环境敏感区悬索桥桩基绿色施工关键技术_郑华凯.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 4 期 2023 年 2 月Vol.54 No.4 Feb.2023481环境敏感区悬索桥桩基绿色施工关键技术郑华凯1，周明生2，张 成3，雷春阳2（1.江苏省交通工程建设局，210004，南京；2.中交第二航务工程局有限公司，430000，武汉；3.江苏省地质工程勘察院，211102，南京）摘要：为降低工程建设对长江水质、周边生物和堤岸安全影响，对环境敏感区某悬索桥桩基施工进行了绿色关键技术研究。筑岛平台填筑完成后，进行钢护筒施工、气举反循环钻进成孔、钢筋笼制作安装、水下混凝土浇筑、成桩检测等工序，控制钢筋笼制安和水下混凝土浇筑质量，倡导绿色文明施工，建设环境友好型工程。实践表明，桩基工程质量优良，对周边环境影响极小。关键词：环境敏感区；悬索桥；桩基；绿色施工中图分类号：TU 473 U445.4 文献标志码：B 文章编号：1000-4726(2023)04-0481-03sTuDy oN KEy TEcHNoloGy oF GrEEN coNsTrucTioN oF suspENsioN BriDGE pilE FouNDATioN iN ENviroNMENT sENsiTivE ArEAZHEnG Hua-kai1;ZHOU Ming-sheng2;ZHAnG Cheng3;LEI Chun-yang2(1.Jiangsu Provincial Transportation Engineering Construction Bureau,210004,Nanjing,China;2.CCCC Second Harbor Engineering Co.,Ltd.,430000,Wuhan,China;3.Geoengineering InvestigationInstitute of Jiangsu Province,211102,Nanjing,China)Abstract:In order to reduce the impact of engineering construction on the water quality,surrounding organisms and embankment safety of the Yangtze River,the green key technology of pile foundation construction of a suspension bridge in an environmentally sensitive area is studied.After the filling of the island building platform is completed,the steel casing construction,air lift reverse circulation drilling and hole forming,reinforcement cage fabrication and installation,underwater concrete pouring,pile forming inspection and other processes shall be carried out to control the fabrication and installation of reinforcement cage and underwater concrete pouring quality,advocate green and civilized construction and build an environment-friendly project.The practice shows that the quality of pile foundation engineering is excellent and has little impact on the surrounding environment.Keywords:environmentally sensitive area;suspension bridge;pile foundation;green construction1 工程背景某桥为 1 560 m 的大跨径悬索桥，南塔位于长江堤岸内，为大直径群桩基础。桩基桩径为 2.8 m，桩长为 105 m，顶标高 2.000 m，桩底标高 107.000m，混凝土标号为 C30 水下混凝土，行列布置 52 根。桩基施工平台采用填筑土平台，以 25 cm 厚 C25混凝土作为面层。主塔位置以承台为中心，布置83 m43.5 m（长 宽）矩形筑岛钻孔平台。钻孔平台南侧填筑土平台，平台长 92 m，宽 20 m；西侧填筑施工便道，便道长 43.5 m，宽 9 m，如图 1 所示。