蘆河特大橋水中區(qū)鉆孔樁施工技術(shù)

鐘 文

(中鐵二局股份有限公司，四川成都610031)

1 工程概況

1.1 橋型簡(jiǎn)介

太中銀鐵路設(shè)計(jì)為旅客列車速度目標(biāo)值160 km/h，預(yù)留200 km/h速度條件，所有橋梁結(jié)構(gòu)滿足200 km/h客貨共線鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要段落為雙線電氣化鐵路。太中銀鐵路楊橋畔蘆河特大橋(以下簡(jiǎn)稱“蘆河特大橋”)斜跨陜西省靖邊縣蘆河，中心里程DK383+838.30，為21～32 m簡(jiǎn)支粱橋，全橋長(zhǎng)695.96 m。位于R=4500曲線及縱坡為4.5‰的上坡道，橋臺(tái)為T形實(shí)體臺(tái)，高度5.47 m、4.99 m，臺(tái)后設(shè)置路橋過(guò)渡段;9#～15#墩為雙線圓形實(shí)體墩(墩高均為25 m)，其它橋墩采用圓端形實(shí)體墩(墩高3.5～14.5 m);基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)(9#－15#墩D=1.5 m，其余墩D=1 m)，樁長(zhǎng)30～50 m，共計(jì)224根，9 376 m，采用沖擊及旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工，均為摩擦樁，樁底置于σ0=200～300 kPa粉砂層上。

橋址處河道寬220 m，與河道呈35°斜交，9#～15#墩均位于河道中，其鉆孔樁基礎(chǔ)樁徑1.5 m，樁長(zhǎng)30～43 m，共計(jì)84根，3276 m。全橋布置如圖1所示。

1.2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況

該橋位地區(qū)地震基本烈度6級(jí)，α=0.05g，Tg=0.35，凍結(jié)深度1.2 m。橋位處地層結(jié)構(gòu)分布由上自下為新黃土、細(xì)砂、粉砂、粉砂巖。底層粉砂承載力σ0=200 kPa。

河道水較淺，水深一般在0.5～1 m。地下水及地表水對(duì)混凝土具有硫酸鹽侵蝕，環(huán)境作用等級(jí)H1。橋梁范圍內(nèi)高程為1285.95 m以下的樁基、承臺(tái)及墩身嚴(yán)格按《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》執(zhí)行。

該橋位于陜西省靖邊縣楊橋畔鎮(zhèn)境內(nèi)，沙漠地形較為平緩，地勢(shì)自西向東緩傾，平均海拔1290 m。

2 總體施工方案

本文主要討論位于河道淺水中的9#－15#墩位處鉆孔樁施工。由于河道中水淺、流量小，在搭設(shè)樁基施工平臺(tái)時(shí)，不建施工棧橋，直接筑島作平臺(tái)，可節(jié)省施工費(fèi)用;同時(shí)，考慮到橋位處地層結(jié)構(gòu)，砂巖強(qiáng)度高，決定采用沖擊鉆機(jī)進(jìn)行樁基成孔施工。

3 施工操作要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

樁基施工前先行沿橋位從河岸向河中填土筑島形成施工平臺(tái)，并順?biāo)鞣较蚵裨O(shè)4根Φ1000 mm過(guò)水涵管保證水流的正常通過(guò)。施工平臺(tái)頂寬20 m，高出附近水面50～80 cm，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)，從而形成鉆孔平臺(tái)。再由測(cè)量組將樁孔進(jìn)行測(cè)量定位，并設(shè)置好護(hù)樁。

3.2 埋設(shè)護(hù)筒

采用厚10 mm的鋼板制作成整體鋼護(hù)筒，直徑1.9 m(直徑比樁徑大40 cm)，長(zhǎng)度4 m。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，護(hù)筒中心軸線應(yīng)對(duì)正測(cè)量標(biāo)定的樁位中心，其偏差不得大于5 cm，并嚴(yán)格保持護(hù)筒的豎直位置(傾斜度＜1%)，符合要求后四周分層回填黏土。

3.3 泥漿制備

(1)泥漿原料盡可能使用膨潤(rùn)土，使用粘土?xí)r應(yīng)符合以下要求:選用塑性指數(shù)大于25，小于0.05 mm粒徑含量大于50%的粘土制漿。

