石懷遠(yuǎn)，徐大振

(安徽省公路橋梁工程有限公司，合肥 230000）

1 工程概況

廬江縣湯池大道二期工程，起訖樁號為：K3+600～K11+700，主線長為8.1km。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用雙向六車道一級公路兼市政功能，設(shè)計速度80km/h，路基寬43m、路面寬30m、綠線寬100m。本工程設(shè)置橋梁7 座，其中，白石天河特大橋主橋為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，主跨130m 跨越河道及大壩，邊跨78m；兩側(cè)引橋采用30m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。根據(jù)橋梁的基本布局，全橋梁跨徑組合為15×30m+（78m+130m+78m）+21×30）m，長度為1 372.0m，15#～18#墩為主墩及過渡墩，均為根式鉆孔灌注樁施工，樁徑1.8m，單根樁根鍵分別為56 個、72 個、72 個、56 個，樁底持力層位于中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，均為摩擦樁設(shè)計，設(shè)置4 根聲測管，C30 水下混凝土樁基。

2 工藝原理

根式樁基數(shù)控定位頂進(jìn)施工技術(shù)[1]，鉆孔施工采用旋挖鉆成孔，期間采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁。鉆孔成樁后，應(yīng)及時清干凈孔底殘渣，確保沉渣厚度滿足設(shè)計要求。樁基鋼筋籠在加工廠采用長線法制作，預(yù)留好根鍵安裝位置及安裝磁性發(fā)射裝置，加工完成后分節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場，采用機(jī)械接頭接長下放，并安裝聲測管，樁基聲測管應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙設(shè)計尺寸進(jìn)行安裝。鋼筋籠下放完成后應(yīng)及時完成根鍵頂進(jìn)安裝，利用聲測管進(jìn)行根鍵下放前定位；根鍵采用旋挖鉆與專用數(shù)控頂進(jìn)裝置配合進(jìn)行頂進(jìn)安裝施工；頂進(jìn)過程中，通過數(shù)控平臺數(shù)據(jù)及安裝在頂進(jìn)裝置上的磁式傳感應(yīng)器達(dá)到精確定位；根鍵頂進(jìn)安裝完成后應(yīng)盡快灌注混凝土，樁身混凝土灌注必須一次完成；樁基混凝土由拌和站供應(yīng)，通過混凝土罐車經(jīng)施工便道運(yùn)輸至施工墩位。利用剛性導(dǎo)管法澆筑水下混凝土成樁。根式基礎(chǔ)布置如圖1 所示。

圖1 根式基礎(chǔ)布置圖

3 施工工藝

根式樁基施工利用常規(guī)旋挖鉆進(jìn)成孔，旋挖鉆配合專用頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行根鍵安裝頂進(jìn)施工，根鍵安裝完成后進(jìn)行混凝土澆筑。其操作要點(diǎn)為鋼筋籠的制作與安裝、磁性發(fā)射裝置的預(yù)埋安裝、根鍵預(yù)制、數(shù)控定位頂進(jìn)施工。

3.1 鋼筋骨架的制作與安裝

樁基鋼筋籠采用長線加工法在定位胎具上分段制作鋼筋籠，采用鋼筋籠胎座，多節(jié)段同時加工，控制鋼筋籠軸線偏差，保證鋼筋匹配對接精度。鋼筋籠所用的鋼材需要進(jìn)行現(xiàn)場檢查，確保產(chǎn)品合格，滿足所用鋼材的規(guī)格要求。

鋼筋籠螺旋鋼筋成型后開始進(jìn)行根鍵預(yù)留孔位的設(shè)置，為了便于分辨和統(tǒng)計將鋼筋籠的根鍵預(yù)留的主筋空當(dāng)分別按照角度編號，編號為0°、90°、180°、270°、45°、135°、225°、315°8 個方向，預(yù)留孔位置定位從樁頂鋼筋反算孔位開設(shè)位置，將箍筋割除，并加強(qiáng)定位。

待鋼筋籠根鍵預(yù)留口加強(qiáng)定位完成后，進(jìn)行磁性發(fā)射裝置的安裝，安裝完成后進(jìn)行軸心定位，保證磁式傳感應(yīng)器能順利感應(yīng)，從而輔助根鍵精確頂進(jìn)。利用聲測管輔助設(shè)備頂進(jìn)前精準(zhǔn)就位，每根樁沿鋼筋籠周邊按照設(shè)計圖紙要求均勻布置聲測管（檢測結(jié)束后每根鋼管均需壓漿封實）。

鋼筋骨架的起吊采用汽車吊。使用兩點(diǎn)吊來保證骨架起吊時不變形，第一個吊點(diǎn)設(shè)置在骨架底部，第二個吊點(diǎn)設(shè)置骨架長度的中點(diǎn)到上三分點(diǎn)之間。