场区内特殊性岩土主要为填土、软土、混合土、风化岩、半成岩地基，对成孔成桩质量、孔壁稳定、基底承载力影响较大，各个地层的泥浆需求参数不同，需针对不同地层调整泥浆参数，常规的单一泥浆系统+8.000 m+4.000 m+4.000 m2.000 m107.000 m47004700275370037003 1457 89527527527527535004 050275174578951050010500图 1 主塔桩基基础构造示意以及液态泥浆的运送难以满足要求。工程地点位于长江行洪水位内，桩基为大直径、超长桩，单根桩基混凝土方量约为 646 m3，大量的泥浆废渣极易流入长江污染水质；邻近湿地生态红线二级管控区，施工过程中产生的振动噪声、废弃物等对周边生物会产生影响；桩基离大堤迎水侧堤脚仅为20 m，大堤对施工扰动敏感性大，大堤安全问题突出。收稿日期：20230128作者简介：郑华凯（1992），男，山东潍坊人，工程师，硕士，e-mail:.建 筑 技 术第 54 卷第 4 期482当前国内面临如此多的环境敏感因素工程较少1-5，有必要探索总结工程实践，为后续工程提供可借鉴可复制的经验。2 施工工艺2.1 钢护筒施工南塔桩基钢护筒采用 Q235B 钢板卷制而成，壁厚为 18 mm，内径为 3 100 mm，单根长度为 10.7 m，为防止钢护筒施打时护筒口发生卷边等现象，护筒两端各设置 50 cm 长的加劲箍。采用 25 t 平板车运输，平板车每次运输1根钢护筒，并下垫钢护筒运输底座，再根据现场实际情况分别在两侧用木质楔形块塞紧，并辅以钢丝绳及手拉葫芦固定在平板车上，以防止钢护筒松动而在运输过程中晃动发生安全事故。钢护筒单根重量约 14.5 t，施打钢护筒前采用 GPS 定位出护筒中心点，然后在钢护筒周围的施工平台上引出两条互相垂直且通过桩中心的轴线，以此十字线对位调整护筒中心点，最后启动振动锤施沉钢护筒，直至钢护筒底标高达到设计标高。2.2 钻进成孔施工相邻（或对角线内）两根桩基不得同时开钻或灌注混凝土，相邻桩位灌注混凝土后，强度达到 5 MPa以上才能开孔，以免扰动孔壁，发生串孔、断桩事故6，因此将桩基分为上游侧和下游侧两个作业区域，共投入 7 台钻机进行钻孔作业，其中，第一轮由 5 台钻机进行钻进成孔作业，第二至六轮由 6 台钻机进行钻进作业，第七轮由 5 台钻机钻进，第八至九轮由 6 台钻机进行作业。第七台钻机留作备用，视钻孔作业进度决定是否投入。钻孔平台搭设完毕后，用 GPS 定位仪定位桩基的理论中心点，钻孔人员根据此点交叉引出 4 个点辅助钻机定位，辅助定位点的间距比钻机底座尺寸略大1020 cm，并用全站仪测量并标示出钢护筒顶标高，作为成桩作业全过程的高程控制起算点。气举反循环钻进过程中应注意加大垂直度的检测频率，以便钻进过程中超出规范要求或有超出规范趋势时及时采取补救调整措施。为避免坍孔等现象发生，钻进过程中，必须保证护筒内水头高度始终高于护筒外 1.5 m 以上。桩基终孔后采用气举反循环配合泥沙分离器清孔，当桩底沉渣小于 20 cm 且泥浆的性能指标达到规范的要求时，一次清孔结束，提钻移机，进行检孔作业。泥浆制备在造浆池内进行，钻孔施工前在造浆池内采用泥浆搅拌机搅拌粘土或膨润土泥浆，泥浆搅拌时间不少于 3 min，达到使用要求后，将泥浆排入泥浆箱参与循环，采用智能泥浆循环系统进行泥浆的循环利用。2.3 钢筋笼施工钢筋笼制作场地为钢筋配送中心，在智能加工生产线上进行焊接。单根钢筋笼首节长度为 12.308 m，标准节和尾节长度 12 m。采用“长线匹配法”分节加工制作，主要包括骨架制作及箍筋、保护层垫块、声测管、吊耳等安装。钢筋笼按“2+2+2+2+1”分 5次进行下放。钢筋笼运输至现场后，先用平台上游侧的龙门吊将单节钢筋笼下放至现场预留的钢筋笼对接孔内，再转运第二节钢筋笼在孔内与其对接。对接完成后，再用另一台门式起重机将已对接完成的 2 节钢筋笼一起转运至准备浇筑的桩基孔内进行下放。2.4 水下混凝土浇筑桩基混凝土浇筑前首先进行导管水密性试验，导管安装完成后，应立即检测孔底沉渣厚度，如沉渣厚度不能满足要求，则应立即进行二次清孔。二次清孔采用气举反循环法清孔，通过气举反循环把泥浆从孔底抽出，经泥浆分离器处理后，再次注入孔内进行补充。直至孔底沉渣小于20 cm且泥浆指标符合要求后，二次清孔完成。混凝土首封采用大骨料拔塞法，导管内设球胆作为隔水塞，通过泥浆回流状况可以判断首封成败或孔底是否扩孔。该桩基工程采用直径 3.1 m 钢护筒，内部空间较充裕，可采取护筒内清理桩头的施工工艺。2.5 桩基检验当桩基混凝土强度达标后，采用无损法进行桩身检测，确定桩身混凝土质量是否存在缺陷，如存在缺陷，测定缺陷深度和厚度。成桩检测结果表明成桥桩基为 I 类桩。