中、粗砂地層進(jìn)行樁基施工重要問題探討

童永飛

【摘要】在厚埋深的中砂、粗砂地質(zhì)條件下進(jìn)行大樁徑樁基施工，是在北方較普遍也是難度較大的橋梁節(jié)點(diǎn)工程。在此種地層條件下的鉆孔灌注樁的施工有較大風(fēng)險(xiǎn)，施工工藝、機(jī)械選型、技術(shù)管理措施等有一定的難度，需要一定的經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合灞河入渭口防汛交通特大橋的工程實(shí)例，探索施工經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以期拋磚引玉，為同行共鑒。

【關(guān)鍵詞】中粗砂；地層；樁基；探討

一、工程概況

灞河入渭防汛交通特大橋工程為溝通渭河?xùn)|、西兩側(cè)堤頂防洪搶險(xiǎn)通道，樁號為K21+654.42～K22+942.42，橋梁全長1288.0m，橋面凈寬32m。下部均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，其中Φ1.8米140根，Φ1.5米36根（廊道跨），樁長57-60.4米。Φ1.2米（橋頭堡）24根，樁長30米。上部為32*40m先簡后連箱梁，設(shè)計(jì)荷載為公路-I級。

橋址屬渭河中游地帶，位于西安市灞河入渭河口處，橫跨灞河，兩側(cè)為堤岸，高差達(dá)14.65m左右，地貌單元屬灞河河床及漫灘。地下水位與現(xiàn)灞河水位一致，地下水位穩(wěn)定在河灘地表下0—1.04m，相應(yīng)高程為356.76—357.82m。

根據(jù)勘探報(bào)告揭露，場地內(nèi)地層自上而下依次由第四系全新素填土（0.5-16.8m）、中砂（5.6-10m）、粉質(zhì)粘土（0.5-4.2m）、中粗砂（該層地勘未穿透，實(shí)際施工中亦未穿透）組成。施工中中砂、粗砂層比較純凈，粘結(jié)力小。由于樁長較長，孔隙水壓力大，流量大，極易造成塌孔、埋籠、埋鉆等問題。施工中16#樁有細(xì)圓礫（在地表下15-17米位置），在吊放鋼筋籠時(shí)多次塌孔。

二、成孔機(jī)械選型及工藝流程

結(jié)合水文和中砂、粗砂的地層情況和我們以往的施工經(jīng)驗(yàn)，采用反循環(huán)回旋鉆機(jī)為主要機(jī)型施工Φ1.8米樁基和廊道跨Φ1.5米樁基。因?yàn)樵谠摰貙訔l件下施工大樁徑樁基，反循環(huán)回旋鉆機(jī)對砂層擾動小，速度較慢，泥漿和易性好易較好護(hù)壁，清渣（二次清孔）比較徹底。

這里要特別說明的是，在中、粗砂地層中若選用旋挖鉆或沖擊鉆機(jī)，應(yīng)該謹(jǐn)慎。若地層只是含有中粗砂夾層且厚度較?。ㄐ∮?0米），且地下水位在砂層以下，或者樁徑較?。é?.2米以下）原則上是可以選用的。施工中要仍然注意泥漿調(diào)配、進(jìn)尺速度等。若樁徑較大，尤其砂層較厚、地下水位較高，則在施工中極易造成埋鉆、埋籠、塌孔等事故，造成重大損失。

施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→施工放樣→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位、校正→測量復(fù)核→反循環(huán)鉆孔施工→成孔質(zhì)量檢測→清孔→沉渣檢測→安裝鋼筋籠→下導(dǎo)管→二次清孔→混凝土灌注→鑿樁頭→成樁檢測。

三、施工中幾個(gè)重要問題及其解決

1、泥漿性能和置備

泥漿性能是否能滿足和保證中粗砂性地層鉆孔灌注樁施工的工藝要求，不光直接影響成樁質(zhì)量，而且決定了能否成孔、是否會塌孔。

泥漿的主要物理性能有比重、黏度、膠體率、酸堿度、塑性指數(shù)和含砂率等，每一項(xiàng)性能指標(biāo)的變化都會直接影響鉆進(jìn)成孔與孔壁的穩(wěn)定性、孔內(nèi)事故的預(yù)防和成樁作業(yè)各工序的工藝狀態(tài)，并對成樁質(zhì)量帶來明顯而直接的影響。采用優(yōu)質(zhì)膨潤土、燒堿、木質(zhì)素等不斷優(yōu)化調(diào)配，通過加強(qiáng)對泥漿性能的調(diào)整與優(yōu)化及其規(guī)范現(xiàn)場管理，控制和保持適合工程所在地層基樁施工相適應(yīng)的泥漿性能就顯得尤為突出和重要。

本工程實(shí)踐表明，在純凈中砂、粗砂地層中進(jìn)行深樁長、大樁徑樁基施工，為避免塌孔、埋鉆、擴(kuò)孔埋籠等事故的發(fā)生，泥漿性能應(yīng)盡可能在手冊范圍內(nèi)取峰值。如：泥漿比重1.2，含砂率4%。這是個(gè)原則，在保證灌注質(zhì)量的情況下，應(yīng)根據(jù)地層、水文、機(jī)械等情況溝通各方，不斷優(yōu)化，而不拘泥于成例。