(2)泥漿的循環(huán)和凈化:針對(duì)鉆機(jī)特點(diǎn)，在施工前對(duì)泥漿的循環(huán)和凈化結(jié)合施工場(chǎng)地作合理布置。設(shè)置泥漿池、沉淀池并用循環(huán)槽連接。

橋位處表層鉆孔平臺(tái)土為新填，下部的粉砂層、細(xì)砂層在鉆進(jìn)過(guò)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。

3.4 鉆機(jī)就位

本橋施工采用CZ－30沖擊鉆機(jī)鉆孔，鉆機(jī)就位后，調(diào)平鉆機(jī)，拉好纜風(fēng)繩，將鉆頭中心與樁位中心對(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。

3.5 鉆進(jìn)

3.5.1 開孔

檢查鉆機(jī)機(jī)況完好后，即可開鉆。開孔時(shí)，不要急于進(jìn)尺，放入粘土和小片石，低沖程、高頻率、濃泥漿反復(fù)沖擊，使初成孔堅(jiān)實(shí)、豎直而圓順，在后續(xù)鉆孔過(guò)程中起導(dǎo)向作用。

用十字形鉆頭鉆孔時(shí)，開孔前應(yīng)在孔內(nèi)多放一些粘土，并加適量粒徑不大于15 cm的片石，頂部拋平，用低沖程沖砸(簡(jiǎn)易鉆機(jī)沖程0.5～1.0 m)，泥漿比重1.4～1.6左右，鉆進(jìn)0.5～1.0 m，再回填粘土(如地表為砂土，第二次宜回填1∶1的粘土和碎石;如為軟土和粉砂，即回填粘土和粒徑不大于15 cm的片石。)繼續(xù)以低沖程沖砸。如此反復(fù)兩三次，必要時(shí)多重復(fù)幾次。若使用一字形和管形鉆頭，鉆孔前，宜先注入泥漿。

3.5.2 鉆進(jìn)

(1)鉆進(jìn)過(guò)程中，必須勤松繩、勤抽渣，使鉆頭經(jīng)常沖擊新鮮巖層。要經(jīng)常檢查泥漿比重和含砂率，并填寫泥漿試驗(yàn)記錄表。鉆進(jìn)時(shí)，起落鉆頭速度要?jiǎng)蛩?，不得過(guò)猛或驟然變速。鉆孔應(yīng)一次成孔，中途不得停頓。并按規(guī)范作好鉆孔記錄。

(2)在鉆進(jìn)中通過(guò)堅(jiān)硬密實(shí)卵石層或基巖漂石的土層時(shí)宜采用高沖程(100 cm);在通過(guò)松散砂礫或卵石夾土層時(shí)宜采用中沖程(75 cm)。以免沖程過(guò)高引起坍孔。

(3)在鉆進(jìn)過(guò)程中要均勻放松鋼絲繩的長(zhǎng)度。一般在松軟土層可松繩5～8 cm/次，在密實(shí)堅(jiān)硬土層可松繩3～5 cm/次。以免“打空錘”。

3.5.3 注意事項(xiàng)

(1)沖擊鉆孔，為防止沖擊振動(dòng)使相鄰孔壁坍塌或影響鄰孔剛灌注的混凝土凝固，應(yīng)待鄰孔混凝土灌注完畢，一般經(jīng)24 h(或強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa)后，方可開鉆，并采用對(duì)角施鉆。

(2)升降鉆頭時(shí)須平穩(wěn)，鉆頭提出井口時(shí)要防止撞碰護(hù)筒、孔壁、掛鉤和護(hù)筒底部。

(3)鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進(jìn)行，經(jīng)常對(duì)鉆孔泥漿進(jìn)行試驗(yàn)，不符合要求時(shí)隨時(shí)改正，經(jīng)常注意土層變化，在土層變化處均應(yīng)取渣，判明土層，并填入記錄中，與地質(zhì)圖核對(duì)。

