沖擊鉆施工優(yōu)勢及特殊情況處理

摘 要：本文結(jié)合施工實際經(jīng)驗介紹特大橋沖擊鉆機灌注樁施工中遇特殊地質(zhì)的及特殊情況的處理。

關(guān)鍵詞：沖擊鉆；優(yōu)勢；特殊情況；處理

本橋橋質(zhì)地質(zhì)條件復(fù)雜，選用的樁基施工機具有多種，如旋挖鉆、反循環(huán)鉆機和沖擊鉆，但沖擊鉆在本橋樁基施工中表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，在總數(shù)1678根樁基礎(chǔ)中，沖擊鉆機施工1345根，旋挖鉆機施工182根，反循環(huán)鉆機施工151根。之所以沖擊鉆機在本橋樁基礎(chǔ)施工中占主導(dǎo)地位，這得益于其良好的綜合性能。本文針對沖擊鉆的綜合性能以及在施工過程中易產(chǎn)生的特殊情況及解決辦法作出總結(jié)。

1 沖擊鉆機適用的條件

1.1 基巖強度高的地質(zhì)

基巖強度高，也就是通常所說的巖層較硬。通常來說，基巖強度超過600kpa時沖擊鉆機就顯示出其強大的優(yōu)勢了。以本橋180#-182#墩臺樁基施工為例，樁底基巖強度σ0﹥600kpa，曾用旋挖鉆機以及反循環(huán)鉆機等利用鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土的機具鉆進，在粘粒土以及細(xì)圓粒土中鉆進較沖擊鉆機快，但遇基巖時無法有效的破碎巖石，達(dá)不到鉆進效果。即使能緩慢鉆進，但施工進度過慢且極易磨損鉆頭耗費成本較高。后來選用沖擊鉆機，以其反復(fù)沖擊作用能輕易破碎基巖達(dá)到理想的施工效果。

本橋153#墩臺樁位在前期勘探取樣時發(fā)現(xiàn)，地下存在大塊鐵礦石，初步估計基巖強度大于2000kpa，旋挖鉆、反循環(huán)鉆機無法施工，采用沖擊鉆施工成孔，平均每個樁成孔時間約為10天。

1.2 厚砂層和地下水豐富的地質(zhì)

在砂層較厚和地下水豐富的地質(zhì)條件在鉆孔時，如果不能有效的加固孔壁會很容易造成塌孔，這是樁基礎(chǔ)施工中的最大難點。本橋130#-151#墩臺樁基施工過程中即遇到此類問題。由于此區(qū)間內(nèi)地勢低洼、地下水位較高，且經(jīng)初步勘探砂層較厚，礫砂和細(xì)圓粒土厚度普遍大于6.0m，給樁基施工造成巨大難題。以131#墩臺為例，設(shè)計圖紙上標(biāo)明自原地面以下4.1m-7.1m為細(xì)圓礫土層，7.1m-10.4m為礫砂層，砂層厚度6.3m，自原地面以下10.4m以下為混合巖。前期曾用旋挖鉆機進行鉆孔，但是由于流沙嚴(yán)重而經(jīng)常造成塌孔，最后經(jīng)過沖擊鉆機進行試打，順利成孔且成功灌注混凝土，本橋130#-151#墩臺樁基均采用沖擊鉆機施工。

在這種地質(zhì)情況下，沖擊鉆鉆進采取的方法有兩種：第一種方法是長護筒法，即鉆孔前在確定樁位后用挖掘機埋設(shè)長護筒，護筒長度超過砂層打入巖層，但鑒于埋設(shè)護筒較為困難，且成本上不劃算，故此種方法有其局限性；第二種方法為泥漿護壁法，即在鉆孔過程中向孔內(nèi)注入粘土、火堿或膨脹劑調(diào)節(jié)過的泥漿，泥漿的作用為保持水頭高度控制和平衡地層壓力，形成泥皮防止孔壁坍塌并冷卻和潤滑鉆具鉆頭，達(dá)到鉆進效果。基于長護筒的制作成本較高、埋設(shè)長護筒需額外增加人工費及專業(yè)機械使用費和基于護筒周轉(zhuǎn)使用次數(shù)的考慮，以及比較于泥漿護壁的經(jīng)濟成本，本段施工均采用泥漿護壁法。

2 泥漿池選定與泥漿指標(biāo)

公路上樁基多為單排樁，用沖擊鉆施工可設(shè)較小泥漿池。本橋為高速鐵路特大橋梁，墩臺樁基設(shè)計為多排群樁，樁基個數(shù)分8根、10根、12根、21根等多種。墩臺8根樁基鉆渣方量約為100方以上，21根樁鉆渣方量約為850方以上，如此巨大的鉆渣方量對泥漿池的位置選擇及泥漿質(zhì)量提出很高要求。

2.1 泥漿池位置的選擇及防護

本橋樁基用泥漿池位置因考慮節(jié)省成本一般選擇在相鄰的兩個墩臺之間，開挖時不靠近將來承臺開挖的基坑以及施工便道，否則在承臺開挖時會造成基及便道塌方，在工程進度、安全和經(jīng)濟上均不為劃算。泥漿池分為沉淀池和循環(huán)池，中間設(shè)過濾措施，泥漿池周圍設(shè)圍擋以及安全警示牌，防止作業(yè)人員與其他人員或動物誤入泥漿池。樁基礎(chǔ)施工完成后應(yīng)將泥漿與鉆渣運走，將泥漿池回填。

