隴南卵石層地層沖擊鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)討論

摘 要：樁基礎(chǔ)以其承載力大，施工簡單，造價(jià)低等特點(diǎn)，被廣泛用于各種橋梁和高層建筑的基礎(chǔ)中。中鐵十三局集團(tuán)有限公司承建的沙壩特大橋，橋址地層巖性變化較大，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，尤其在卵石層中鉆進(jìn)更是困難重重。在現(xiàn)場的樁基礎(chǔ)鉆孔施工中，克服了地質(zhì)條件不好，等客觀因素，精心組織施工，總結(jié)出了切實(shí)可行的施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：卵石層 沖擊鉆孔 施工技術(shù)

中圖分類號：TU472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0037-02

樁基礎(chǔ)以其承載力大，施工簡單，造價(jià)低等特點(diǎn)，被廣泛用于各種橋梁和高層建筑的基礎(chǔ)中。我中鐵十三局集團(tuán)有限公司承建的沙壩特大橋，全長2424.46 m，橋臺采用T型橋臺，圓端型橋墩，基礎(chǔ)采用直徑1.25 m鉆孔樁基礎(chǔ)。由于甘肅隴南地區(qū)區(qū)域特殊，在現(xiàn)場的樁基礎(chǔ)施工中，需要克服地質(zhì)條件不好，交通條件不利等種種客觀因素，為確保工程施工質(zhì)量，保證工程按計(jì)劃順利完成，結(jié)合該工程的施工，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，以企對類似工程的施工由一定的借鑒意義。

1 工程概況

我集團(tuán)承建的沙壩特大橋位于甘肅省隴南市境內(nèi)，全長2424.46 m。該橋橋臺采用T型橋臺，圓端型橋墩，基礎(chǔ)采用直徑1.25 m鉆孔樁基礎(chǔ)和挖井基礎(chǔ)。其中0#臺～5#墩為挖井基礎(chǔ)，7墩#～74#臺為鉆孔樁基礎(chǔ)，鉆孔樁樁長為17～45 m。樁基礎(chǔ)地質(zhì)上部為薄層砂質(zhì)黃土、細(xì)角礫土、粗、細(xì)圓礫土，樁基大部分位于卵石土層中。

2 樁孔樁施工整體方案

2.1 鉆機(jī)的選用

樁基鉆孔施工主要選用鋼繩沖擊鉆機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)是在堅(jiān)硬的地質(zhì)中進(jìn)尺速度較快、機(jī)動(dòng)靈活、經(jīng)濟(jì)效益良好。其原理為鋼絲繩系結(jié)帶合金鉆頭，在動(dòng)力系統(tǒng)的牽引下，提升至一定高度處，松開剎車，讓鉆頭做自由落體沖擊鉆孔，將孔內(nèi)大顆粒擠壓進(jìn)周壁或?qū)⒙咽┧槌杉?xì)顆粒，用泥漿泵注入優(yōu)質(zhì)泥漿將細(xì)顆粒沖出孔外，然后注入泥漿進(jìn)行護(hù)壁和鉆孔，如此循環(huán)直至完成鉆孔。

2.2 沖擊鉆機(jī)施工方法

2.2.1 泥漿池的設(shè)置

為盡量減少泥漿的排放污染，同時(shí)又要滿足樁基施工生產(chǎn)的需要。泥漿池的設(shè)置采取集中布置的方式，即每個(gè)墩的鉆孔樁共用一個(gè)長×寬×高=7×4×2.5 m的泥漿池（挖掘機(jī)成型），遠(yuǎn)離便道一側(cè)靠近紅線邊。泥漿池挖出的土一部分堆在周圍做成土埂，土埂寬1.5 m，高1 m距泥漿池邊1 m，土埂在兩端留1 m左右的缺口。泥漿池周圍需要設(shè)置圍護(hù)裝置，采用Φ40鋼管刷紅白相間的油漆做成1.2 m高的圍欄，掛上醒目的警示標(biāo)志，圍欄采用周圍一圈掛彩色三角旗。