(4)如發(fā)現(xiàn)有失水現(xiàn)象，護(hù)筒內(nèi)水位緩慢下降，應(yīng)補(bǔ)水投粘土。如泥漿太稠，進(jìn)行緩慢時(shí)，應(yīng)抽渣換漿。開孔時(shí)，為了使鉆渣泥漿盡量擠入孔壁，一般不抽渣。待沖砸至護(hù)筒下3～4 m時(shí)(鉆頭頂在護(hù)筒下超過(guò)1 m時(shí))，方可加高沖程正常沖進(jìn)。4～5 m后，方可勤抽渣。鉆進(jìn)時(shí)隨時(shí)注意，保持孔位正確。

(5)鉆孔時(shí)要查看鋼絲繩回彈和回轉(zhuǎn)情況，耳聽沖擊聲音，借以判斷孔底情況。要掌握少松繩的原則，松多了會(huì)減低沖程，過(guò)于松少了猶如落空錘，損壞機(jī)具。松軟地層時(shí)，一般每次松繩5～8 cm，均勻堅(jiān)硬土層3～5 cm。

(6)鉆頭直徑磨損不應(yīng)超過(guò)1.5 cm，應(yīng)經(jīng)常檢查，及時(shí)用耐磨焊條補(bǔ)焊。并常備兩個(gè)鉆頭輪換使用、修補(bǔ)。為防止卡鉆，一次補(bǔ)焊不易過(guò)多，且補(bǔ)焊后在原孔使用時(shí)，宜先用低沖程沖擊一段時(shí)間，方可用較高沖程鉆進(jìn)。

(7)為保證孔形正直，鉆進(jìn)中應(yīng)常用檢孔器檢孔，檢孔器可用圓鋼制成，其高度為鉆孔直徑4－6倍，直徑與鉆頭直徑相同。每鉆進(jìn)4～6 m檢孔一次，接近及通過(guò)易縮孔土層或更換鉆頭前，必須經(jīng)過(guò)檢孔。將檢孔器放到孔底后方可放入新鉆頭。如檢孔器不能沉到原來(lái)已鉆到的深度，或鋼絲繩(拉緊時(shí))的位置偏移護(hù)筒中心時(shí)，則考慮可能發(fā)生了彎孔、斜孔、或縮孔情況，應(yīng)及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

(8)為控制泥漿比重和抽渣次數(shù)，需及時(shí)用抽樣罐放到需測(cè)探深度，取泥漿進(jìn)行檢驗(yàn)，及時(shí)向孔內(nèi)灌注泥漿或投碎粘土。抽渣后，應(yīng)測(cè)孔一次，再分批投粘土，直到泥漿比重達(dá)到正常為止。沖孔時(shí)每隔3～4 h，將鉆頭或抽渣筒在孔內(nèi)上下提幾次，把下面的泥漿拉上來(lái)，以護(hù)孔壁。

3.6 驗(yàn)孔、清孔

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對(duì)孔位中心偏差、孔徑、孔深、垂直度等采用測(cè)繩、檢孔器等進(jìn)行全面檢查(允許偏差見表1)，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，應(yīng)進(jìn)行清孔。其目的是在于使沉淀層盡可能減薄，提高孔底承載力，同時(shí)也為了灌注混凝土?xí)r保證質(zhì)量，不出現(xiàn)故障。采用抽渣法清孔直到用手摸泥漿無(wú)2－3 mm大的顆粒且比重在規(guī)定指標(biāo)之內(nèi)時(shí)為止。清孔時(shí)及時(shí)向孔內(nèi)注入清水或新鮮泥漿。灌注混凝土前進(jìn)行二次清孔，采用導(dǎo)管連接泥漿泵，壓入清漿，換漿清孔，沉渣厚度摩擦樁不超過(guò)30 cm。

清孔完畢后，用檢孔器對(duì)鉆孔樁成孔孔徑、孔深進(jìn)行檢查，并報(bào)監(jiān)理工程師核實(shí)地質(zhì)情況，對(duì)孔徑、孔深、孔位、垂直度、孔底沉渣厚度等進(jìn)行檢查，灌注前泥漿可以達(dá)到比重1.07～1.10、粘度18～20 s、含砂率小于1%、膠體率大于98%，合格后方可進(jìn)行混凝土的灌注。

表1 鉆孔樁允許偏差

3.7 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(guò)自制雙輪拖車運(yùn)輸?shù)綐段唬闷嚻鹬貦C(jī)起吊入孔。鋼筋籠每2 m在籠身上均勻安裝4個(gè)保護(hù)層墊塊;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(guò)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(guò)程中上浮。

