大跨徑橋梁鉆孔樁施工淺析

張紹敏，彭心強(qiáng)

（開封市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南開封 475000）

1 工程概況

鄭州市中心區(qū)鐵路跨線橋工程0～5號(hào)墩設(shè)計(jì)為雙塔單索面三跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，跨度為106m+248m+106m，全長(zhǎng)460m。2號(hào)和3號(hào)主墩設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)分別為95m和98m。每個(gè)主墩共設(shè)29根φ180 cm鉆孔樁，設(shè)計(jì)樁頂承載力為16 500 kN。

交界墩及輔助墩采用獨(dú)柱獨(dú)樁的結(jié)構(gòu)型式，每個(gè)墩由3個(gè)獨(dú)立的混凝土立柱組成，矩形柱通過承臺(tái)連接兩個(gè)φ180 cm的圓形鉆孔樁。交界墩設(shè)計(jì)樁頂承載力為7 000 kN，輔助墩設(shè)計(jì)樁頂承載力為5 500 kN。

2 鉆孔樁施工方案

2.1 概述

鉆孔樁采用就地平整場(chǎng)地法利用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔，垂直導(dǎo)管法灌注樁身混凝土。鉆孔樁泥漿采用優(yōu)質(zhì)泥漿，在場(chǎng)地外側(cè)集中拌制通過泥漿管路輸送至孔位處使用，鉆渣采用泥漿處理器處理后，按要求運(yùn)至場(chǎng)外指定地點(diǎn)棄放。鋼筋籠在北環(huán)外2 km處的鋼筋籠加工車間集中加工，平板運(yùn)輸車倒運(yùn)至工地。樁施工時(shí)利用35 t汽車吊機(jī)配合作業(yè)，其工作內(nèi)容包括護(hù)筒設(shè)置、吊裝鉆具、下鋼筋籠、水封混凝土配合等。

2.2 測(cè)量放線

對(duì)全橋控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，確保其精度準(zhǔn)確無(wú)誤。測(cè)放樁基中心線，并打樁劃線標(biāo)明。測(cè)量原始地面標(biāo)高，計(jì)算鉆孔深度。

2.3 護(hù)筒埋設(shè)

在護(hù)筒埋設(shè)前，在樁基施工區(qū)承臺(tái)施工范圍先行開挖探溝，探溝深度不小于3 m，查明可能影響施工的地下管線。確定無(wú)礙后，再行人工挖埋護(hù)筒。

2.4 鉆孔

將孔位處地表整平，抄墊枕木，在枕木上吊裝就位鉆機(jī)，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行檢查，鉆機(jī)塔架中心、鉆頭中心與孔位中心三點(diǎn)應(yīng)在一條鉛垂線上，符合要求后對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行固定，確保鉆孔過程中鉆機(jī)不移位。

測(cè)量鉆機(jī)平臺(tái)頂面標(biāo)高（終孔前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)高復(fù)測(cè)），用于控制鉆孔進(jìn)度。鉆孔按擬定的鉆孔順序跳孔鉆進(jìn)，在護(hù)筒上做好順橋和橫橋向“十”字線,測(cè)量各護(hù)筒頂口標(biāo)高，并用油漆作好標(biāo)記，用于檢查井孔孔徑與垂直度。

鉆頭直徑應(yīng)選用小于設(shè)計(jì)樁徑2 cm，減少擴(kuò)孔系數(shù)在0.7以內(nèi)[1]。

在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)開挖泥漿池,泥漿池容量不小于1.5倍的樁基體積,在開鉆時(shí)首先在孔內(nèi)投入一定量的黏土，當(dāng)泥漿量大于孔排碴量的1.5～2倍時(shí)，開始鉆進(jìn)。開始鉆進(jìn)時(shí)，先啟動(dòng)砂石泵，待形成正常反循環(huán)后，開動(dòng)鉆機(jī)慢速回轉(zhuǎn)造漿?？刂沏@進(jìn)速度，且應(yīng)經(jīng)常檢查泥漿指標(biāo) (泥漿比重不得小于1.3，黏度20 s)，保證護(hù)壁質(zhì)量，確保不塌孔。在鉆進(jìn)過程中經(jīng)常檢查鉆機(jī)，確保鉆機(jī)塔架中心、鉆頭中心與孔位中心三點(diǎn)在一條鉛垂線上。

根據(jù)砂石泵的排量情況或出水中含鉆渣量，控制給進(jìn)速度，防止因循環(huán)液密度太大或管道堵塞而中斷反循環(huán)。鉆孔過程中，始終采用減壓鉆進(jìn)，鉆具的主吊鉤始終承受部分鉆具的重量，使鉆桿始終在受拉狀態(tài)下進(jìn)行工作，鉆壓最大不超過鉆具扣除浮力后總重力的80%。以避免或減少斜孔、彎孔和擴(kuò)孔現(xiàn)象。鉆進(jìn)過程中，采用有效措施保證鉆機(jī)牢固穩(wěn)定，位置準(zhǔn)確，防止鉆機(jī)因振動(dòng)移位，確保不偏孔。鉆孔達(dá)到要求深度后，檢查成孔質(zhì)量，符合要求后，立即進(jìn)行清孔工作。加接鉆桿時(shí)應(yīng)先停止進(jìn)尺，將鉆具提離孔底1 m左右，維持沖洗液循環(huán)5 min左右，以清洗孔底，并將管道內(nèi)的鉆渣攜出排凈，然后停泵加接鉆桿。