2.2.2 測量定位

根據(jù)已布設(shè)線路導(dǎo)線坐標(biāo)，計(jì)算鉆孔樁樁位坐標(biāo)，使用全站儀放出樁位并設(shè)置護(hù)樁，護(hù)樁的設(shè)置，必須設(shè)在比較穩(wěn)固地點(diǎn)，距離中心樁2～4 m，呈十字形。

2.2.3 護(hù)筒加工與埋設(shè)

護(hù)筒長度為2.0 m以上，采用6～10 mm厚鋼板制作，并保證堅(jiān)實(shí)、不漏水。護(hù)筒內(nèi)徑大于設(shè)計(jì)樁徑不少于20 cm且大于鉆頭直徑40 cm，在護(hù)筒口下40 cm處設(shè)一30 cm×30 cm出漿孔。鋼護(hù)筒的焊縫密實(shí)，無孔洞不漏水，鋼護(hù)筒在澆筑混凝土后拔出，重復(fù)利用。護(hù)筒埋設(shè)前先在樁位處挖設(shè)探坑，探明確認(rèn)無地下管線后方可埋設(shè)護(hù)筒。因地質(zhì)原因，鋼護(hù)筒采用人工埋設(shè)，四周用粘土夯填密實(shí)。護(hù)筒頂高出地面0.5 m，護(hù)筒的埋設(shè)深度不小于1.5 m，筒頂高出地下水位1.5～2.0 m。鋼護(hù)筒埋設(shè)中心的平面誤差≤50 mm，傾斜度≤1%。護(hù)筒埋設(shè)完成后，由護(hù)樁拉出十字線核定樁中心位置。

2.2.4 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位前，應(yīng)對主要機(jī)具及配套設(shè)備進(jìn)行檢查、維修，底架應(yīng)平整，保持穩(wěn)定，不得產(chǎn)生位移和沉陷。鉆孔前，按施工設(shè)計(jì)所提供的地質(zhì)、水文資料繪制地質(zhì)剖面圖，掛在鉆臺上。針對不同地質(zhì)層選用不同的鉆頭、鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)速度及適當(dāng)?shù)哪酀{比重。

2.2.5 鉆孔施工

鉆機(jī)安裝及鉆孔，安裝鉆機(jī)時(shí)，底架墊平，保持穩(wěn)定，使不產(chǎn)生位移和沉陷，鉆機(jī)頂端用纜風(fēng)繩對稱拴牢拉緊。鉆孔過程中，起落鉆頭速度均勻，不過猛或驟然變速，以免碰撞孔壁或護(hù)筒。孔內(nèi)出碴，不能堆積在鉆孔周圍。開鉆前，在護(hù)筒內(nèi)多加一些粘土。地表土層疏松時(shí)，還要混和加入一定數(shù)量的小片石，然后注入泥漿和清水，借助鉆頭的沖擊把泥膏、石塊擠向孔壁，以加固護(hù)筒腳。為防止沖擊振動(dòng)使鄰孔坍塌或影響鄰孔已灌注混凝土的凝固，必須等鄰孔混凝土灌注完畢并達(dá)到一定的強(qiáng)度后方可開始鉆孔。沖擊鉆孔開始時(shí)宜用小沖程，當(dāng)孔底在護(hù)筒腳下3～4 m后，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加大沖程。鉆機(jī)安裝處先整平夯實(shí)，以免在鉆孔過程中鉆機(jī)發(fā)生傾斜和下陷而影響成孔的質(zhì)量。鉆機(jī)必須固定牢固，嚴(yán)禁在鉆孔過程中鉆機(jī)移位。鉆孔時(shí)，隨時(shí)察看鋼絲繩的回彈情況，耳聽鉆錐的沖擊聲，以判別孔底情況，掌握勤松動(dòng)，少量松繩的原則；孔內(nèi)泥漿水平面須高出護(hù)筒腳至少0.5 m以上，以免泥漿面蕩漾損壞護(hù)筒腳孔壁，但比護(hù)筒頂面低0.3 m，防止泥漿溢出；沖擊過程中勤抽碴，勤檢查鋼絲繩和鉆頭的磨損情況，預(yù)防安全質(zhì)量事故的發(fā)生。鉆孔作業(yè)應(yīng)分班連續(xù)進(jìn)行，填寫鉆孔施工記錄，交接班時(shí)應(yīng)交待鉆進(jìn)情況及下一班應(yīng)注意事項(xiàng)。應(yīng)經(jīng)常對鉆孔泥漿及鉆機(jī)對位進(jìn)行檢測，不符合要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)改正。應(yīng)經(jīng)常注意地層變化，在地層變化處撈取樣渣保存。因故停鉆時(shí)，鉆機(jī)應(yīng)將鉆頭提離孔底5 m以上。鉆孔過程中應(yīng)經(jīng)常檢查并記錄土層變化情況，并與地質(zhì)剖面圖核對。樁外土體隨時(shí)用裝載機(jī)清離孔口，防止土體壓力過大造成孔壁坍塌，然后再用自卸汽車運(yùn)至棄土場。

