淺水區(qū)軟弱地層超長(zhǎng)鉆孔樁施工技術(shù)

朱興禮

1 工程概況

1)橋型簡(jiǎn)介。沿海高速公路青鋒農(nóng)場(chǎng)樞紐互通立交橋,主線橋1座/1.737 km,匝道橋 8座/1.532 km。本橋上部結(jié)構(gòu)采用裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁及現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁兩種形式;下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、肋板臺(tái)、樁基礎(chǔ)。本橋鉆孔灌注樁共有494根,最大樁徑1.8 m,最大樁長(zhǎng)65 m。

2)地質(zhì)條件。本橋路線穿越區(qū)為海相及海陸交互沉積地貌,地層結(jié)構(gòu)主要為粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、軟土、軟弱土、粉土、黏土等,多呈互層狀分布,埋深4 m～20 m范圍內(nèi)有軟土、軟弱土透鏡體分布。

3)水文特征。路線所在區(qū)域水系十分發(fā)育,屬于水網(wǎng)地帶。本橋幾乎全部位于有水區(qū)域,水深一般在1.5 m左右。

2 施工操作要點(diǎn)

2.1 施工準(zhǔn)備

本合同段的橋梁全部位于有水區(qū)域,樁基施工前須先行施工擋水圍堰,隨后在擋水圍堰的保護(hù)下進(jìn)行樁基鉆孔平臺(tái)施工。即施工前先利用水陸兩用挖掘機(jī)沿施工區(qū)域修筑初期圍堰,圍堰頂寬1.5 m,高出附近水面50 cm～80 cm。圍堰修筑完成后,抽干堰內(nèi)積水,然后用普通挖掘機(jī)將圍堰頂部加寬至3 m,并視實(shí)際情況在圍堰迎水面鋪設(shè)防水土工布。圍堰迎水面邊坡坡度按1∶1.5,背水面邊坡坡度1∶1控制,用挖掘機(jī)斗將坡面夯實(shí)。最后根據(jù)橋梁樁位情況利用推土機(jī)清理掉表層淤泥,分層回填50 cm厚8%石灰土,從而形成鉆孔施工平臺(tái)。鉆孔平臺(tái)如圖1所示。

2.2 埋設(shè)護(hù)筒

本橋橋位處地表結(jié)構(gòu)層多為黏土或粉質(zhì)黏土,層厚為1.2 m～1.9 m,其下為粉砂或粉土,層厚一般約為1.4 m,而粉砂土極易液化,護(hù)筒埋深過淺易造成護(hù)筒底漏漿和坍孔,故采用厚度10 mm的鋼板制作成整體鋼護(hù)筒,直徑2 m,長(zhǎng)度 4 m,此類護(hù)筒強(qiáng)度高,剛度大,適應(yīng)性強(qiáng),有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè),能加快施工進(jìn)度。護(hù)筒埋深要求在地面以下不小于3.7 m,頂端高出地面0.3 m。鉆機(jī)就位前,用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)開挖至護(hù)筒埋設(shè)底標(biāo)高并吊裝護(hù)筒,然后檢查護(hù)筒中心和垂直度,符合要求后四周分層回填黏土。

2.3 泥漿制備

橋位處地質(zhì)情況為軟土,軟弱土層較厚,且粉砂層、粉細(xì)砂層與黏土層按互層狀排布,在鉆進(jìn)過程中,護(hù)壁不好極易坍孔,故采用了粘結(jié)性強(qiáng)的膨潤(rùn)土造漿。膨潤(rùn)土泥漿具有相對(duì)密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、穩(wěn)定性強(qiáng)、固壁能力高、鉆具回轉(zhuǎn)阻力小、鉆進(jìn)率高、造漿能力大等優(yōu)點(diǎn)。而且本項(xiàng)目沿線地表水均屬于中性～弱堿性水,pH值位于7～9之間,能增加水化膜厚度,提高泥漿的膠體率和穩(wěn)定性,降低失水量。鉆孔泥漿的性能指標(biāo)如表1所示。

