應(yīng)天河大橋6#、7#主墩水中樁施工

汪鳴玉

摘 要：采用沖擊鉆與旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)聯(lián)合成孔方案，輔以注漿加固卵石地層方法在較厚、大料徑、高含量卵碎石地層施工鉆孔樁過(guò)程中遇到的問(wèn)題及處理方法。

關(guān)鍵詞：大料徑 高含量卵石地層 聯(lián)合成孔

工程概況

應(yīng)天河大橋全長(zhǎng)470.2米，跨越老華宏路、符祥浜河與應(yīng)天河。全橋左右兩幅幅各分3聯(lián)，主跨為70m懸澆連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁，對(duì)應(yīng)橋墩為6#、7#號(hào)墩，均為水中樁，分別設(shè)計(jì)為12根Φ1.5m摩擦樁，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高-58.5米。

地質(zhì)條件

6#、7#墩上部土層主要為淤泥質(zhì)土，下部以卵、碎石土為主，含個(gè)別漂石或塊石，底部為粉砂層，河床面至-20.9m為粉質(zhì)粘土，-20.9m至-25.6m為含量40-60%的卵、碎石層，部分卵石粒徑大于20cm，-25.6m至-59m為淤泥質(zhì)粘土。-59m至-62.7米為粉砂土層。根據(jù)地勘報(bào)告提供的鉆孔綜合柱狀圖，該墩位處的地質(zhì)條件較復(fù)雜，鉆孔過(guò)程中易造成坍孔且成孔后擴(kuò)孔率較大。

施工平臺(tái)

施工平臺(tái)系水中墩施工作業(yè)的專(zhuān)用平臺(tái)。平面尺寸27.8m×13.4m，高度2.5m，鋼結(jié)構(gòu)108t。其結(jié)構(gòu)：下平臺(tái)橫橋向主梁Ⅰ為焊接板梁，梁高1.64m，縱橋向聯(lián)系梁Ⅱ?yàn)?根Ⅰ55工字鋼，梁Ⅰ和梁Ⅱ通過(guò)φ1.2m鋼套筒連接成90度角，下平臺(tái)支撐于6根φ1.0m定位樁上；上平臺(tái)縱橋向梁Ⅲ為4根Ⅰ55工字鋼，擱置于梁Ⅰ上面，見(jiàn)下圖：

鉆孔樁施工

1、鉆機(jī)選型

6#、7#墩地質(zhì)條件屬較厚、大粒徑、高含量的卵碎石地層，為了保證施工質(zhì)量，結(jié)D標(biāo)的進(jìn)度安排，采用以旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)（KPG-3000型）為主，沖擊反循環(huán)鉆機(jī)（CJF-20型）為輔的聯(lián)合成孔的方案，CJF-20型沖擊反循環(huán)鉆機(jī)破碎大直徑卵碎石，以達(dá)減薄其厚度的目的，考慮到含漂石、卵碎石地層中鉆孔易卡鉆、塌孔埋鉆頭等因素而控制沖擊鉆沖擊深度，其鉆進(jìn)高程宜控制在-26.00m以?xún)?nèi)，待鉆進(jìn)高程達(dá)-26.00左右時(shí)，改用KPG-3000型旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，解決鉆深問(wèn)題。

2、護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒埋設(shè)以鉆孔時(shí)護(hù)筒口不坍塌并嵌入穩(wěn)定土為原則。6#、7#墩護(hù)筒底標(biāo)高均控制在-2.5m左右。

3、鉆進(jìn)成孔

沖擊鉆孔開(kāi)孔進(jìn)入護(hù)筒底口時(shí)，向孔內(nèi)倒入1：1土石混合物，用小沖程使護(hù)筒至卵碎石層之間形成圓順、堅(jiān)實(shí)的過(guò)渡段，進(jìn)入卵碎石層后加入大比重（γ=1.3）高質(zhì)量泥漿和少量水泥。鉆進(jìn)中認(rèn)真研究記錄轉(zhuǎn)速、扭矩及鉆進(jìn)速度三者之間關(guān)系，避免轉(zhuǎn)速超高，對(duì)孔壁沖刷過(guò)大，造成塌孔、擴(kuò)孔及刀具嚴(yán)重磨損≤現(xiàn)象；刃口作用于巖石上的時(shí)間太短，硬巖石不易破碎，從而影響進(jìn)尺。

