.01.5壁厚1220mm的钢管桩作为支承桩。在深覆盖层中一般都打入足够深度，当覆盖层较浅时支承桩往往还要设法打入岩层一定的深度，以满足受力的需要。海上施工平台所承受的水平力很大，对平台的整体性和稳定性要求也相当高，因此支承桩之间的横向联结都很强。一般的施工平台多用两层横向联结，抢在最低潮位时焊接，以减小钢管桩的悬臂长度；而深水平台在水下还设有横向联结，这种联结在打支承桩之前即定位沉设在海底，支承桩通过导管架后再打入覆盖层，这种联结对增加平台稳定十分有效。位于覆盖层较浅的平台，为了增加稳定性还设专门的锚锭系统，效果也很理想。3、海上施工使用的机械设备多，离岸又远，平台上除钻机、起重机械和泥浆循环设备外，还有发电机及储存油料和储备淡水的设备。另外由于风浪的原因，交通运输时常中断，因此还要有储备材料以及施工人员休息和生活设施等，因此海上施工平台面积都比较大。由于海上特殊环境使海上施工平台不论在高度方面还是面积上一般比内河深水施工平台要大些，而在结构断面上也要强些。二、 护筒的问题在水中施工的护筒其顶面应高出最高施工水位1.52.0米，而在海上施工由于高潮位和波浪的影响比较大，因此护筒顶面高程相当高。另外护筒埋置深度，除根据地质情况确定外，海上由于受潮汐影响，护筒内外水位差在不断变化，并受涨潮退潮的冲击，长期在动水压力作用下，护筒埋深不够很容易造成内外贯通、漏浆，有时还造成塌孔，影响正常施工。从几座跨海大桥的施工情况来看，由于护筒底部出现问题，造成漏浆、内外贯通等现象比较普遍。以目前在建的一座跨海大桥为例，该桥有部分基础为钻孔灌注桩，其中一段位于覆盖层较厚的位置，钻孔之前都将钢护筒打入覆盖层下1922米并已进入稳定土层56 米，在钻孔过程中还是发生不少漏浆和内外串通的现象。为此也采用不少方法进行处理，有些效果较好，如发现漏浆即停止钻进，将钻头提出并将钻孔回填至护筒底，然后向孔内投水泥并用钻机进行搅拌。这样漏出去的泥浆由水泥作用可将原来缝隙和空洞封住。再一种方法将护筒接长，重新使用振动锤将护筒继续向下震以加深护筒埋深。有时加深一次解不行再加第二次，个别的护筒加深三次才能解决问题。还有一部分钻孔桩位于覆盖层较浅的地段，由于护筒打不进岩石，在钻孔时经常发生漏浆。后来每当钻到岩面即停止钻进，然后将孔底清理干净用导管灌注35m的水泥砂浆。等沙浆到一定强度在砂浆面重新钻孔。用砂浆加固护筒与岩石的接缝。据资料介绍，海沧大桥在施工中也常遇到钢护筒底部漏浆、贯通或塌孔事故。后来也是将护筒打入较深的黏土层中才解决问题。遇有稍差土层还要加深。另外，对覆盖层较浅的钻孔则采用先将护筒震动下沉至岩面，然后用冲击钻在护筒内冲孔。当冲到一定深度后再将护筒震动下沉至岩层中，这样震动、冲击反复进行直到护筒下沉到预计深度为止。从以上的例子可以看出，海上护筒埋设深度因受到潮汐影响比较特殊，每根桩的护筒埋置深度应根据水文地质条件，并考虑到动水压力的影响确定。海上护筒由于水面位以上较长入土又比较深，再加上水中的部分从整个护筒看都很长。从几座跨海大桥钻孔桩施工使用的护筒统计，长度在3050m之间比较多。这样长的护筒下沉偏斜如何控制？这也是一个新的问题。如果按规范允许1%，那将给钻孔施工带来麻烦，有的护筒影响钻机对位，有的连钻机也无法下去。