表1 泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)表

2.4 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)調(diào)平并對(duì)準(zhǔn)樁孔中心,調(diào)直鉆桿,將鉆頭中心與樁位對(duì)齊,保證插鉆正確,防止鉆孔偏斜。平臺(tái)部分位置承載力比較低,為避免地基局部受力產(chǎn)生不均勻沉陷,影響鉆機(jī)穩(wěn)定性和對(duì)孔壁產(chǎn)生壓力,鉆機(jī)在就位時(shí)均在其底鋪放枕木,以增大受力面積。

2.5 鉆孔

軟弱地層條件下,鉆孔施工必須要迅速、安全,爭(zhēng)取在最短時(shí)間內(nèi)完成,否則極易縮頸甚至坍孔,根據(jù)本項(xiàng)目施工情況,鉆進(jìn)時(shí)要注意以下幾點(diǎn):1)開始鉆進(jìn)時(shí),尤其是護(hù)筒刃腳處時(shí),應(yīng)低擋慢速鉆進(jìn),使刃腳處有堅(jiān)固的泥皮護(hù)壁。鉆至刃腳下1 m以后,可按土質(zhì)以正常速度鉆進(jìn)。2)在黏土中鉆進(jìn),由于泥漿粘性大,鉆錐所受阻力也大,易糊鉆。宜采用中等轉(zhuǎn)速,稀泥漿鉆進(jìn)。3)在砂土或軟土層鉆進(jìn)時(shí),易塌孔。宜進(jìn)尺稍慢,輕壓低擋慢速,稠泥漿鉆進(jìn)。4)鉆進(jìn)過程中,必須注意檢查鉆機(jī)是否傾斜、移位,檢查方法為利用十字護(hù)樁檢查鉆桿中心位置,用鉛垂和水平尺檢查鉆桿是否垂直,轉(zhuǎn)盤是否水平;同時(shí)通過從泥漿溝中撈取鉆渣樣品,查明土類并記錄,與設(shè)計(jì)資料核對(duì),及時(shí)調(diào)整進(jìn)尺速度,優(yōu)化鉆孔施工技術(shù)。

通過以上措施,在鉆孔施工中,單臺(tái)鉆機(jī)平均25 h便可以完成一根長(zhǎng)度為60 m的鉆孔樁施工,并且成樁質(zhì)量較好。

2.6 清孔換漿

當(dāng)使用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)終孔后,停止進(jìn)尺,稍提鉆頭離孔底20 cm空轉(zhuǎn),并保持泥漿正常循環(huán),以中速壓入比重為1.1～1.2的較純泥漿,把鉆孔內(nèi)懸浮鉆渣較多的泥漿換出,進(jìn)行第1次清孔,根據(jù)鉆孔直徑和深度,換漿時(shí)間約為4 h～6 h。第2次清孔在鋼筋籠下放完后進(jìn)行,灌注前泥漿可以達(dá)到比重1.07～1.10;粘度18 s～20 s;含砂率小于1%;膠體率大于98%。

2.7 鋼筋籠制作與入孔

鋼筋籠在加工場(chǎng)統(tǒng)一加工,采用自動(dòng)滾焊成型機(jī)制作,通過自制雙輪拖車運(yùn)輸?shù)綐段?再使用汽車起重機(jī)起吊入孔。鋼筋籠下放時(shí)須采用直徑75 mm(混凝土保護(hù)層75 mm)的4根鋼管在護(hù)筒頂部均勻分布懸掛協(xié)助鋼筋籠定位,待混凝土澆筑至頂后再拔除;同時(shí)將鋼筋籠4根主筋延長(zhǎng),使其露在孔內(nèi)水面以上,然后恢復(fù)樁位進(jìn)行對(duì)中,對(duì)中好后再用吊筋懸吊;鋼筋籠頂部通過鋼筋與護(hù)筒口焊接相連,以預(yù)防鋼筋籠在混凝土灌注過程中上浮。