2 、護(hù)筒冒水

部分樁位素填土層薄，中粗砂地層位置較高，極易發(fā)生護(hù)筒外壁冒水，嚴(yán)重的會引起護(hù)筒傾斜和移位，造成鉆孔偏斜，甚至無法施工。

究其原因，一是埋設(shè)護(hù)筒的周圍土不密實(shí)，未用黃土、粘土填壓密實(shí)；二是護(hù)筒水位差太大，三是鉆頭起落時(shí)碰撞。

防治措施：在埋筒時(shí)，坑地與四周應(yīng)選用最佳含水量的粘土分層夯實(shí)。在護(hù)簡的適當(dāng)高度開孔，使護(hù)筒內(nèi)保持1.0～1.5m 的水頭高度。鉆頭起落時(shí)，應(yīng)防止碰撞護(hù)筒。發(fā)現(xiàn)護(hù)筒冒水時(shí)，應(yīng)立即停止鉆孔，用粘土在四周填實(shí)加固，若護(hù)筒嚴(yán)重下沉或移位時(shí)，則應(yīng)重新安裝護(hù)筒.

3 、埋鉆、埋籠

鉆孔或二次清孔過程中，孔壁突然坍塌，造成埋鉆、埋籠。

中粗砂地層由于其粘結(jié)力小，不易形成整體性、強(qiáng)度好的護(hù)壁，加之地下水位高、壓力大，泥漿性能不好，鉆進(jìn)速度過快，或者鋼筋籠、鉆機(jī)等擾動觸碰孔壁，極易發(fā)生埋鉆或者埋籠問題。此時(shí)，由于尚未灌注混凝土，造成的問題還較容易處理，影響尚不大。處理措施：首先保證人員和機(jī)械安全。若塌孔后鉆桿鉆頭或者鋼筋籠埋設(shè)不深，可先嘗試提升（鉆機(jī)反鉆或者吊車提升）。如若不能提升，人員和機(jī)械立即撤離至安全地帶。待現(xiàn)場情況穩(wěn)定后，再用鉆渣填埋鉆孔（一般不采用黃土、粘土等填，因其在短期內(nèi)難以穩(wěn)定、固結(jié)，后期處理難度大）。待填料穩(wěn)定后，再用小鉆頭配合高性能泥漿在鉆桿附近鉆進(jìn)，鋼筋籠則用小鉆頭或特制鋼絲鉆頭掃孔，待清理至埋置標(biāo)高后，可提升鉆桿或鋼筋籠。

4、清孔和灌注

清孔和灌注是鉆孔灌注樁施工中一項(xiàng)極為關(guān)鍵的工序，直接決定了成樁成功和樁身質(zhì)量。使用反循環(huán)鉆機(jī)成孔在第一次達(dá)到要求后，由于要放鋼筋及導(dǎo)管準(zhǔn)備澆注水下混凝土，這段間的間隔較長，孔底又會產(chǎn)生一部分新的沉渣，所以待安放鋼筋及導(dǎo)管就緒后，即再利用導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔，達(dá)到相關(guān)指標(biāo)后才能開始灌注。

鉆孔灌注樁灌注混凝土一般在泥漿下進(jìn)行，本工程采取“隔水”的工藝，也即是采用“ 導(dǎo)管法”施工。導(dǎo)管使用5mm厚度鋼管制成，直徑為300mm。導(dǎo)管要準(zhǔn)直，不變形，內(nèi)壁滑；導(dǎo)管的接頭采用設(shè)有止水槽的法蘭盤與橡皮墊圈，并用螺栓緊固，保證不能漏水。導(dǎo)管的上端混凝土的入口處設(shè)有容積較大的漏斗，漏斗的容積保證能在第一次澆筑時(shí)，使向下輸送的砼在孔底的基槽內(nèi)把導(dǎo)管的底部埋入砼內(nèi)0.8-1.2m。導(dǎo)管的隔水栓（球塞）使用預(yù)制園柱形砼塊，砼塊標(biāo)號>澆砼的標(biāo)號，并且必須保證能在導(dǎo)管內(nèi)順利排出。復(fù)測孔底深度，復(fù)核導(dǎo)管總長度，隨著砼面的上升，要適當(dāng)?shù)靥嵘筒鸪龑?dǎo)管。導(dǎo)管底部一般應(yīng)埋入管外砼面以下4-6m，嚴(yán)禁把導(dǎo)管底部提出砼面。要指定專人經(jīng)常測量導(dǎo)管的埋深和樁孔內(nèi)砼的充盈情況，特別是可能出現(xiàn)縮孔的樁段。當(dāng)砼面灌至鋼筋籠底部附近時(shí)，要放慢灌注速度，使砼面慢慢上升，導(dǎo)管應(yīng)避免碰撞鋼筋籠，以免引起鋼筋籠上浮或碰撞孔壁。

四、經(jīng)驗(yàn)和體會

本工程樁基質(zhì)量檢測結(jié)果為優(yōu)良。其中一類樁194根，二類樁6根。在這樣的超厚、純凈的中、粗砂層地質(zhì)環(huán)境下施工是成功的。在超厚的中粗砂地層中進(jìn)行大樁徑、深樁長施工，首先要認(rèn)識質(zhì)量的重要性和質(zhì)量事故的嚴(yán)重性，結(jié)合地層條件深刻理解施工工藝和機(jī)械選型，這樣才能達(dá)到事半功倍的效果。施工中必須以科學(xué)的態(tài)度，嚴(yán)格按規(guī)范制定好實(shí)施細(xì)則，加強(qiáng)責(zé)任心，才能盡可能的保證施工質(zhì)量。但同時(shí)也要勇于探索，多多思考，多多請教和總結(jié)，因地制宜的展開施工，以取得了良好的經(jīng)濟(jì)利益和社會效益。

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