港珠澳大桥澳门口岸轻轨站混凝土钻孔灌注桩施工技术
1 工程概况
澳门口岸管理区预留轻轨站桩基工程位于珠海拱北湾南侧的珠澳口岸人工岛上 (见图1) , 其中人工岛是港珠澳大桥的重要组成部分, 东西宽为930～960m, 南北长1 930m, 工程填海造地总面积近220万m2。轻轨预留区位于人工岛中部, 即境内停车场和旅检大楼之间, 工程桩采用混凝土钻孔灌注桩, 桩径1 800mm, 单桩长度在55～65m, 嵌岩深度最深达4m。因工程所在地地理位置特殊, 场地又为填海而成, 设计与施工按澳门方要求, 需满足中外建筑工程标准的更高要求, 本工程桩顶施工允许偏差±10mm, 桩孔垂直度偏差<1/100, 桩位误差≤75mm, 桩底沉淤≤20mm, 施工难度巨大。
图1 港珠澳大桥口岸人工岛
Fig.1 Artificial island at port of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge
2 桩身质量控制
为确保成桩质量, 钻孔过程中通过旋挖机自身配备的垂直及桩位监测系统, 对成桩过程进行监控, 确保施工过程中桩孔的垂直度、孔径满足设计和标准要求 (见图2) 。在容易缩颈地层中, 采取钻完一段再复扫1遍的方法来确保成桩质量, 现场配备了由上海地学仪器研究所出厂的GS-2S型灌注桩钻孔数字测井系统, 第1次清孔完成后, 由现场专业技术员操作GS-2S型灌注桩钻孔数字测井系统, 对钻孔的孔径、孔深、孔斜进行测量, 自检合格后通知各参建方现场旁站见证, 并做好相关记录。
图2 灌注桩施工工艺流程
Fig.2 Construction process of bored pile
3 桩位偏差控制
在桩位控制上, 首先是确保护筒的位置正确。开挖前先用十字交叉法将桩中心引至开挖区外, 护筒埋设时应认真检查其平面位置及倾斜度。护筒入土较深时, 宜以压重 (振动、锤击) 或辅以筒内除土等方法沉入。接头处要求内部无突出物, 能耐拉压。护筒内径应比设计桩径大200mm。护筒顶端至少应高出地面0.2m。护筒埋设位置必须准确, 其中心线位置与桩位中心线的允许偏差<20mm, 并应保证护筒垂直 (见图3) 。
图3 灌注桩护筒埋设示意
Fig.3 Installation of bored pile barrel
其次是复核护筒的位置偏差, 护筒埋设完成后通知监理单位于现场复核桩位, 采用全站仪将桩位点重新放出, 检查桩位至护筒边的间距是否符合桩径要求, 如若护筒偏差较大, 则需采取矫正方案, 将护筒拔起重下。这一步骤的质量好坏直接影响到后期桩位偏差能否满足设计要求, 所以非常关键。
4 沉渣厚度控制
因本工程桩深度较大, 大部分都在55～65m, 桩径较大 (1.8m) , 为满足澳门口岸桩底沉淤≤20cm的设计要求, 保证清孔效果及压缩施工时间, 通过同时采用2种方法确保成桩质量:首先, 在旋挖至设计标高后, 使用掏渣筒在孔底进行反复5次清渣作业, 目的是为了将后期不易通过泥浆循环带出的大块沉渣清除出孔底。其次, 采用气举反循环法进行二次清孔, 气举反循环是利用空压机的压缩空气, 通过安装在导管内的风管送至桩孔内, 高压气体与泥浆混合, 在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物, 浆气混合物因其密度小而上升, 在导管内混合器底端形成负压, 下面的泥浆在负压作用下上升, 并在气压动量的联合作用下不断补浆, 上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升, 从而形成流动, 因为导管的内断面积小于导管外壁与桩壁的环状断面积, 便形成流速、流量极大的反循环, 携带沉渣从导管内翻出, 排至导管外。清孔一定时间后, 检测泥浆参数, 泥浆相对密度≥1.12且≤1.25, 黏度18～20s, 孔底沉渣厚度≤2cm即可停止清孔, 准备灌桩, 与传统只采用1种方法进行清理对比, 采用以上2种方法成桩效果更佳。
5 单桩静载试验
灌注桩设计要求最大试验荷载为58 528kN, 通常此类静载检测采取先打支承桩再做检测平台的做法。珠海市质监站与项目部根据现场实际情况, 突破创新, 采取了“组合式钢支墩+支墩梁”的方式, 顺利进行了桩基静载试验 (见图4) , 达到国内堆载法单桩静载试验的较高水平。
图4 灌注桩静载检测堆载示意
Fig.4 Static load testing of bored piles
灌注桩静载检测根据澳门方要求, 采用的是澳门标准的“多循环维持荷载法”, 经历4个循环并4次归零的过程, 然后再增加荷载至最大试验荷载, 并维持72h (见图5) 。经过检测, 桩基符合设计要求的合格判定标准。
图5 灌注桩静载检测堆载试验程序示意
Fig.5 Surcharge test procedure for static load detection of bored piles
6 桩基质量检测
本工程共计74根灌注桩, 通过采取以上控制措施, 成桩效果好。经检测, 其中12个孔位桩底未发现沉渣, 其实桩沉渣厚度均满足要求, 检测合格。
7 结语
1) 工程实践表明, 在容易缩颈地层中采用先进仪器GS-2S型灌注桩钻孔数字测井系统, 对钻孔的孔径、孔深、孔斜进行测量, 钻完一段再复扫1遍, 成孔质量更佳。
2) 钻孔灌注桩施工过程中, 通过十字交叉法在开挖前将桩中心引至开挖区外, 并认真检查护筒埋设过程中的平面位置及倾斜度, 桩位的偏差可控制到最小。在钻孔灌注桩旋挖至设计标高后, 采用掏渣筒在孔底进行反复清渣并配合气举反循环进行二次清孔, 可有效保证成桩质量。与传统采用单一方法进行清理相比, 采用以上2种方法配合清孔, 施工速度快、排渣能力强、成桩效果更佳。
3) 钻孔灌注桩静载检测过程中, 因采用的是澳门标准的“多循环维持荷载法”进行检测, 珠海市质监站与项目部根据现场实际情况, 创新采取“组合式钢支墩+支墩梁”的堆载方式, 成功通过5 000t级满负荷单桩静载试验检测, 达到国内堆载法单桩静载试验的较高水平。
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