王立新,李鯤鵬

(天津華北地質(zhì)勘查局,天津 300181)

蘇丹尼羅河水上鉆孔灌注樁快速定位及施工技術(shù)

王立新,李鯤鵬

(天津華北地質(zhì)勘查局,天津 300181)

在蘇丹尼羅河上進(jìn)行鉆孔灌注樁施工時(shí),采用無(wú)動(dòng)力長(zhǎng)方體浮箱做為施工平臺(tái),達(dá)到了低造價(jià)、短工期的目的。介紹了浮箱施工措施和快速定位方法,以及灌注樁設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。

水上鉆孔灌注樁;浮箱;施工平臺(tái);快速定位

隨著蘇丹經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,近幾年有數(shù)座橋梁在其境內(nèi)的尼羅河上興建,其必然涉及到在水上橋墩基礎(chǔ)的施工,由此就出現(xiàn)了如何更加便捷、經(jīng)濟(jì)地將鉆孔機(jī)械固定、施工,在保證施工要求前提下達(dá)到低造價(jià)、短工期的目的。

1 工程概況

該工程位于蘇丹東部 Shendy市境內(nèi)的一座跨尼羅河大橋,橋梁為 10跨 11個(gè)水中橋墩的鋼筋混凝土橋,單跨間距 45 m,橋面寬度 21 m,總橋長(zhǎng) 580 m。該處河面寬度 420 m,水深 318～418 m,流速約3 m/s,除緊鄰河兩岸的兩個(gè)橋墩采用圍堰施工外,其余 9個(gè)均為水上施工。樁基施工時(shí)間自 2007年11月開(kāi)始,2008年 6月結(jié)束。

項(xiàng)目為蘇丹大壩管理委員會(huì) (DAM IMPLE2 MENTAT ION UN ION)發(fā)包,由埃及 COAC/PETROHELP公司設(shè)計(jì)及施工,ENG INEER/DAR CONSULT公司監(jiān)理,橋墩采用每跨 3個(gè)橋墩坐在一個(gè)群樁(10根基礎(chǔ)樁)承臺(tái)上。

2 地質(zhì)條件概況

1～16 m地層均為不穩(wěn)定砂層,加上在水下施工地層穩(wěn)定性更差,需要較長(zhǎng)護(hù)筒跟進(jìn)施工,具體地質(zhì)情況如表 1所示。

表 1 場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)情況一覽表

3 樁基施工

3.1 樁基設(shè)計(jì)

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁,有效樁長(zhǎng) 42 m,樁徑 1200 mm,端承摩擦樁,設(shè)計(jì)單樁豎向承載力 345 kN,鋼筋籠全鉆孔通長(zhǎng)配置,鋼筋籠內(nèi)徑 1000 mm,主筋 “25 mm雙排布置,箍筋 “12 mm,20 cm等間距螺旋布置,混凝土強(qiáng)度等級(jí) C35,每個(gè)承臺(tái)下由 10根樁梅花形布置,平行水流方向 3+4+3顆,共有110根,其中圍堰施工 20根,水上施工 90根。

3.2 樁基設(shè)備選型

采用北京三一重機(jī)有限公司生產(chǎn)的 SR220型旋挖鉆機(jī) (約 70 t)施工,水上無(wú)動(dòng)力長(zhǎng)方體浮箱做為施工平臺(tái),50 t履帶吊車配合的施工方案。

3.3 施工前準(zhǔn)備

(1)用于承載鉆孔設(shè)備的浮箱一個(gè),最好使用長(zhǎng)方體浮箱,其穩(wěn)定性要好于下收口的船體形狀浮箱,考慮鉆孔設(shè)備自重,要求浮箱承載能力≮400 t,最后選用尺寸為 25 m(長(zhǎng))×12 m(寬)×2 m(高)的無(wú)動(dòng)力浮箱一個(gè)。