3.8 灌注水下混凝土

水下混凝土采用直徑25～30 cm鋼導(dǎo)管，導(dǎo)管使用前應(yīng)做水密性試驗(yàn)。在安裝導(dǎo)管時(shí)檢查連接絲口墊圈完好，保證其密閉性。安裝導(dǎo)管的過(guò)程中仔細(xì)記錄安裝順序和長(zhǎng)度，作為灌樁拆管的依據(jù)。

混凝土坍落度控制在180～220 mm。灌注前用循環(huán)泥漿泵抽水沖射孔底3～5 min，翻動(dòng)沉淀物，然后立即灌注水下混凝土，宜一次性連續(xù)灌注完成，不得間斷。灌注過(guò)程中派專人作好混凝土灌注記錄，隨時(shí)測(cè)量混凝土表面高度及導(dǎo)管埋入混凝土的深度，保證導(dǎo)管任何時(shí)候埋入混凝土的深度不小于2 m，亦不大于6 m?；炷翝仓粮叱鲈O(shè)計(jì)樁頂100 cm為止。水下混凝土灌注完畢，拆除導(dǎo)管，慢速將護(hù)筒拔出，回收利用。

4 鉆孔樁常見問(wèn)題處理

4.1 坍孔

孔口坍塌容易發(fā)現(xiàn)，而孔內(nèi)坍塌則需仔細(xì)觀察現(xiàn)象，如孔內(nèi)水位突然下降;孔口水面冒細(xì)密的水泡;出土量顯著增加，沒(méi)有進(jìn)尺或進(jìn)尺甚小;孔深突然變淺，鉆頭達(dá)不到原來(lái)的孔深;鉆機(jī)負(fù)荷顯著增加等等，均表明孔內(nèi)已有坍塌。預(yù)防和處理方法為:

(1)在松散的粉砂土、淤泥層或流砂中鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)控制進(jìn)尺，選用較大比重、粘度、膠體率的優(yōu)質(zhì)泥漿(或投入粘土、片石低錘沖擊使粘土膏、片石等擠入孔壁)。

(2)如孔口坍塌，可回填重新埋設(shè)護(hù)筒再鉆?；蛳落撟o(hù)筒至未坍處以下至少1 m。

(3)孔內(nèi)坍塌不嚴(yán)重者，可加大泥漿比重繼續(xù)鉆進(jìn)。較嚴(yán)重者，可回填砂石或粘土混合物到坍塌位置以上1～2 m，甚至全部回填再鉆。若坍塌埋住鉆頭，應(yīng)先清孔，后提起鉆頭。

(4)嚴(yán)格控制沖程高度。

4.2 彎孔

在鉆孔時(shí)，由于鉆孔方向傾斜產(chǎn)生彎孔，嚴(yán)重者影響鋼筋籠的安裝和樁的質(zhì)量。預(yù)防和處理方法為:

(1)安裝鉆機(jī)時(shí)要使轉(zhuǎn)盤、底座平正。起重滑車緣與固定鉆桿的卡孔和護(hù)筒中心三者應(yīng)在一根豎直線上，并經(jīng)常檢查校正。

(2)彎孔不嚴(yán)重時(shí)，可重新調(diào)整鉆機(jī)繼續(xù)鉆進(jìn)。沖擊鉆孔應(yīng)回填粘土夾砂卵石或小片石至彎孔以上0.5 m，待沉積或用低沖程沖擊密實(shí)后再鉆進(jìn)。不得用沖擊鉆頭直接修孔，以免卡鉆。

4.3 糊鉆

沖擊鉆進(jìn)時(shí)，可降低沖程，降低泥漿稠度，在粘土層上回填部分砂、礫石防止吸住沖擊鉆頭。

4.4 縮孔

地層中夾有塑性土壤(俗稱橡皮土)，遇水膨脹后使孔徑縮小。或鉆頭磨損嚴(yán)重未及時(shí)補(bǔ)焊，鉆出小于設(shè)計(jì)樁徑的孔。遇到這種情況時(shí)，可采用上下反復(fù)掃孔的方法擴(kuò)大、或回填砂粘土，待密實(shí)后重鉆。