4、水頭控制

為保證孔壁的穩(wěn)定性，在鉆孔作業(yè)中，護(hù)筒內(nèi)泥漿面要保持高出護(hù)筒外水面2～3m，使水頭差始終保持在2m以上。

5、泥漿控制

卵碎石地層泥漿指標(biāo)要求，采用復(fù)合泥漿。用粘土、膨潤(rùn)土NaOH和CMC調(diào)劑，粘土的塑性指數(shù)大于15，膨潤(rùn)土為鋼質(zhì)膨潤(rùn)土，泥漿配比為：水1000kg，粘土200kg，膨潤(rùn)土100kg CMC1.5 kg， Na2OH 1.5kg。泥漿指標(biāo)要求為：密度1.30～1.45。粘度23～28S，含沙率<4%，失水率<15ml/30min，PH值8-10。

6、鋼筋及聲測(cè)管的安裝

鋼筋籠在現(xiàn)場(chǎng)分節(jié)制作，并保證不變形。下鋼筋籠時(shí)保證鋼筋籠位置正確。焊接完畢檢查合格后，用扁擔(dān)吊起吊鋼筋籠，對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心，由操作人員扶持緩慢入孔，防止碰撞孔壁，造成坍孔，一旦發(fā)生骨架被卡下放困難時(shí)，應(yīng)稍稍提起骨架并來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，然后慢慢試探入孔，直到鋼筋籠下到設(shè)計(jì)標(biāo)高。6#、7#墩樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，每根樁等距離設(shè)置三根Φ5.7cm×3.5mm聲測(cè)管，施工中為確保定位準(zhǔn)確、密封無(wú)滲漏、無(wú)變形，聲測(cè)管與鋼筋籠加強(qiáng)箍筋焊接連成整體。

7、水下砼灌注

鋼筋籠安裝就位后，插入導(dǎo)管進(jìn)行清孔，鉆渣沉淀滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后開(kāi)始灌注砼。砼和易性要好，坍落度18～20cm，初凝時(shí)間12小時(shí)以上，保證在初凝時(shí)間內(nèi)灌注完畢。導(dǎo)管口到孔底0.3～0.4m，首批砼導(dǎo)管埋深應(yīng)滿(mǎn)足1m以上，首批砼數(shù)量經(jīng)計(jì)算為11.2m3 ；在灌注前應(yīng)對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行氣密試驗(yàn)，符合要求后使用。初灌砼拔球后，可用直徑3～4cm石塊丟入導(dǎo)管內(nèi)聽(tīng)其回音以判斷導(dǎo)管內(nèi)有無(wú)進(jìn)水，如進(jìn)水則應(yīng)立即提高導(dǎo)管清出初灌砼，重新進(jìn)行灌注施工。如灌注時(shí)發(fā)生中斷，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管埋深，每隔一段時(shí)間少量提升導(dǎo)管，抓緊排除故障；灌注開(kāi)始后，連續(xù)不斷進(jìn)行，縮短拆除導(dǎo)管時(shí)間，掌握下料速度，不宜太快太猛，以免造成氣堵，每盤(pán)砼下料后探測(cè)孔內(nèi)砼面標(biāo)高，控制好導(dǎo)管埋深在2～6m范圍，最后一節(jié)導(dǎo)管埋深宜為2～4m，緩緩提出以免夾入泥芯形成空洞；灌注中為防止鋼筋籠上浮，將鋼筋籠頂部與護(hù)筒焊接固定，灌注時(shí)砼面接近鋼筋籠底部時(shí)，導(dǎo)管埋深加大，灌注速度減慢以減少?zèng)_擊力。

出現(xiàn)問(wèn)題及處理方法

1、7#墩塌孔

雖然嚴(yán)格采取了上述一系列技術(shù)措施，但由于地質(zhì)中卵石含量高，層厚深，在成孔過(guò)程中無(wú)法形成有規(guī)則的孔壁，擴(kuò)孔很大，泥漿無(wú)法起到護(hù)壁作用。在施工過(guò)程中，有2根樁沖擊鉆鉆至-23至-24m左右坍孔，在成孔過(guò)程中均出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿，卵石難以破碎而堵鉆桿、孔壁坍塌現(xiàn)象，成孔概率很低，為解決漏漿嚴(yán)重、易坍孔現(xiàn)象，對(duì)難成樁的特殊地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行了研究，采取對(duì)地層進(jìn)行鉆小孔注水泥漿加固。

注漿孔鉆孔施工：插打內(nèi)徑10cm壁厚6mm以上的鋼套管至-25m左右，起鉆小孔導(dǎo)向作用，利用JY-500型工程地質(zhì)鉆機(jī)配置金剛石鉆頭和加強(qiáng)鉆桿鉆注漿孔，當(dāng)鉆機(jī)扭矩達(dá)到最大時(shí)，停止鉆進(jìn)，利用鉆桿先注漿，待水泥漿終凝后再繼續(xù)鉆進(jìn)（注漿后，卵石層不易坍孔、分層注漿可以減少上部已注漿的卵石層對(duì)鉆桿的阻力）直至達(dá)到需要的深度。

