高水位涌砂夾層地質(zhì)鉆孔樁施工技術(shù)

趙立波

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧 大連 116100)

1 工程概況

大連某高速公路工程大楊屯特大橋(DK58+759.15)為42－32 m雙線簡(jiǎn)支橋梁，全長(zhǎng)1419.81 m，本橋基礎(chǔ)均采用摩擦樁基礎(chǔ)，樁基共計(jì)478根，其中1.25 m樁徑80根，1.0 m樁徑398根。本橋地質(zhì)主要分成三層，上部為0～10 m厚的淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、黏土等組成的軟土覆蓋層;中部為3～30 m厚砂和風(fēng)化成中粗砂狀的300 kPa花崗片麻巖;底部15～40 m為600 kPa花崗片麻巖，本橋地下穩(wěn)定水位為0.2～8.5 m。本橋地質(zhì)比較特殊，中部花崗片麻巖被風(fēng)化成了中粗砂狀的土層，其強(qiáng)度約300 kPa，一般情況下，裸露的巖石也很難風(fēng)化成砂，且地下穩(wěn)定水位較高，因此存在較大的塌孔，甚至流砂、涌砂危險(xiǎn)。

2 常規(guī)技術(shù)措施及效果

根據(jù)本橋具體地質(zhì)情況，結(jié)合塌孔線形，分別提出了如下具體鉆孔技術(shù)方案。

(1)措施一:黃黏土造漿做護(hù)壁，鉆進(jìn)時(shí)泥漿比重1.3;孔內(nèi)填片石加固砂層和300 kPa花崗片麻巖層;2 m鋼護(hù)筒。當(dāng)鉆進(jìn)深度為26.4 m時(shí)發(fā)現(xiàn)泥漿頂面出現(xiàn)大量氣泡，判斷出現(xiàn)塌孔。

(2)措施二:黃黏土造漿做護(hù)壁，鉆進(jìn)時(shí)泥漿比重1.7;同時(shí)向孔內(nèi)填片石加固砂層和300 kPa花崗片麻巖層;鋼護(hù)筒長(zhǎng)度6 m。鉆至護(hù)筒底以下2 m時(shí)發(fā)現(xiàn)塌方，黃褐色流砂由四周涌向孔內(nèi)，瞬間填滿。

(3)措施三:黃黏土加膨潤(rùn)土、纖維素、純堿造漿做護(hù)壁，鉆進(jìn)時(shí)泥漿比重1.2;6 m鋼護(hù)筒。當(dāng)鉆進(jìn)深度為33 m，發(fā)現(xiàn)護(hù)筒周圍地面開裂，泥漿頂面出現(xiàn)大量氣泡，判斷出現(xiàn)塌孔。

(4)措施四:黃黏土加膨潤(rùn)土、纖維素、純堿造漿做護(hù)壁，鉆進(jìn)時(shí)泥漿比重1.4;8 m鋼護(hù)筒。當(dāng)鉆進(jìn)深度為12 m，發(fā)現(xiàn)護(hù)筒周圍地面開裂、下陷，判斷出現(xiàn)塌孔。

(5)措施五:黃黏土加膨潤(rùn)土、纖維素、純堿造漿做護(hù)壁，鉆進(jìn)時(shí)泥漿比重1.6;9.5 m鋼護(hù)筒。鉆進(jìn)比較順利，施工單位實(shí)測(cè)鉆進(jìn)深度為28.1 m;監(jiān)理檢孔孔深27.95 m，沉渣厚度15 cm，現(xiàn)場(chǎng)下鋼筋籠、導(dǎo)管，導(dǎo)管下完后測(cè)孔深27 m，沉渣1.1 m，護(hù)筒周圍地面開裂，護(hù)筒下沉，判斷出現(xiàn)塌孔，立即拔導(dǎo)管及吊鋼筋籠、護(hù)筒。

(6)措施六:先在砂層注水泥、水玻璃雙液漿加固，黃黏土加膨潤(rùn)土、纖維素、純堿造漿做護(hù)壁，配合8 m鋼護(hù)筒的試驗(yàn)方案。鉆進(jìn)13 cm左右，出渣量很大，并且渣樣為7～9 m時(shí)的中砂，泥漿頂面出現(xiàn)少量氣泡，判斷出現(xiàn)塌孔，吊出護(hù)筒抽出孔內(nèi)泥漿，回填塌孔。

經(jīng)試驗(yàn)，證明針對(duì)本橋的特殊地質(zhì)情況，采取常規(guī)的處理方案不能有效避免塌孔，甚至基本沒有效果。為此提出了如下具體的特殊處理技術(shù)方案。

3 高水位涌砂夾層鉆孔施工方案

鑒于針對(duì)以上常規(guī)處理技術(shù)方案均宣告失敗的情況，參建單位在現(xiàn)場(chǎng)召開了技術(shù)方案討論會(huì)，針對(duì)深層砂層以及風(fēng)化成砂狀的巖石(流砂)無(wú)法成樁問題做了探討，一致認(rèn)為最直接、最有效的措施就是鋼護(hù)筒或鋼筋混凝土圓管跟進(jìn)至塌孔層，可保證樁基成樁質(zhì)量，但由于鋼護(hù)筒或鋼筋混凝土圓管跟進(jìn)降低了摩擦力，樁基需要經(jīng)過設(shè)計(jì)院驗(yàn)算才能確定最終長(zhǎng)度，等待變更的時(shí)間較長(zhǎng)。會(huì)后經(jīng)過多方考慮，決定將以上措施綜合使用進(jìn)行試驗(yàn)，具體如下。