3.2 根鍵施工

3.2.1 根鍵制作

根鍵采用在預(yù)制場集中預(yù)制。為了確保根鍵的預(yù)制精度，根鍵預(yù)制模板由鋼板加工制作，在預(yù)制場內(nèi)將模板組裝好，預(yù)制根鍵混凝土采用吊斗進(jìn)行澆筑，采用直徑比較小的振搗棒。

預(yù)制完成的根鍵進(jìn)行濕潤，并對達(dá)到吊裝強(qiáng)度的進(jìn)行編號，分層堆放，堆放的高度必須滿足地基的承載力要求。

3.2.2 根鍵頂推作業(yè)平臺的設(shè)計與加工

預(yù)制成型的根鍵采用旋挖鉆與專用數(shù)控頂進(jìn)裝置配合進(jìn)行頂進(jìn)施工，采用磁性感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行定位復(fù)核[2]。

根鍵頂進(jìn)裝置，通常由反力架、千斤頂和錐壓件組成。反力架由1 個上頂板、4 個滑臺和連桿組成。4 件滑臺與加強(qiáng)環(huán)結(jié)合在一起，中間帶有十字形凹槽?；瑝K卡在滑臺的卡槽中，只能徑向移動。錐壓件為十字形。錐壓件放置在滑臺的十字形槽中，滑槽的頂部與千斤頂連接，并且可以在反力架內(nèi)軸向移動。工作原理是滑塊的斜面緊靠錐壓件的斜面。隨著壓力的逐漸減小，滑塊產(chǎn)生向下的2 個分力。向下的分力作用在滑臺上，并通過連桿在頂板上產(chǎn)生向下作用力，千斤頂向下壓錐壓件，在頂板上產(chǎn)生一個向上作用力。這2 個力是相互平衡的內(nèi)力，從而形成了軸向自平衡系統(tǒng)。同時，滑動向外的分力作用在根鍵上并向外頂出，頂進(jìn)裝置以頂推力1 600kN 運(yùn)行。

3.2.3 根鍵頂進(jìn)設(shè)備轉(zhuǎn)換和定位系統(tǒng)調(diào)試安裝

1）根鍵頂進(jìn)設(shè)備轉(zhuǎn)換

根鍵施工之前，旋轉(zhuǎn)鉆頭拆除以安裝油體并將連桿連接到頂進(jìn)裝置。

過油體的功能是通過旋轉(zhuǎn)鉆的液壓系統(tǒng)或外部油泵的油壓通過油管傳送到頂進(jìn)裝置千斤頂上。油體配備有收放線盤。在進(jìn)行頂進(jìn)施工的過程中，直接將其放置在孔外正上方，下放鉆桿時，也同時下放油管。在整個過程中，油管均保持自然直立狀態(tài)，從而防止了油管懸掛在鋼筋籠上。

頂進(jìn)裝置與鉆桿連接時，設(shè)置連接頭。該連接頭一端與鉆桿銷接，一端與頂進(jìn)裝置焊接。

2）定位系統(tǒng)調(diào)試安裝

為解決傳統(tǒng)根鍵施工人工測繩定位頂進(jìn)存在的效率低和精準(zhǔn)度難控制等諸多缺點(diǎn)，項目根據(jù)實際情況進(jìn)行了設(shè)備更新及創(chuàng)新應(yīng)用；采用計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)精確定位根鍵頂入位置，并運(yùn)用磁力感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行定位復(fù)核，進(jìn)一步提高定位精準(zhǔn)度，在提高作業(yè)效率和可靠性的同時，還減少了對土體和鋼筋的擾動影響。

數(shù)控定位系統(tǒng)調(diào)試安裝，運(yùn)用安裝在旋挖鉆桿上的測量設(shè)備，通過電子數(shù)控操作平臺進(jìn)行數(shù)控定位，根鍵頂進(jìn)設(shè)備轉(zhuǎn)換后，應(yīng)進(jìn)行垂直儀器和深度儀等數(shù)控設(shè)備調(diào)試，保證其使用精度。

磁性感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)試，其原理是利用安裝在頂進(jìn)設(shè)備上的磁式傳感器感應(yīng)安裝在鋼筋籠根鍵預(yù)留孔位上的磁性發(fā)射裝置進(jìn)行定位，磁式傳感器是接近傳感器，它（甚至透過非黑色金屬）響應(yīng)于一個永久的磁場，作用距離大于電感傳感器，響應(yīng)曲線確定了永久磁場的方向。當(dāng)物體（永磁體或外部磁場）接近，線圈鐵芯的導(dǎo)磁性（它確定線圈的電感量）變小，線圈的電感量也減小。振蕩器被激勵以增加振蕩，振蕩電流增加，當(dāng)磁性物體接近時，會增加磁性傳感器的電耗。其最大優(yōu)點(diǎn)可以穿過金屬檢測。如圖2 所示。