这种情况在几座跨海大桥施工中曾多次碰到，有的不得不使用大的起吊设备将影响钻孔的护筒拔起，重新震沉，而且一边震一边校正；有的护筒偏斜又无大的起重设备，不得不采用水下切割方法将变形部分割去，因此不但浪费了人力物力还耽误了工期。目前已引起有关方的重视。有的跨海大桥在施工之前针对工地情况专门制定护筒下沉有关条文。明文规定护筒底偏离桩的理论中心不得超过200mm。只有严格控制护筒偏斜，才能避免施工中遇到的一些不必要的麻烦。三、 泥浆的问题在海上进行钻孔作业，特别在很厚覆盖层中进行大直径钻孔，泥浆循环至关重要。从几座跨海大桥的钻孔使用的泥浆来看，都使用高质量的泥浆，即用淡水和膨润土作为主要材料进行配制，在钻孔过程中还不断对循环泥浆进行检测，控制几项主要指标，使其符合规范要求。由于海上作业，虽然是淡水泥浆，但在循环过程中，由于不断携带含盐的钻碴，另外孔底及孔壁也不可避免有少量海水渗入，因此，泥浆的含盐量也在不断增加。由于盐能使泥浆中粘土水化和分散作用受抑制，因此会发生不同程度分离沉淀现象。试验数据表明，在淡水泥浆中掺入海水愈多，泥浆的沉淀愈多。当海水加到一定程度后，泥浆中的膨润土和水可以发生分离。为预防这个问题，有效的方法是将泥浆中膨润土比例适当加大。试验数据证明，两种泥浆中的膨润土与水的比例分别为10%和13%，其他成分一样，当分别加入1.5%的海水搅拌，静止24小时后，发现膨润土占13%的泥浆的清水率为7%，基本没有发生什么沉淀，而膨润土含量为10%的泥浆的清水率为32%，已出现明显沉淀现象；还有一种方法可以在泥浆中适量加入聚丙烯酰胺（PAM），目的是增强泥浆稳定性也能减少沉淀的发生。如果施工中不断补充新拌制泥浆，使泥浆中含盐比例保持在低水平，也可有效控制泥浆的沉淀。鉴于泥浆在钻孔施工中的重要性，最好每座桥梁施工前应在试验室进行配比试验并做海水渗入的试验，得出合理的配比后再用于现场施工。目前膨润土品种较多产地不一，其成分也不相同，拌出的泥浆对海水反映也不一样。海上进行钻孔桩施工，每个钻孔成孔后，应注意及时换浆而且要用密度较大质量好的泥浆去置换，使孔内的泥浆具有较好固壁性和良好悬浮能力。因为海上施工不像内河和陆地，施工不定性因素多，并经常遇有大风大浪，无法继续作业。在成孔后不能及时灌注砼的情况下，只有质量良好泥浆才能保证不塌孔，并确保孔底沉渣不致过厚。目前在建的一座跨海大桥在钻孔施工中就有一根桩成孔后因静止时间稍长发生了塌孔事故，后采取补桩的方法进行补救；另有的孔因泥浆质量差，下完钢筋笼之后孔底沉渣已达67米，二次清孔时费了很长时间才达到要求。这方面的教训还是不少的。四、桩身混凝土的灌注海上钻孔灌注桩因抗腐蚀的需要，混凝土配比有的要求按“港口工程技术规范”有关技术要求进行配制，有的则要求按高性能混凝土配制，都要求在水泥中掺入细颗粒的掺合料如粉煤灰、硅粉等，这些掺合料的加入，往往降低了混凝土的和易性，流动性明显变差，这给桩身混凝土灌注增加了困难。再加上海上钻孔桩受到水平荷载又大，钻孔桩上部钢筋设计又密，因此灌注时应特别注意，采取必要措施确保混凝土灌注质量。海上混凝土灌注多数由混凝土拌合船来供应。在每根桩的灌注之前必须对拌合船的机械设备及材料储备情况进行认真检查，以避免灌注过程中，由机械故障或缺少材料，造成中断灌注。如有条件可设备用的拌合设备。结 束 语由已建成和目前在建的几座跨海大桥钻孔灌注桩施工情况看，海洋的潮汐和大风大浪所产生高水位及大的水平力给海上桥梁施工特