2.5 清孔與終孔檢查

達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后繼續(xù)鉆進(jìn)，超鉆約50 mm以上（不能代替清孔），并及時(shí)測(cè)量記錄孔底標(biāo)高。隨后采用反循環(huán)對(duì)孔底清孔不少于15 min，并使泥漿指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，比重為1.05～1.15，黏度16～22 s，pH為 8～10，含砂率小于 4%。

2.6 鋼筋籠制安

（1）鋼筋籠加工

加工場(chǎng)地采用道木抄墊，鋼筋離地約0.3 m，且頂面要求抄平，確保鋼筋籠加工時(shí)順直?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)鋼筋籠臨時(shí)存放場(chǎng)地，備用2～3套樁基鋼筋籠，存放場(chǎng)地同樣采用道木抄墊。

鋼筋籠加工時(shí)先按整節(jié)加工，預(yù)先將主筋滾絲并單根連接，然后再上胎具加工成型。鋼筋籠制造時(shí)確保骨架不變形，接頭相互錯(cuò)開，使鋼筋骨架同一截面處接頭數(shù)量不超過鋼筋總數(shù)量的50%。

整節(jié)加工成型并檢查合格后，將中間接頭直螺紋松開，將鋼筋籠分成兩節(jié)，并對(duì)同一主筋兩個(gè)接頭做好標(biāo)記，便于現(xiàn)場(chǎng)同一編號(hào)鋼筋對(duì)接。將鋼筋籠移走存放，并對(duì)鋼筋籠進(jìn)行編號(hào)。

鋼筋籠箍筋與主筋間采用點(diǎn)焊，加勁箍與主筋間要焊牢，尤其是鋼筋籠頂部應(yīng)設(shè)專門的吊耳，吊耳與主筋單面焊接。焊接過程中不得咬傷主筋。

鋼筋籠加工時(shí)重點(diǎn)要保證鋼筋間距、主筋順直，確保質(zhì)量。

（2）鋼筋骨架安裝

鉆孔樁的鋼筋籠在車間分段制作，運(yùn)輸?shù)綐段惶?，用Q=35 t汽車吊機(jī)起吊安裝。

鋼筋骨架入孔使用吊機(jī)下放。吊裝時(shí)要采用專用的型鋼扁擔(dān)，防止鋼絲繩的水平分力使鋼筋籠變形。

鋼筋籠下放前，在孔口護(hù)圈上設(shè)兩根分配梁，并保證頂面水平，以便于鋼筋籠對(duì)接。

鋼筋籠對(duì)接時(shí)采用分配梁對(duì)底節(jié)鋼筋籠打梢時(shí)，要確保底節(jié)鋼筋籠與加勁箍連接牢固，否則應(yīng)在底節(jié)鋼筋籠頂端設(shè)專門的打梢吊耳。

下放鋼筋籠時(shí)，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)鉆孔樁中心線緩慢下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)防止碰撞孔壁。

鋼筋籠下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高，應(yīng)在孔口設(shè)分配梁，并與主筋之間可靠連接，確保鋼筋籠位于設(shè)計(jì)位置。

為確保鋼筋籠居中，除在籠身周邊加焊耳筋外，對(duì)孔口鋼筋籠加設(shè)加強(qiáng)箍，并與護(hù)壁周邊加焊鋼筋柱腳頂緊，確保其位置準(zhǔn)確。

2.7 水下混凝土澆筑

鋼筋籠下放完畢后，檢查泥漿指標(biāo)和孔底沉渣厚度，若超過規(guī)范要求，進(jìn)行二次清孔。經(jīng)檢驗(yàn)合格后，方能進(jìn)行水下混凝土灌注。

（1）導(dǎo)管試驗(yàn)

混凝土澆筑采用φ300導(dǎo)管按水下混凝土澆注要求進(jìn)行施工。施工前按規(guī)范要求進(jìn)行水密試驗(yàn)并按試驗(yàn)順序編號(hào)。

（2）水封設(shè)備安裝

按試驗(yàn)順序編號(hào)并逐節(jié)接長(zhǎng)導(dǎo)管并下放至距孔底約0.45×d（d為導(dǎo)管內(nèi)徑）為止?？卓谠O(shè)分配梁與導(dǎo)管夾箍，將導(dǎo)管固定牢固。

在導(dǎo)管頂口安裝混凝土漏斗。

（3）鉆孔樁采用商品混凝土，用混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送混凝土至工地，在墩旁設(shè)一臺(tái)混凝土泵車直接對(duì)漏斗下料，下料過程連續(xù)，確?；炷裂吐駥?dǎo)管底口。