2.2.6 檢孔與清孔

鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用探孔器檢查孔徑、孔深、孔位、豎直度，待檢測合格后，及時(shí)清孔。清孔應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無2～3 mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20 s，澆筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于30 cm。嚴(yán)禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔。

3 技術(shù)難題與解決措施

由于沙壩特大橋地質(zhì)情況復(fù)雜，地層巖性變化較大，鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中困難較多，尤其是在卵石層中，經(jīng)常發(fā)生鉆孔進(jìn)度慢，鉆孔偏斜、卡鉆、塌孔等一系列鉆孔病因。

3.1 鉆孔偏斜

鉆孔樁開工前期時(shí)，發(fā)生過幾例鉆孔偏斜的問題，雖然斜率在技術(shù)指南要求范圍之內(nèi)，但在實(shí)際施工中造成了鋼筋籠難以吊放到孔內(nèi)指定標(biāo)高，或?qū)Ч鼙讳摻罨\卡住，無法下放。對于這些情況，我們認(rèn)真觀察，仔細(xì)分析，其原因主要有與下兩點(diǎn)因素有關(guān)。

3.1.1 鉆機(jī)定位與支撐

鉆機(jī)定位不精確，支撐不穩(wěn)定，鋼繩中心、鉆頭中心、護(hù)筒中心未在同一豎直線上，以致發(fā)生了鉆孔偏斜，不但浪費(fèi)了人力物力，還不能保證優(yōu)良的工程質(zhì)量。所以，鉆機(jī)安裝前，應(yīng)控制鉆機(jī)和鉆架的穩(wěn)固可靠、位置準(zhǔn)確。鉆機(jī)安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，并檢查下列各項(xiàng)：（1）鉆機(jī)平臺、鉆機(jī)及鉆架穩(wěn)定牢固，不產(chǎn)生位移及沉降。（2）鉆架垂直及機(jī)身水平，鉆架上的起吊滑輪組與轉(zhuǎn)盤中心應(yīng)在同一鉛垂線上。（3）鉆頭、鋼繩中心與護(hù)筒中心的偏差不得大于5 cm。（4）電力及機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

3.1.2 鉆機(jī)沖程的控制

鉆孔沖程的控制也關(guān)系到成樁質(zhì)量的好壞，如果控制不好，則會(huì)導(dǎo)致鉆孔傾斜的發(fā)生。開始鉆孔時(shí)應(yīng)采用小沖程開孔，待鉆進(jìn)深度超過鉆頭全高加正常沖程后方可進(jìn)行正常沖擊鉆孔，沖程應(yīng)根據(jù)土層情況分別確定：一般在通過堅(jiān)硬密實(shí)卵石層或基巖漂石之類的土層中應(yīng)采用大沖程。在通過松散砂、礫類土或卵石夾土層中應(yīng)采用中沖程。在通過高液限粘土，含礫低液限粘土?xí)r，采用中沖程.在宜坍塌或流砂地段宜采用小沖程，并應(yīng)提高泥漿的粘度和相對密度。鉆進(jìn)過程中，應(yīng)勤松繩和適量松繩，不得打空錘，勤取碴，使鉆頭經(jīng)常沖擊新鮮地層。每次松繩量應(yīng)按地質(zhì)情況，鉆頭形式，鉆頭重量決定。

3.2 塌孔

因沙壩特大橋橋址地層巖性變化較大，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生塌孔事件，對此我們分析原因，對鉆機(jī)的工作情況，性能，工序等一系列問題進(jìn)行跟蹤調(diào)查，主要原因就在于鉆孔過程中的泥漿。而泥漿池的修建，孔內(nèi)泥漿面高度的控制，泥漿的制備都與其有著密不可分的聯(lián)系。