(2)50 t履帶吊車一臺(tái)固定在一個(gè)長(zhǎng)方體無(wú)動(dòng)力浮箱上,其承載能力≮300 t。

(3)有動(dòng)力拖船一艘,用于浮箱的移動(dòng)。

(4)12 m3的立方體泥漿罐 3個(gè) (每個(gè)泥漿罐底部留有活口,用以清除沉渣并配有 3個(gè)泥漿泵),用于泥漿貯存、循環(huán)及起到部分配重作用,如鉆孔時(shí)其中一罐泥漿已經(jīng)打入孔內(nèi),立即用河水補(bǔ)給該泥漿罐,其他依此類推,回收泥漿時(shí)先將其中一罐河水放出,待重新放滿泥漿的同時(shí),釋放另一泥漿罐里的河水,這樣就使泥漿配重只在 12 t左右范圍內(nèi)變動(dòng),不影響浮箱的平穩(wěn)。

(5)1 m3混凝土配重塊 10個(gè),放在尾部?jī)啥?總配重 (泥漿罐 +混凝土塊 +發(fā)電機(jī)等)原則小于鉆機(jī)質(zhì)量 10 t左右,使不工作時(shí)浮箱稍有前傾 3°～5°,達(dá)到鉆機(jī)加壓鉆進(jìn)時(shí)浮箱恰好水平。

(6)發(fā)電機(jī)及電焊機(jī)等生產(chǎn)所需設(shè)備。

(7)護(hù)筒 90個(gè),壁厚 12 mm,每個(gè)分 3節(jié),首節(jié)9 m,根據(jù)水深總長(zhǎng)為 2018～2118 m不等。

3.4 施工方案

3.4.1 浮箱施工措施及定位

(1)將浮箱長(zhǎng)邊平行水流方向放置,鉆機(jī)固定在逆水方向短邊的中間位置,鉆機(jī)在浮箱平臺(tái)上的位置始終固定不動(dòng),只移動(dòng)浮箱達(dá)到變換樁位的目的。

(2)在浮箱上面逆水方向的 2個(gè)前角位置固定2個(gè)鋼絲繩卷?yè)P(yáng)滾輪 (手動(dòng)操作即可),鋼絲繩的另一端固定在 2個(gè)重力錨上面,使浮箱在水流的作用下平衡,通過(guò)操縱卷?yè)P(yáng)可以在一定范圍內(nèi)改變浮箱的水平位置,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)每側(cè)重力錨的質(zhì)量 >3 t即可。

(3)在浮箱側(cè)面長(zhǎng)邊上距離各轉(zhuǎn)角 2 m的 4個(gè)位置豎向焊上 4個(gè)鋼管箍,浮箱位置確定后用 4根鋼管通過(guò)管箍垂直插入河底,鋼管直徑 >250 mm,以減小鉆機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)浮箱的左右平移量。

(4)在浮箱平臺(tái)鉆機(jī)位置前端制作工作平臺(tái),用于下設(shè)鋼筋和混凝土灌注,內(nèi)圈尺寸大于護(hù)筒外邊 10 cm左右,兩側(cè)施工操作面寬度≮1 m。

(5)浮箱定位

①鉆機(jī)自行上浮箱就位,移動(dòng)時(shí)為保證浮箱平衡鉆機(jī)務(wù)必停在浮箱中心位置,先用動(dòng)力拖船將浮箱拖至大概樁位位置;

②在浮箱最前端工作平臺(tái)上拉十字線,十字中心與護(hù)筒中心重合,此時(shí)在岸邊用全站儀配合,使十字中心與擬打樁中心位置偏差≯50 cm;

③用履帶吊車將平臺(tái)前端的重力錨投入河底,拉線與浮箱成 45°夾角,收緊鋼絲繩,先保證浮箱的初步穩(wěn)定;

④移走拖船,通過(guò)操作手動(dòng)卷?yè)P(yáng)進(jìn)行位置再調(diào)整 (因?yàn)橹亓﹀^與浮箱斜線拉設(shè),可以通過(guò)調(diào)整鉆機(jī)兩側(cè)手動(dòng)卷?yè)P(yáng)的方式達(dá)到浮箱在小范圍內(nèi)前后、左右平移的目的,使浮箱準(zhǔn)確就位),使操作平臺(tái)十字線與樁位初步重合 (偏差≯10 cm);

⑤裝載尾部混凝土配重及泥漿罐、鉆頭、發(fā)電機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備,裝載時(shí)盡量做到左右對(duì)稱,同時(shí)將鉆機(jī)開(kāi)到前端位置就位;