2.2 泥漿的制備

在鉆孔灌注樁施工中，泥漿質(zhì)量控制的好壞直接影響鉆進速度、成孔質(zhì)量和樁底沉渣厚度等。

鉆孔用泥漿相對比重宜控制在1.2-1.4，粘度22～30s，含沙率<4%，針對不同的地質(zhì)情況選擇適宜指標(biāo)的泥漿。泥漿比重過小，不利于穩(wěn)固孔壁和浮渣。泥漿比重過大，會增加鉆孔阻力磨損鉆頭，鉆渣上浮慢。泥漿配置用土宜選擇專業(yè)膨脹土，如果受條件限制也可選用粘土，特殊情況下也可像泥漿池內(nèi)添加水泥調(diào)節(jié)。

基于節(jié)約成本考慮，本橋樁基用泥漿大部分采用黃土加水調(diào)制而成，黃土取自沈丹項目征地紅線內(nèi)、土質(zhì)較粘且砂性顆粒含量少的黃土，配置出來的泥漿滿足施工要求。在本橋137#墩臺樁基施工時，由于地下砂層較厚，在泥漿循環(huán)過程中，用黃土配置的泥漿粘度稍有不足，鉆渣不能很好的循環(huán)出來，后向泥漿內(nèi)摻入適量水泥以調(diào)節(jié)，效果較好。

清孔后泥漿相對比重一般宜控制在1.03-1.10 ，粘度17～20s，含砂率<2% 。但在特殊地質(zhì)（如砂層較厚）可略增大泥漿比重保證孔壁內(nèi)外壓力，減小塌孔的可能性。清孔時間不能過長，本橋樁基清孔時間大約為成孔后泥漿循環(huán)4-6小時，檢測孔深、含沙率和孔底沉渣厚度合格后立即灌注混凝土，長時間清孔易造成孔壁坍塌。如果因其他原因暫時不能灌注混凝土，應(yīng)保持鉆孔時泥漿指標(biāo)。

3 鉆孔過程中特殊情況處理

沖擊鉆在本橋各種特殊地質(zhì)情況下鉆進會遇到多種特殊情況，下面針對各種狀況分析發(fā)生原因，通過現(xiàn)場施工實踐，總結(jié)處理經(jīng)驗。

3.1 遇巖層強度大地質(zhì)

遇到硬巖地質(zhì)，沖擊鉆宜調(diào)大錘頭行程，利用錘頭自身重力加大作用功，打孔時隨時注意鉆頭進尺情況調(diào)節(jié)鋼絲繩放繩長度，以鉆機平穩(wěn)的情況下鋼絲繩緊繃為宜。鋼絲繩過緊，易造成鉆機不平穩(wěn)（嚴(yán)重時鉆機的電機出現(xiàn)故障），出現(xiàn)孔位不正發(fā)生偏孔；鋼絲繩過松，達(dá)不到鉆進的最大效果。

3.2 遇到偏巖地層

偏巖地層是由于地殼地質(zhì)變遷地層擠壓形成，在此種地層打樁時，沖擊鉆機鋼絲繩會發(fā)生左右搖擺，提錘落錘鋼絲繩不同心的情況。此時，宜調(diào)小錘頭行程，慢慢鉆進，偏巖嚴(yán)重時可向孔內(nèi)鋼絲繩偏向一側(cè)投放石頭，然后慢慢鉆進校正。

本橋樁基127-3樁位鉆孔至距地表18.5m左右處，從連接錘頭的鋼絲繩左右搖擺幅度過大、量測提錘與落錘鋼絲繩軸線水平偏差13cm，判斷出遇到偏巖，樁位即將偏孔?，F(xiàn)場及時停止鉆進，向偏巖一側(cè)投放毛石且用小行程落錘鉆進，經(jīng)過反復(fù)幾次填筑毛石糾偏后，偏孔現(xiàn)象得到解決。

后來，經(jīng)過項目部技術(shù)人員與工人一起想辦法，初步擬定以下辦法：1、控制沖擊鉆落錘行程，減小沖擊力；2、加強泥漿護壁及調(diào)大泥漿比重。具體施工方法為向樁孔內(nèi)添加大量黃土，調(diào)大泥漿稠度及比重，利用鉆頭沖擊作用將泥漿擠入砂土層從而加大泥漿護壁，穩(wěn)定孔壁內(nèi)外壓力，達(dá)到控制擴孔效果。以本橋與131#墩臺相似地質(zhì)162#臺樁基驗證此方法，162#臺樁基數(shù)量12根，樁徑1m，樁長22.5米，總設(shè)計樁基混凝土方量為211.95方，實際灌注總方量為233方，刨除樁頭方量6方（0.5方×12個），超方7%，達(dá)到較理想控制效果。

4 結(jié)束語

本文通過對沖擊鉆機在特大橋的施工，重點分析了可能出現(xiàn)的多種特殊情況并對其發(fā)生原因以及處理方法作出總結(jié)，希望可以給予從事樁基施工的工作人員提供參考。

參考文獻

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[2]中華人民共和國鐵道部，2010.《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10752-2010）.北京.中國鐵道出版社

作者簡介

李亮（1987-），學(xué)士學(xué)位，助理工程師。