3.2.1 泥漿池的修建

泥漿的主要功能有兩點(diǎn)：一是保持地層和孔壁相對的穩(wěn)定，封閉土及砂層孔壁的空隙，使鉆孔的整體性得到保證。二是在巖層施工中降低鉆頭溫度，防止鉆頭過熱熔化造成質(zhì)量事故。所以泥漿的循環(huán)通暢是鉆孔施工中質(zhì)量保證的重要條件。如果泥漿池離鉆孔距離遠(yuǎn)，循環(huán)不暢，將出現(xiàn)循環(huán)間歇的現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔中泥漿密度的降低，從而導(dǎo)致孔壁土剝離，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)塌方。如果灌注過程中剝離孔壁土摻入混凝土中勢必降低混凝土的標(biāo)號，甚至出現(xiàn)斷樁，影響工程的進(jìn)度和質(zhì)量。所以泥漿池的修建一定要靠近鉆孔，保證泥漿循環(huán)通暢。

3.2.2 孔內(nèi)泥漿面高度的控制

孔內(nèi)泥漿高度的控制是曾經(jīng)忽略過的一個(gè)問題，施工進(jìn)行中時(shí)，把注意力都集中在鉆孔而忽略了孔內(nèi)泥漿高度的控制。在鉆孔中沒有觀察到泥漿面的突然下降，而繼續(xù)鉆進(jìn)，這導(dǎo)致了塌孔。其原因是由于卵石層土質(zhì)間隙比較大，滲水率也比較大，而在其滲水的過程中沒有及時(shí)的補(bǔ)充泥漿，起不到泥漿護(hù)壁的作用，導(dǎo)致塌方。在施工中，加強(qiáng)孔內(nèi)泥漿面高度的控制，由專人負(fù)責(zé)控制，在護(hù)筒內(nèi)側(cè)設(shè)立標(biāo)尺，漿液面基本穩(wěn)定在護(hù)筒溢流口下20 cm處，當(dāng)水位下降時(shí)及時(shí)補(bǔ)充水，并加入一定量的粘土進(jìn)行攪拌，如在較高的泥漿比重下，漿液依然流失，則在孔內(nèi)充填粘土，不加水反復(fù)沖擊，將粘土擠壓進(jìn)空壁周邊空隙中，再加水形成漿液沖擊通過不穩(wěn)定層。

3.2.3 泥漿的制備

泥漿的制備直接關(guān)系著孔壁的穩(wěn)定和鉆孔質(zhì)量的好壞，特別在卵石土地層中，更為重要。漿液比重過小，其粘滯力小，鉆頭在漿液中穿越的阻力小，其有效功大，相應(yīng)鉆孔速度大，但是卵石層中的空隙得不到填塞，起不到護(hù)壁的作用，容易塌孔。反之泥漿比重過大，又影響鉆進(jìn)速度。所以選用優(yōu)質(zhì)的泥漿性能指標(biāo)極其重要。

泥漿的主要性能有：泥漿比重，粘度，靜切力、含砂率、膠體率、失水率、酸堿度。制備泥漿的粘土應(yīng)選擇水化快、造漿能力強(qiáng)、粘度大的膨脹土或接近地表經(jīng)過凍融的粘土為好。調(diào)制泥漿前，應(yīng)先把粘土塊打碎，使其攪拌時(shí)易于成漿，縮短攪拌時(shí)間，提高泥漿的質(zhì)量。因沙壩特大橋樁基均為鉆孔較淺，且為易坍地層，所以要求泥漿的穩(wěn)定性能要高。真對此項(xiàng)內(nèi)容，我們選用優(yōu)質(zhì)的泥漿性能指標(biāo)，見表1所示。