3 质量控制3.1 钢筋笼制作安装钢筋笼的加工均采用智能化生产线，钢筋接头机械连接的质量要求和方法执行相应的标准，如遇直螺纹套筒拧不动的情况，则应退出直螺纹套筒重新对中，对于完全无法连接的极少数钢筋接头，可改用焊接连接。3.2 成孔质量钻进施工控制进尺，单根钻杆每钻进一个回次及时扫孔，保证钻孔直径满足要求；当泥浆中含渣量较多或排量减少时，应控制钻进速度；不同地层钻进施工中，严格控制泥浆指标，掌握孔内泥浆情况，以便2023 年 2 月483郑华凯，等：环境敏感区悬索桥桩基绿色施工关键技术及时调整；钻机在各个地层中钻进时，根据成孔工艺和钻孔桩处的地质状况，采用不同的钻进参数，以保证钻孔安全；钻进过程随时注意往孔内补充浆液，维持孔内的水头高度；钻孔过程中参考地勘报告，在进入不同土层时进行取样，渣样贴标签分类存放；施工中加强对钻杆壁及钻杆壁与法兰连接的检查，确保钻杆壁无损，钻杆壁与法兰焊接牢靠，防止或降低钻孔中钻杆折断风险。3.3 混凝土浇筑严格控制浇筑砂石料含水量，增加雨天施工检测的次数；混凝土的坍落度应在搅拌地点和灌注点分别取样，坍落度不合适内不得使用；灌注混凝土测量标高并计算导管埋深，确保导管埋深始终保持 26 m。4 绿色施工4.1 废弃物处置反循环钻孔施工需不断排渣，采用泥浆分离器快速分离出泥浆、钻渣，通过泥浆分离器上的旋流器分离泥浆固体颗粒，再通过振动筛脱水排除，可最大限度减少泥浆、渣土倾倒。钻孔产生的废渣需运至指定排放地点倾倒。工程实行严格的环保制度，施工过程中严禁固废、生活垃圾、污水等随意排放污染长江，对上游漂流至工地现场的垃圾定期清收。4.2 泥浆处理桩基混凝土浇筑过程中，泥浆大部分可回收利用，但混凝土浇筑至顶部后，因泥浆中混入水泥浆，不能重复利用，若直接排放，将对环境造成较大污染。因此，桩基施工投入 1 套泥浆压滤净化系统，进行泥浆固化处理，分离出废浆中的水分和固化物，固化物压滤成饼，随钻渣一起外运，实现废弃泥浆零排放。浇筑时，待处理废浆由外接泥浆泵从废浆箱泵送至泥浆净化装置，去除泥浆中的大颗粒，经泥浆净化装置处理后的废浆进入初级、次级泥浆箱，然后由泥浆泵泵送至待压泥浆箱，再将废浆改性药剂加入池中，搅拌均匀。最后将待压滤浆泵送至压滤机进行处理，滤液水送入沉淀池，滤饼随钻渣一起外运。经类似工程施工功效统计：单套泥浆压滤系统每小时消耗泥浆数量可达 25 m3，可满足桩基施工废弃泥浆处理要求。4.3 噪声、水质、空气质量控制钻机选用回旋钻，均为最新设备，控制同时钻进的钻机数量和钻进速率，尽可能降低次声波对水生生物的影响。现场安装噪声监测系统，实时反映现场噪声量值，超过噪声警戒值报警，现场停工分析原因，明确处置措施后方可继续施工，减少噪声对周边陆生生物影响。定期在主塔长江上下游检测水质指标，在下游测生态红线二级管控区附近监测水体中 pH 值、化学需氧量、悬浮物、石油类监测最大值分别为 7.25、14 mg/L、24 mg/L、0.04 mg/L，上游侧水质监测结果与其相近，均在标准限值以内。对主塔上下风向设置大气颗粒物观测点，定期采样，收集分析数据，大气颗粒物监测最大值为 0.417 mg/m3，且为上风向监测数值，远小于 1 mg/m3的规范限制。4.4 大堤安全桩基开挖前进行水下抛石护岸、干码块石、大堤防护桩工程施工，稳固原有大堤结构，增大大堤周边土体整体侧向刚度，减少桩基施工以及承台开挖、主塔施工对大堤沉降和位移的影响。沿大堤布置 4 个断面观测断面，每个观测断面埋设 4 个观测点（迎江侧堤脚、堤顶两侧、背水侧堤脚）。桩基完工前 10 d大堤累计最大沉降监测值为 15.41 mm（累计最大上隆监测值为 1.77 mm)，累计最大水平位移监测值为18.72 mm，此后进行近水侧堤脚高压旋喷桩防渗墙施工进一步加固堤岸，但施工过程中会引起土体上隆、水平挤压土体，至桩基施工完成，大堤累计最大沉降监测值为 6.78 mm（累计最大上隆监测值为 2.01 mm)，累计最大水平位移监测值为 33.29 mm，各断面渗流监测水位变化与长江水位变化呈正相关，大堤沉降、水平位移、堤身渗流等观测指标均在正常范围内。5 结束语经过工程实践证明，钢筋笼制作加工采用智能加工生产线保证制作精度，水下桩基混凝土浇筑严格按照工序检查验收，悬索桥桩基工程质量优良；钻进成孔过程中渣土外运和泥浆循环使用及尾浆固化处置最大限度减小环境影响；噪声、大气质量控制减少了对周边生物的影响；护岸工程的实施保证了大堤安全。该工程取得了良好的经济效益和社会效益，为环境敏感区内大型工程积累了宝贵的技术经验。参考文献1 邹威.海中超大跨径悬索桥主墩超长桩基施工 J.广东公路交通,2021.2 周军,李小倩.山区大跨悬索桥长大桩基施工技术应用研究 J.2020.3 曾宪双.大岳高速洞庭湖大桥桥塔桩基施工完成 J.世界桥梁,2014,42(3):1.4 张立奎.马鞍山长江公路大桥左汊悬索桥中塔大直径钻孔桩施工技术 J.城市建设理论研究:电子版,2011(26):16.5 李伟权.气举反循环钻应用于超大超深钻孔灌注桩的施工工艺J.交通科技,2018(1):4.