3.1 鋼護(hù)筒跟進(jìn)

在鋼護(hù)筒能拔出來(lái)的前提下，跟進(jìn)的鋼護(hù)筒要盡量長(zhǎng)。根據(jù)前期的試驗(yàn)，跟進(jìn)的鋼護(hù)筒長(zhǎng)度定為8 m，鋼板厚度15 mm，護(hù)筒內(nèi)徑1.5 m。先安裝長(zhǎng)度為2 m的護(hù)筒護(hù)住孔口，然后鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度超過2 m時(shí)對(duì)鋼護(hù)筒采取焊接的方式接長(zhǎng)、跟進(jìn)，直至8 m護(hù)筒全部跟進(jìn)完。樁基混凝土灌注完畢立即利用2臺(tái)吊車、1臺(tái)挖掘機(jī)提拔護(hù)筒。護(hù)筒拔出后按2 m一節(jié)分段割開，能修整部分的進(jìn)行修整重復(fù)利用，不能修整的部分作廢棄處理，按此護(hù)筒平均可以重復(fù)利用3次。

3.2 砂層(300 kPa花崗片麻巖)加固

先進(jìn)行注漿加固，加固3 d后進(jìn)行鉆進(jìn)，邊鉆邊護(hù)筒跟進(jìn)。鉆至護(hù)筒底時(shí)加入水泥、短鋼筋、片石等進(jìn)行干鉆(不加泥漿)，將以上材料擠入砂層進(jìn)行再次加固，鉆至護(hù)筒底以下5 m后注入造好的泥漿做護(hù)壁，繼續(xù)鉆進(jìn)，直至成孔。具體注漿措施:材料采用的注漿材料有鋼管水泥、水玻璃。漿液配合比:水泥∶水玻璃∶水=551.3∶124∶441.1(1∶0.22∶0.8，水灰比:0.8)。成孔導(dǎo)管:50鋼管，在鋼管底部2 m范圍內(nèi)打孔，梅花形布置，間距20 cm。機(jī)具、設(shè)備:注漿機(jī)(最大壓力:3 MPa)、水泥凈漿攪拌機(jī)、挖掘機(jī)、15 kW 發(fā)電機(jī)。

3.3 注漿施工

(1)根據(jù)圖紙顯示的砂層及300 kPa巖層的深度及注漿機(jī)性能，確定每個(gè)注漿孔采用10 m長(zhǎng)鋼管注漿。鋼管分兩次打入地下，第一次使用6 m鋼管(底部2 m范圍內(nèi)打好孔)，第二次用4 m鋼管(底部不打孔)，兩根鋼管間采用焊接方式。

(2)利用挖掘機(jī)將鋼管打入地下。鋼管橫橋向間距60 cm，順橋向間距70 cm布置于樁間，距離樁邊不小于30 cm。

(3)現(xiàn)場(chǎng)采用電子秤稱量水、水泥、水玻璃，首先將稱量好的水加入水泥凈漿攪拌機(jī)，然后按照配合比加入水泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁酀{攪拌均勻后加入水玻璃攪拌2～3 min。

圖1 注漿示意

(4)啟動(dòng)注漿機(jī)對(duì)鋼管注漿。注漿壓力先控制在0.5～1.0 MPa，根據(jù)注漿效果再增加或降低壓力。邊注漿邊提鋼管，使砂層能均勻注漿。

(5)注漿完畢后平整場(chǎng)地，具體注漿布置情況如圖1所示。

采取以上措施對(duì)9號(hào)～41號(hào)墩進(jìn)行了鉆孔施工，雖然仍有個(gè)別樁發(fā)生過局部塌孔情況，但大部分能夠成孔，整體施工效果比較理想。

4 結(jié)論及建議

本文針對(duì)大連某高速公路工程大楊屯特大橋具體工程地質(zhì)情況，在進(jìn)行多次常規(guī)不利地質(zhì)情況下鉆孔施工方案試驗(yàn)均失敗后，提出了注漿加固涌砂層，護(hù)筒跟進(jìn)的鉆孔樁施工技術(shù)方案。工程應(yīng)用實(shí)踐證明，此方案是可行的，能夠較好的避免塌孔的發(fā)生，取得了較好的效果。但在施工中應(yīng)注意如下施工注意事項(xiàng)。

(1)先進(jìn)行注漿加固涌砂層，加固3天后等注漿具有一定強(qiáng)度后再進(jìn)行鉆進(jìn)施工，切不可操之過急。

(2)在鉆孔施工過程中，一定要控制鉆進(jìn)速度，保證泥漿護(hù)壁的形成效果。

(3)隨時(shí)觀察鉆進(jìn)情況和出渣情況，發(fā)現(xiàn)有異常情況，馬上停止鉆進(jìn)，采取果斷措施進(jìn)行處理。

［1］JGJ 79－91建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］

［2］張誠(chéng)厚.高速公路軟基處理［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997

［3］JTJ 041－2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］