在澆筑過程中，邊澆筑混凝土邊拆除導(dǎo)管，保證在整個(gè)澆筑過程中導(dǎo)管埋深在2～6 m。確保混凝土質(zhì)量。在澆筑樁身時(shí)，控制澆筑速度，防止鋼筋籠上浮。

混凝土澆筑時(shí)，對(duì)商品混凝土采取駐廠、運(yùn)輸過程、施工現(xiàn)場(chǎng)綜合監(jiān)控，并隨機(jī)抽樣檢查，確保商品混凝土質(zhì)量合格。

3 鉆孔樁施工常見事故及處理辦法

3.1 坍孔

坍孔的表征是孔內(nèi)水位突然下降，孔口冒細(xì)密的水泡，出渣量顯著增加而不見進(jìn)尺，鉆機(jī)負(fù)荷顯著增加等。

預(yù)防及處理原則：

（1）保證鉆孔時(shí)泥漿的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

（2）保證鉆孔時(shí)有足夠的水頭高度，在不同土層中選用不同的轉(zhuǎn)速。

（3）起落鉆頭時(shí)對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心插入。

（4）坍孔事故發(fā)生后，回填砂和黏土的混合物到坍孔處以上1～2m，待回填土層穩(wěn)定后重新鉆孔。

3.2 鉆孔偏斜或縮孔

預(yù)防和處理：

（1）安裝鉆機(jī)時(shí)基礎(chǔ)密實(shí)穩(wěn)固，使底座水平，起重滑輪、鉆頭中心和孔位中心三者在一條豎直線上，并經(jīng)常檢查校正。

（2）在有傾斜的軟硬地層鉆進(jìn)時(shí)，采取不同的轉(zhuǎn)速交替鉆進(jìn)。

（3)遇有斜孔、偏孔時(shí)，用檢孔器檢查探明孔偏斜和縮孔的位置具體情況，在偏孔、縮孔處上下反復(fù)掃孔。偏孔、縮孔嚴(yán)重時(shí)回填砂黏土或片石重鉆。

3.3 掉鉆

（1）主要原因

鉆進(jìn)時(shí)強(qiáng)提、疲勞破壞易使鉆頭掉入孔中，另外由于操作不當(dāng)，也易使鐵件等雜物掉入孔內(nèi)。

（2）預(yù)防和處理

小鐵件可用電磁鐵打撈。鉆頭的打撈視具體情況而定，主要有采用打撈叉、打撈鉤、打撈活套、偏鉤和鉆錐平鉤等器具。

在鉆孔過程中除以上幾種主要事故外，還須注意防止糊鉆、擴(kuò)孔、偏孔、卡鉆、鉆孔漏漿等。

3.4 水下混凝土灌筑時(shí)導(dǎo)管進(jìn)水

主要原因：首批混凝土儲(chǔ)量不足或?qū)Ч艿卓诰嗫椎组g距過大，混凝土下落后不能埋住導(dǎo)管底口以致泥水從底口進(jìn)入，此時(shí)，將導(dǎo)管提出，將散落在孔底的混凝土拌合物用空氣吸泥機(jī)或抓斗清除，重新灌注。

3.5 導(dǎo)管卡管

灌筑過程中，混凝土在導(dǎo)管中下不去稱為卡管。

處理辦法：視卡管的具體情況、位置選擇拔管、吸渣重灌或拔管、待其具有一定強(qiáng)度后重鉆等方法及時(shí)果斷地進(jìn)行處理。

3.6 埋管

導(dǎo)管無(wú)法拔出成為埋管。其原因是導(dǎo)管埋入混凝土過深，及時(shí)采取措施提升導(dǎo)管，控制埋深。

3.7 水下混凝土灌注時(shí)坍孔

發(fā)生坍孔后，查明原因采取相應(yīng)措施，如保持或加大水頭，排除震動(dòng)等防止繼續(xù)坍孔，然后用吸泥機(jī)吸除孔中礫土，如不繼續(xù)坍孔可恢復(fù)正常灌筑，如坍孔不停止、坍孔部位較深，宜將導(dǎo)管和鋼筋籠拔出。保存孔位回填黏土重鉆。

4 結(jié)語(yǔ)

鉆孔灌筑樁的工藝復(fù)雜，難度大，專業(yè)性強(qiáng)，而且是隱蔽工程，每一道工序必須嚴(yán)格控制。首先，成孔的質(zhì)量控制是一個(gè)重要環(huán)節(jié)；其次，鋼筋籠的質(zhì)量控制直接關(guān)系到樁是否具有足夠的承載力；最后，水下混凝土的灌筑是樁質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。只有掌握了以上要點(diǎn)，并在施工中隨時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)才會(huì)取得更滿意的結(jié)果。

[1]史佩棟.樁基工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

[2]徐光輝，胡明義.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)橋梁（上冊(cè)）[M].北京：人民交通出版社，2001.