4.5 梅花孔

梅花孔或探頭石(即孔形不圓有局部孔壁凸進(jìn))是沖擊鉆孔經(jīng)常遇見的事故，其原因是:泥漿太稠，妨礙鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng);轉(zhuǎn)向裝置失靈，鉆頭總在一個(gè)方向上下沖擊;操作時(shí)鋼絲繩太松，或沖程太低，鉆頭得不到充分轉(zhuǎn)向時(shí)間，這樣就容易在基巖中形成梅花孔。在非勻質(zhì)地層如漂、卵石層、堆積層等易出現(xiàn)探頭石。當(dāng)出現(xiàn)以上情況時(shí)，一般用強(qiáng)度高于基巖或探頭石的碎石或片石回填重鉆。

4.6 卡鉆

鉆頭在距孔底一定高度卡住，提不上來(lái)，但向下可以活動(dòng)為上卡。在孔底卡住，無(wú)法活動(dòng)為下卡?？ㄣ@后處理方法為:

(1)上下提動(dòng)鉆頭，使之旋轉(zhuǎn)，并用撬棍配合，左右反復(fù)撥動(dòng)大繩，使鉆頭能沿下落的原道提出。

(2)用小鉆頭沖擊卡鉆一邊孔壁或鉆頭，使鉆頭松動(dòng)后，再起吊。

(3)先探準(zhǔn)障礙物的位置，收緊鉆頭大繩，可用沖、吸的方法將卡鉆處松動(dòng)后提出。

(4)在無(wú)活動(dòng)余地的情況下，可用強(qiáng)提法，強(qiáng)提的支撐枕木垛位置要離孔口范圍遠(yuǎn)一些，以免孔口坍塌，并用保險(xiǎn)繩，以免拉掉大繩而掉鉆。具體可用滑車組、杠桿、千斤頂?shù)绒k法使力拉拔鉆頭。在處理過(guò)程中，要繼續(xù)攪拌泥漿，以防沉淀埋鉆。

4.7 掉鉆

掉鉆后，應(yīng)及時(shí)摸清情況，如孔深，鉆頭是否偏斜，有無(wú)坍孔等，若鉆頭埋住，應(yīng)首先清孔，使打撈工具能接觸鉆頭。打撈方法有以下幾種:

(1)打撈叉法:當(dāng)沖擊鉆頭或沖抓鉆頭鋼絲繩折斷或鋼絲繩卡松脫，在鉆頭上留下不少于2 m鋼絲繩時(shí)，可采用叉式撈針在孔內(nèi)上下提動(dòng)，將短鋼絲繩卡住提出鉆頭。

(2)鉤取法:鉆頭上預(yù)先焊有鋼筋環(huán)或打撈橫梁等，可用鉤子掛取。

(3)套繩法:將單繩套(或雙繩套)套住沖擊鉆頂端。有困難時(shí)可用帶有套繩的導(dǎo)圈，導(dǎo)圈固定在有剛度的桿上或抽渣筒下端，送到預(yù)先探準(zhǔn)的位置上，將鉆頂端套住，收緊套繩取出。當(dāng)孔內(nèi)掉進(jìn)零星落物或工具時(shí)，可用電磁鐵吸取或沖抓鉆頭取出。

5 結(jié)束語(yǔ)

本橋224根鉆孔灌注樁(其中淺水區(qū)沖擊鉆成孔84根)已經(jīng)全部施工完成，經(jīng)檢測(cè)全部為I類樁。選擇上述施工工藝既保證了樁基成樁質(zhì)量、加快了工程施工進(jìn)度，又節(jié)省了施工成本在淺水區(qū)域軟弱地層條件下，采用整體長(zhǎng)護(hù)筒，膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁工藝快速施工超長(zhǎng)鉆孔樁的方案是正確的。

［1］黃木榮.橋梁鉆孔灌注樁施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)［J］.山西建筑，2009，35(15):99－100

［2］林遠(yuǎn)華.淺析橋梁工程鉆孔樁施工鉆機(jī)選型［J］.重慶建筑，2008(6):75

［3］林輝杰.淺談鉆孔灌注樁施工技術(shù)和質(zhì)量控制［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008(8):33

［4］王建清，翁文浩.公路橋梁鉆孔灌注樁施工工藝及質(zhì)量控制［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009(13):107