圖2 磁性感應(yīng)系統(tǒng)

3.2.4 根鍵頂推

當(dāng)鉆孔樁成孔檢驗合格，鋼筋籠下放操作完成，然后開始根鍵頂推工作。

1）根鍵頂推順序

根鍵分層頂推，先頂推最下面一層，自下而上頂推其他各層根鍵。

2）根鍵頂進(jìn)施工方法

在連接到頂進(jìn)裝置和旋轉(zhuǎn)鉆桿之后，旋轉(zhuǎn)鉆轉(zhuǎn)到孔邊，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以便在使用聲測管進(jìn)行就位之前將其定位，將頂進(jìn)裝置放置在鋼筋籠的中心。對中后，將旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)轉(zhuǎn)到鉆孔的一側(cè)，調(diào)整鉆頭的位置并安裝根鍵，以使根鍵與鋼筋籠上的預(yù)留孔對應(yīng)。下放鉆桿到該層根鍵標(biāo)高，利用數(shù)控頂進(jìn)系統(tǒng)和磁性定位設(shè)備輔助進(jìn)行確切定位，定位后，用旋轉(zhuǎn)鉆液壓系統(tǒng)或外部油泵頂進(jìn)根鍵，頂進(jìn)完成后，提升鉆桿并將頂進(jìn)裝置提升到孔外。

3）根鍵頂進(jìn)位置精度控制

進(jìn)行根鍵頂進(jìn)施工過程中，必須正確地定位根鍵的平面和垂直位置，以便可以輕松地將其頂進(jìn)到鋼筋籠預(yù)留孔中。

（1）平面位置定位

根鍵平面位置由聲測管引導(dǎo)進(jìn)行控制，當(dāng)平面定位時，鉆頭旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行稍微調(diào)整，確保頂進(jìn)裝置的滑槽套入聲測管。

（2）豎向位置定位

豎向位置定位通過采用計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)精確定位下放深度，并運(yùn)用磁力感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行定位復(fù)核，具體方法如下：

鋼筋籠形成后，將護(hù)筒作為垂直方向上的控制點(diǎn)，測量每一層的根鍵到控制點(diǎn)的距離。安裝鋼筋籠后，設(shè)置一個水平標(biāo)高控制線在控制點(diǎn)的孔旁邊，該控制線作為根鍵頂進(jìn)裝置下放的零點(diǎn)，確定鉆桿下放深度。

頂進(jìn)施工前，先不安裝根鍵，下放頂進(jìn)裝置至標(biāo)高控制點(diǎn)，對鉆桿讀數(shù)進(jìn)行清零，利用磁性感應(yīng)系統(tǒng)，判斷數(shù)控數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，若兩者量測深度一致，則鉆桿下放深度準(zhǔn)確，若量測深度不一致，則通過內(nèi)插法調(diào)整每層根鍵頂進(jìn)時鉆桿下放深度數(shù)據(jù)，使之與實際相符。

鉆桿標(biāo)定后，安裝根鍵，調(diào)節(jié)頂進(jìn)裝置的平面位置，將頂進(jìn)裝置放低至標(biāo)高控制線，確?？刂凭€與根鍵的水平線平齊，確保鉆桿下放深度清零，然后放下鉆桿到根鍵頂進(jìn)深度位置，豎向定位完成。

3.3 灌注水下混凝土

灌注水下混凝土采用導(dǎo)管法。導(dǎo)管用壁厚4mm，內(nèi)徑25cm 的鋼管制作。導(dǎo)管使用前做水密、承壓試驗，保證導(dǎo)管不漏水。導(dǎo)管底離孔底40cm，導(dǎo)管頂部應(yīng)設(shè)漏斗、儲料斗[3]。

在灌注過程中，要注意管內(nèi)的混凝土下降和水位的升降情況，測量并記錄管道的埋置深度和混凝土的高度。灌注首批混凝土?xí)r，埋管的深度應(yīng)不小于1 m，為了確保樁質(zhì)量，在樁頂設(shè)計標(biāo)高以上加灌一定高度，增加的高度一般為0.8m。

4 結(jié)語

本工程通過對圩區(qū)根式樁基數(shù)控+磁力感應(yīng)系統(tǒng)施工技術(shù)的實踐證明，發(fā)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用大大增加了根鍵頂進(jìn)效率及精度，利用聲測管及磁力感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行輔助定位，進(jìn)一步提高根鍵安裝精度，保證根鍵施工質(zhì)量；該施工技術(shù)具有簡單、高效、投入小等特點(diǎn)，且施工質(zhì)量更容易保證，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。得到了監(jiān)理及上級部門專家的一致好評。同時積累了根式樁基礎(chǔ)的施工經(jīng)驗，為主橋施工順利開展打下了基礎(chǔ)。