洪屋渦大橋樁基礎(chǔ)施工克服潮汐影響的技術(shù)
2017-03-20
1 概述
洪屋渦大橋地處沿海地區(qū)，上跨洪屋渦水道，主橋部分位于R＝1500m的圓曲線上，部分邊跨位于R＝1100m的緩和曲線上，引橋位于R＝1100m的圓曲線和緩和曲線上，主橋（106+182+106）為連續(xù)剛構(gòu)，引橋上部采用預應(yīng)力混凝土T梁；下部結(jié)構(gòu)主墩采用薄壁墩，引橋采用雙柱式橋墩；基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。高速公路標準，雙向八車道，橋?qū)?×19.85米，通航河道施工。
本橋地處珠江三角洲平原區(qū)，地形平坦，主要經(jīng)過洪屋渦水道及蕉園。橋址上覆第四系人工填筑土、全新統(tǒng)海陸交互相沉積層（淤泥、淤泥質(zhì)土、沙層）、第四系下更新統(tǒng)河流沖洪積相沉積層（粉質(zhì)粘土、沙層），第四系殘積層（粉質(zhì)粘土）、下伏基巖為下第三系泥巖、泥灰?guī)r。不良地質(zhì)為液化土<2－5>粉細砂。液化砂土層<2－5>層分部于大里程一側(cè)，厚4～5m，埋深一般約為3～7m。特殊巖土為軟土（<2－2>），<2－2>層埋深一般約為0～10m，厚度5～17m，對樁周摩阻力有較大影響。橋區(qū)覆蓋層一般厚18～25m；厚薄不均，全風化基巖層缺失，強風化基巖4～8m，弱風化基巖埋深24～27m；基巖風化層遇水易軟化，基底為緩傾斜巖層，基底穩(wěn)定。
橋址區(qū)域基本上一年四季都會發(fā)生較大的風速，受珠江潮汐的影響，每天有3～4m的波動。潮汐屬于不正規(guī)半日混合潮，漲潮和落潮歷時不等，平均潮差為2.5m。其水上灌注樁施工質(zhì)量除受地質(zhì)因素影響外，還受風速、水流、潮汐的影響，而潮汐對施工的影響尤其嚴重。其潮汐變化高差給水上樁基施工帶來極大的破壞力，如果采取處理措施不適當，施工過程中容易發(fā)生錨繩斷裂、鋼護筒沖歪、鉆孔漏漿塌孔等事故，嚴重影響工程質(zhì)量和經(jīng)濟效益。為保證洪屋渦大橋灌注樁施工質(zhì)量，現(xiàn)就如何處理潮汐給施工帶來的影響進行分析與討論，并提出其解決方法。
2 潮汐對施工準備的影響
洪屋渦大橋水上灌注樁施工準備工作包括水上施工平臺的安裝、定位、插打鋼護筒。其中潮汐對施工平臺、鋼護筒影響較大，因此，施工準備過程中對施工平臺的平穩(wěn)控制和插打鋼護筒要求較嚴。
2.1 水上施工平臺的平穩(wěn)控制
水上施工平臺一般由浮箱、拼裝船與固定、活動梁聯(lián)結(jié)而成，當潮汐變化大、流速超過2m/s時，水上施工平臺的橫向平衡措施已不能滿足穩(wěn)定要求，自備的錨重量不夠，必須增加大錨，防止走錨，并且在施工平臺的豎向（流水方向）增加錨重以防潮汐影響施工平臺的平衡和穩(wěn)定。
2.2 鋼護筒的插打
插打鋼護筒時，應(yīng)控制好護筒埋設(shè)的頂端和底端深度?？刂谱o筒頂端高度的目的是為了提高孔內(nèi)水位，形成水頭(孔內(nèi)與潮水位之差)，保持孔壁穩(wěn)定。護筒的頂端應(yīng)高出漲潮時的最高水位1.5~2.0m以上，并采取穩(wěn)定護筒水頭的措施。防止水頭波動過大，影響孔壁完整；控制護筒底端埋設(shè)深度主要是防止護筒內(nèi)水位較高時，護筒腳出現(xiàn)冒水，同時防止在松軟的土層中塌孔，減少潮汐變化帶來的影響。就孔壁穩(wěn)定性而言，當孔壁土受到土壓力和水壓力同時作業(yè)時，由于地層的環(huán)箍效應(yīng)，減小了把孔壁土推向鉆孔中心的徑向壓力，而環(huán)箍效應(yīng)作用由地層土的抗剪強度所決定，在松軟地層中，地層的環(huán)箍效應(yīng)作用小，所以其他層的孔壁土受到徑向壓力就大，再加上受潮汐變化的影響，其孔壁的支護應(yīng)力變化大，鉆進過程中很易造成塌孔埋鉆事故。因此，當?shù)貙訛檐浲?、淤泥、砂土等巖土層時，應(yīng)盡可能使護筒底穿越其土層至少大于3m，以減少潮汐的影響。對有沖刷影響的河床，護筒底端應(yīng)埋入局部沖刷線以下不少于1.0~1.5m。并在施工過程中，隨時測量河床的沖刷變化情況，以便及時在護筒外側(cè)拋填片石，增強護筒抗潮汐能力。
3 潮汐對成孔工藝的影響
灌注樁水上施工，潮汐對成孔過程影響最為突出。當潮汐到來時，會造成鉆孔的反向滲漏，當潮汐退后，鉆孔內(nèi)泥漿面下降，漏失量增大，很易造成塌孔并埋鉆。為避免這種事故發(fā)生，施工過程中主要通過選擇成孔工藝，控制水頭高度和泥漿指標這三個因素來采取措施。
3.1 選擇恰當?shù)某煽坠に?