⑥落下尾部 2個(gè)重力錨,但鋼絲繩不必收緊,待護(hù)筒下設(shè)并調(diào)整偏差符合要求后收緊 (在這時(shí)沒(méi)有鉆進(jìn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力,所以浮箱不會(huì)發(fā)生左右偏移)。至此,浮箱定位基本結(jié)束。

3.4.2 護(hù)筒精確定位

浮箱平臺(tái)初步定位后,先確定鉆機(jī)位置,調(diào)整好鉆機(jī)垂直度,然后用鉆機(jī)安裝上專用護(hù)筒套卡 (導(dǎo)正器)將第一節(jié)護(hù)筒提到指定位置,第一節(jié)護(hù)筒長(zhǎng)度≮9 m,將護(hù)筒靠鉆機(jī)一側(cè)的側(cè)壁貼到浮箱側(cè)面鋼板,使鉆機(jī)套卡側(cè)壁與浮箱側(cè)壁兩點(diǎn)一線,避免護(hù)筒底部受水流影響向平臺(tái)側(cè)偏移,懸掛后用遠(yuǎn)處全站儀校核護(hù)筒是否偏差,如無(wú)偏差用鉆機(jī)將其壓入河床 015 m,再次校核護(hù)筒垂直度及中心位置,如有偏差較大,將護(hù)筒重新提起,通過(guò)操作手動(dòng)卷?yè)P(yáng)來(lái)移動(dòng)浮箱重新定位,如偏差較小,通過(guò)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)護(hù)筒來(lái)微調(diào)相關(guān)參數(shù),待最后定位滿足要求誤差范圍后,將 4根固定鋼管落入河底,后面 2個(gè)固定重力錨卷?yè)P(yáng)收緊,準(zhǔn)備開(kāi)始鉆進(jìn)成孔。

注意事項(xiàng):

(1)嚴(yán)格控制護(hù)筒壁厚,絕對(duì)不能小于 12 mm,因?yàn)橄略O(shè)過(guò)程必須加力旋擰,護(hù)筒強(qiáng)度不夠極易變形。

(2)護(hù)筒下設(shè)時(shí)要用全站儀全過(guò)程跟蹤糾偏,保證全過(guò)程傾斜度≯1%,如偏差過(guò)大,當(dāng)鉆進(jìn)穿過(guò)護(hù)筒底后,極易造成卡鉆事故。

(3)焊接時(shí)必須嚴(yán)格檢查焊接質(zhì)量,否則護(hù)筒下設(shè)過(guò)程中在地下開(kāi)焊斷開(kāi)無(wú)法補(bǔ)救。

3.4.3 鉆進(jìn)成孔

由于此工程護(hù)筒不能一次下到穩(wěn)定層 (河床下16 m),需分 3次下設(shè),即在 16 m之前是邊下護(hù)筒邊成孔。

注意事項(xiàng):

(1)開(kāi)始進(jìn)尺到 1 m后,抽出護(hù)筒內(nèi)河水,注入已調(diào)配好的泥漿,密度 112～113 kg/L。

(2)16 m以淺土質(zhì)松散,采用有泄水孔平底筒鉆鉆頭施工,緩慢提鉆,避免因孔側(cè)土體瞬時(shí)泄壓造成坍塌。

(3)在到達(dá) 16～17 m時(shí),該地層為較硬泥巖夾層,且具有 30°～35°斜面,為保證鉆進(jìn)的垂直度,該層必須使用平底筒鉆鉆頭緩慢鉆進(jìn),盡量不加壓,用自重壓力即可,如果用螺旋鉆鉆頭在硬、滑的泥巖斜面鉆進(jìn)極易造成斜孔。

(4)到 18 m以深粉質(zhì)粘土層要控制一次鉆進(jìn)量,少進(jìn)尺,勤提鉆,勿要貪多,避免一次進(jìn)尺過(guò)大造成滯鉆。

3.4.4 鋼筋籠及導(dǎo)管下設(shè)

鉆孔完成后,鉆機(jī)即可停止作業(yè),固定在另一個(gè)浮箱上的履帶吊車配合將備好的鋼筋籠分次下入孔中 (鋼筋籠分 4次下設(shè),每次 10 m),然后按順序?qū)ⅰ?00 mm混凝土導(dǎo)管下入孔內(nèi),下導(dǎo)管前提前提報(bào)混凝土使用計(jì)劃。