2.8 水下混凝土灌注

灌注混凝土前,檢測(cè)孔底沉淀厚度,大于規(guī)定,則采用導(dǎo)管加特制彎管作為進(jìn)漿管再次清孔?；炷敛捎冒韬险旧a(chǎn),混凝土攪拌運(yùn)輸車送至現(xiàn)場(chǎng)。因鉆孔平臺(tái)承載力不高,灌注過程中反復(fù)輪壓勢(shì)必需要隨時(shí)修筑,耽擱時(shí)間較長(zhǎng),不利于混凝土成樁質(zhì)量,故采用鉆機(jī)提升導(dǎo)管,混凝土泵車灌注的方案。采用這一方案,一根混凝土方量在120 m3左右的樁僅需3 h即可灌注完成。

3 特殊情況處理

1)漏漿。孔內(nèi)漏漿多發(fā)生在護(hù)筒刃腳位置,如護(hù)筒土質(zhì)松軟發(fā)現(xiàn)漏漿時(shí),可向孔中倒入適量水泥或膨潤(rùn)土,停止泥漿循環(huán),讓鉆頭空轉(zhuǎn),使?jié)鉂{液擠入孔壁堵住漏漿孔隙,穩(wěn)住泥漿后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

2)縮孔?？s孔是因地層中有遇水膨脹的軟土、黏土泥巖造成的,應(yīng)采用失水率小的優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁。已發(fā)生縮孔時(shí),宜在該處用鉆錐上下反復(fù)掃孔以擴(kuò)大孔徑。

3)擴(kuò)孔。正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆深孔時(shí),一般從主吊鉤以下提引水籠頭,此時(shí)鉆桿到鉆錐全部鉆具重量都作用于鉆孔底部,則細(xì)長(zhǎng)的鉆桿容易受壓而彎曲,從而造成鉆錐擺動(dòng)引起擴(kuò)孔的現(xiàn)象。為避免此現(xiàn)象須采用減壓鉆進(jìn),即將主吊鉤稍提起一些,使孔底承受的鉆壓不超出鉆具總重量扣除浮力后的80%,這樣可使鉆桿不受壓力,而且還受一部分拉力,在整個(gè)鉆進(jìn)過程中因受拉而維持垂直狀態(tài),使鉆錐回轉(zhuǎn)平穩(wěn),避免或減少了斜孔、彎孔和擴(kuò)孔現(xiàn)象。

4)塌孔。塌孔不嚴(yán)重時(shí),可回填至塌孔位置以上,并采取改善泥漿性能、加高水頭等措施處理;塌孔嚴(yán)重時(shí),應(yīng)立即將鉆孔全部用砂或小礫石夾黏土回填,暫停一段時(shí)間后,重新鉆進(jìn)。塌孔部位不深時(shí),可采取深埋護(hù)筒法,將護(hù)筒周圍土夯實(shí),重新鉆孔。

4 樁基檢測(cè)

樁基檢測(cè)方法為:當(dāng)樁長(zhǎng)不大于50 m時(shí)采用小應(yīng)變無破損檢測(cè);當(dāng)樁長(zhǎng)大于50 m時(shí)采用超聲波法進(jìn)行檢測(cè)。本橋主線橋全部采用超聲波法進(jìn)行檢測(cè),目前已經(jīng)檢測(cè)完成70%,全部為Ⅰ類樁。

5 結(jié)語

本橋494根鉆孔灌注樁已經(jīng)全部施工完成,選擇上述施工工藝既保證了樁基成樁質(zhì)量,又加快了工程施工進(jìn)度,起到了不可替代的作用。實(shí)踐也證明,在瀕海地段淺水區(qū)域軟弱地層條件下,采用整體長(zhǎng)護(hù)筒,膨潤(rùn)土泥漿墻護(hù)壁,泵吸正循環(huán)工藝快速施工超長(zhǎng)鉆孔樁的方案是正確的。

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