3.3 鉆機(jī)沖程的控制

鉆孔沖程的控制也關(guān)系到成樁質(zhì)量的好壞，如果控制不好，則會(huì)導(dǎo)致偏孔，卡鉆，掉鉆等一系列問題的發(fā)生。開始鉆孔時(shí)應(yīng)采用小沖程開孔，待鉆進(jìn)深度超過鉆頭全高加正常沖程后方可進(jìn)行正常沖擊鉆孔，沖程應(yīng)根據(jù)土層情況分別規(guī)定：（1）一般在通過堅(jiān)硬密實(shí)卵石層或基巖漂石之類的土層中應(yīng)采用大沖程。（2）在通過松散砂、礫類土或卵石夾土層中應(yīng)采用中沖程。（3）在通過高液限粘土，含礫低液限粘土?xí)r，宜采用中沖程。（4）在宜坍塌或流砂地段宜采用小沖程，并應(yīng)提高泥漿的年度和相對密度。（5）鉆進(jìn)過程中，應(yīng)勤松繩和適量松繩，不得打空錘，勤取碴，使鉆頭經(jīng)常沖擊新鮮地層。（6）每次松繩量應(yīng)按地質(zhì)情況，鉆頭形式，鉆頭重量決定。

3.4 掉鉆、卡鉆

卵石層卡鉆的主要原因?yàn)椋郝咽瘜又杏泄率嬖?，在施工到該層時(shí)，判斷不準(zhǔn)，繼續(xù)按原沖程施工，很容易造成偏孔卡鉆，鉆機(jī)鋼絲繩是否堅(jiān)固耐用也是比較容易忽視的一個(gè)事項(xiàng)，由于鋼絲繩的斷裂而導(dǎo)致掉鉆甚至卡鉆也很常見?？ㄣ@和掉鉆事故如果打撈失敗，不但延誤工期而且對施工隊(duì)伍也是不小的經(jīng)濟(jì)損失。對于預(yù)防掉鉆、卡鉆應(yīng)注意以下問題：提高鉆機(jī)操作手的技術(shù)，準(zhǔn)確判斷地層變化情況，當(dāng)遇到大孤石時(shí)，改為小沖程，適當(dāng)填入片石保證不偏孔，不卡鉆。吊鉆頭的鋼絲繩必須選用同向捻制、柔軟優(yōu)質(zhì)、無死彎和無斷絲者，安全系數(shù)不小于1.2，鋼絲繩與鉆頭間需設(shè)轉(zhuǎn)向裝置并連接牢固，鉆孔過程中應(yīng)經(jīng)常檢查其狀態(tài)和運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常、靈活。主繩與鉆頭的鋼絲繩搭接時(shí)，兩根繩徑應(yīng)相同，捻扭方向必須一致。鋼絲繩要有足夠的長度，即以卷揚(yáng)及滾筒起到設(shè)計(jì)最深的樁底標(biāo)高，滾筒上要留有7圈以上的富余量，繩尾必須錨固在滾筒上。

4 結(jié)語

沖擊鉆鉆孔是一項(xiàng)傳統(tǒng)的施工技術(shù)，但在富含卵石的地層中施工仍是一個(gè)存在挑戰(zhàn)的工藝。施工前要認(rèn)真核對地質(zhì)資料，分析個(gè)各地層容易出現(xiàn)的事故。進(jìn)入卵石層后尤其要控制好泥漿護(hù)壁的質(zhì)量，這是卵石這種透水層地質(zhì)鉆孔的首要任務(wù)，也是樁基順利鉆進(jìn)的關(guān)鍵。這就要求我們現(xiàn)場施工技術(shù)人員要掌握好控制要點(diǎn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)行規(guī)范及施工技術(shù)指南指導(dǎo)施工。卵石層中沖擊鉆孔的成功是樁基成功的一半，只有成孔質(zhì)量優(yōu)良，后續(xù)的樁基混凝土灌注質(zhì)量才能得到有效保障。其次要提高操作工人的操作水平，對鉆進(jìn)時(shí)渣樣進(jìn)行分析，底層變化時(shí)調(diào)整沖程，防止沖程過大，也要防止落空錘。交接班和雨后要及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)孔，對孔位、孔深、孔斜率及時(shí)進(jìn)行校核，出現(xiàn)偏差及時(shí)糾正，同時(shí)要進(jìn)行設(shè)備設(shè)施的檢驗(yàn)，尤其是鉆機(jī)鋼絲繩，鋼絲繩的質(zhì)量是鉆孔質(zhì)量和鉆頭安全的要害。

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