3.4.5 灌注混凝土

灌注混凝土是采用高壓泵車停在就近的岸邊,通過(guò)架在浮橋上的泵管直接將混凝土泵到相應(yīng)的鉆孔位置,連續(xù)灌注一次成功。

注意事項(xiàng):灌注前一定測(cè)定混凝土塌落度,要求在 18～19 cm,粗骨料最好選用 2～3 cm的卵石,確?；炷恋牧鲃?dòng)性,避免因?yàn)楸盟途嚯x過(guò)長(zhǎng)造成堵管。

3.4.6 泥漿回收

由于有效樁長(zhǎng) 42 m,泥漿用量極大 (約 52 m3/樁),考慮泥漿成本很高及對(duì)尼羅河水的污染,泥漿必須回收,回收辦法為:在護(hù)筒上口焊接簡(jiǎn)易斜槽(最終護(hù)筒頂面距浮箱上表面 1 m,具備自流條件),在浮箱靠護(hù)筒位置安裝容積泥漿回收槽,槽內(nèi)下設(shè)泥漿泵,直接將周轉(zhuǎn)槽內(nèi)的回收泥漿泵入已經(jīng)放干河水的泥漿罐內(nèi),第一個(gè)泥漿罐放滿后,再放干第二個(gè)泥漿罐的河水,直到孔中溢流出的泥漿含泥量符合要求后,可以不再回收,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理同意后直接排入河中。

注意事項(xiàng):下次使用泥漿前務(wù)必重新測(cè)定泥漿密度,控制在 112～113 kg/L之間。

3.4.7 浮箱再移位

前一根樁灌注結(jié)束后,用履帶吊車提起固定鋼管,用鋼插銷固定于管箍上,此時(shí)可以直接通過(guò)操作手動(dòng)卷?yè)P(yáng)達(dá)到平移浮箱平臺(tái)目的,定位步驟同第一根樁定位相同,待 3根樁完成后即可將已完成樁作為錨樁,順序施工。

4 施工效果及體會(huì)

通過(guò)本工程的實(shí)際工作,每次移位時(shí)間一般在2～3 h,基本不額外占用施工時(shí)間,雖然每次提鉆或加壓旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)鉆機(jī)位置會(huì)有 35～45 cm的上下浮動(dòng)量,在旋擰鉆桿時(shí)浮箱尾部有少量的擺動(dòng),但實(shí)踐證明該浮動(dòng)量對(duì)成樁質(zhì)量及效率不構(gòu)成影響。

總之,通過(guò)該次施工與以前相比大大提高了工作效率,很大程度降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,大大減少了施工成本,可以認(rèn)為是便捷、低廉、高效、安全可行的施工方法,該工程的按期、保質(zhì)完成也為我公司在蘇丹的樁基施工市場(chǎng)中積累了更多的成功水上施工經(jīng)驗(yàn),擴(kuò)大了在當(dāng)?shù)氐挠绊?為將來(lái)在當(dāng)?shù)貥痘袌?chǎng)中占領(lǐng)更大份額打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 張忠亭.鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

[2] 中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司.巖土工程施工方法[M].遼寧:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1990.

[3] 楊克己.實(shí)用樁基工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

[4] 劉瑞臣,宋小軍.水上鉆孔灌注樁護(hù)筒底穿的預(yù)防及處理[J].探礦工程,2003,(2).

Rapid Position ing and Construction Technology for Above-water Bored Cast-in-place Pile in the Nile of Sudan

WANG Li-xin,LI Kun-peng(Tianjin North China Geological Exploration Bureau,Tianjin 300181,China)

Unpowered rectangular floating pontoon was taken as construction platform while constructing the bored cast-in-place pile in theNile of Sudan,low cost and short construction periodwere achieved.The paper introduced the construction of floating pontoon and the design&construction technology for bored cast-in-place pile.

above-water bored cast-in-place pile;floating pontoon;construction platfor m;rapid positioning

U443.15+4

A

1672-7428(2010)01-0057-03

2009-08-31

王立新 (1974-),男 (漢族),黑龍江齊齊哈爾人,天津華北地質(zhì)勘查局工程師,巖土工程專業(yè),從事地質(zhì)工程及海外巖土項(xiàng)目的綜合管理工作,天津市河?xùn)|區(qū)津塘路 99號(hào)。