灌注樁施工中，成孔工藝比較普遍的有兩種：正循環(huán)與反循環(huán)。反循環(huán)與傳統(tǒng)的正循環(huán)施工相比較，具有鉆進速度快、排渣效果好、清孔效果好等優(yōu)點。在實際施工過程中，應(yīng)根據(jù)潮汐的變化情況，合理變換成孔方法，可以有效消除潮汐給鉆進帶來的影響，并保證工期。當潮汐到來時，水面水位升高，造成鉆孔的反向滲漏，如果在此時使用反循壞鉆進，將會進一步加劇鉆孔反向滲漏，影響鉆進。因此，在潮汐高潮時應(yīng)采用正循環(huán)鉆進，以減輕反向滲漏的程度。而在退潮時，水面水位下降，會造成鉆孔的正向滲漏，此時應(yīng)采用反循環(huán)鉆進，以減輕正向滲漏的程度。對潮汐穩(wěn)定期（平潮時），宜采用反循環(huán)鉆進，可有效提高鉆進效率，縮短成孔時間。
3.2 穩(wěn)定護筒水頭差
鉆進過程中，根據(jù)進尺深度、地層情況、水面水位變化情況有效地控制泥漿的液面高度。當潮汐變化時，一般將泥漿面保持高于水面的一定高度上（一般1.0~1.5m），穩(wěn)定護筒水頭，維持孔壁的穩(wěn)定性成施工關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。如地層存在砂夾卵石等透水層時，應(yīng)將護筒水頭適當降低。因為此時如提高水頭，雖然對不透水層有利，但對于透水地層的孔壁，將會產(chǎn)生比支護應(yīng)力大得多的滲漏壓力，水頭越高，滲漏壓力越大，漏漿量就越大?？妆诜€(wěn)定性越差，較易造成塌孔事故，因此施工過程中應(yīng)根據(jù)實際情況隨時調(diào)整控制泥漿液面。
3.3 調(diào)整泥漿指標
泥漿指標主要關(guān)注泥漿比重和膠體率，其中膠體率尤其重要，通過泥漿指標的調(diào)整，可以有效減輕潮汐對孔壁穩(wěn)定性的影響。鉆進過程中，正確掌握好潮汐到達的時間和潮高，潮汐到達時，及時提鉆、停鉆，根據(jù)潮高變化情況及時向孔內(nèi)補漿，適當加大泥漿的密度和粘度可有效地防止塌孔，同時保持一定的水頭高度，并注意觀察孔內(nèi)泥漿面，隨時檢測泥漿指標，進行調(diào)整。潮汐退時，如漿液漏失嚴重，可通過向漏水層投適量泥球進行堵漏的補救措施。
4 潮汐對砼灌注的影響
4.1 砼澆注的準備
水下砼澆注準備工作要充足，電力系統(tǒng)，機械系統(tǒng)要認真檢查，確保其正常。應(yīng)備有后備灌注砼設(shè)施，以防不測事故發(fā)生時，能連續(xù)灌注作業(yè)，以免遭受到潮汐的影響而造成斷樁事故的發(fā)生。
4.2 砼澆注
水下砼灌注應(yīng)選擇潮汐的間歇期進行，在砼灌注的過程，如因意外事故發(fā)生導致灌注時間過長，遇上漲潮時，就要被迫中斷灌注，極易造成斷樁事故。因此，除選擇在潮汐的間歇期進行水下砼灌注施工外，還應(yīng)防止意外事故的發(fā)生，盡可能提高灌注砼效率，縮短灌注時間。
5 結(jié)語
洪屋渦大橋水上灌注樁施工完后，經(jīng)檢測全部為Ⅰ類樁，表明以下施工方法是成功的：
5.1穩(wěn)固水上施工平臺，適當?shù)匿撟o筒頂端高度和底端埋設(shè)深度是施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
5.2 適當采用反循環(huán)施工工藝可以提高鉆進效率，并縮短成孔時間。
5.3 根據(jù)潮汐變化，合理選擇正、反循環(huán)成孔方法，可以有效減輕和消除潮汐給鉆進帶來的嚴重影響。
5.4 采取適當處理措施，可以克服潮汐給灌注樁水上施工帶來的影響，保證成樁質(zhì)量并能取得較好的經(jīng)濟效益。
參考文獻
[1] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 JTJ041-20 00[S]. 北京：人民交通出版社，2000.
[2] 交通部第一公路工程總公司. 橋涵[M]. 北京：人民交通出版社，2000.
作者簡介：
吳智慧（1977―），女，路橋工程師，主要從事施工技術(shù)工作。