注漿施工：選用具有3～5Mpa壓力的注漿機(jī)和3～5m3/h的攪拌機(jī)，并配制水泥漿，水灰比為0.6，為方便施工，降低水泥漿注入卵石后的強(qiáng)度，加入適量的膨潤(rùn)土，摻量為水泥的30%，7天強(qiáng)度為10Mpa左右，注漿時(shí)利用鉆桿從下往上注入水泥漿，水泥漿由鉆頭噴出，注漿量一般為2.0～3.0m3/m。endprint

注漿效果：卵石層注入水泥漿后，使卵石層形成一定強(qiáng)度的結(jié)石體，鉆孔過(guò)程中，克服了漏漿、坍孔現(xiàn)象，卵石破碎比例增大，堵管現(xiàn)象減少，擴(kuò)孔率降低30%左右。

2、漏漿與卡鉆

2.1漏漿

卵石含量大，孔隙多，采用常規(guī)泥漿護(hù)壁達(dá)不到目的，直接從孔口拋入整袋的水泥或混合物，濃稠水泥漿液進(jìn)入空隙后靜態(tài)下形成結(jié)石體，達(dá)到護(hù)壁的目的。

2.2卡鉆

原因：換鉆頭時(shí)鉆頭直徑不一，或焊補(bǔ)超限，致使孔小鉆頭大；有十字槽或探頭石等不規(guī)則孔形未及時(shí)處理；鉆頭傾斜等。

處理方法：反復(fù)移動(dòng)鉆頭，使其沿下落軌道拔出；使用千斤頂或滑輪組等辦法施加靜拔力強(qiáng)行提出，萬(wàn)不得已，在原護(hù)筒外加插一個(gè)大護(hù)筒至鉆頭深度，利用吸泥機(jī)將兩護(hù)筒之間的土層吸凈，然后拔除小護(hù)筒，鉆頭即可輕松拔出。

3、處理砼灌注中的堵管

首先分析堵管的原因，并采取相應(yīng)的措施。常見(jiàn)堵管有以下幾種：

3.1氣堵

主要原因是向?qū)Ч軆?nèi)傾注混凝土?xí)r速度過(guò)快，導(dǎo)管內(nèi)空氣不能及時(shí)排出而形成高壓氣囊，從而減小導(dǎo)管底口混凝土壓力，形成了氣堵。

處理辦法。采用傳統(tǒng)的辦法即抖動(dòng)導(dǎo)管將空氣排出或?qū)?dǎo)管提高20厘米后打“pass”，利用混凝土的慣性產(chǎn)生的沖擊力。如以上方法仍不能解決，則可以采用加壓方法處理。

預(yù)防措施：在漏斗與導(dǎo)管間設(shè)計(jì)排氣口，混凝土進(jìn)入導(dǎo)管時(shí)能及時(shí)從漏斗與導(dǎo)管承接口處排出空氣。

3.2 混凝土離析堵管

原因。混凝土和易性不良，保水性和粘聚差，混凝土泌水和離析，即水和水泥漿上浮，粗骨料下沉，導(dǎo)管內(nèi)下部混凝土缺少水泥漿的潤(rùn)滑而堵管。

處理辦法。此種堵管不宜采用傳統(tǒng)的方法處理，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的方法會(huì)加速水泥漿的上浮和粗骨料的下沉，從而加大導(dǎo)管下部粗骨料的緊固程度。遇到此種堵管應(yīng)立即采用在導(dǎo)管混凝土上施工加壓力處理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)該方法相當(dāng)成功。

預(yù)防措施：提高混凝土的和易性，在混凝土中摻入粉煤灰、減水劑、緩凝劑等。減少混凝土運(yùn)輸過(guò)程中的震動(dòng)、顛簸。加快混凝土的灌注速度，縮短混凝土放置時(shí)間。

結(jié)語(yǔ)

本橋6#、7#號(hào)墩采用沖擊鉆和旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)在超深厚、大料徑、高含量卵石地層中聯(lián)合成孔雖然也出現(xiàn)了許多問(wèn)題，但為我們?cè)诖祟?lèi)地層鉆孔樁施工提供了較有價(jià)值的參考。

參考文獻(xiàn)：

【1】公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 （JTG/F50-2011）

【2】宋江華：汛后鉆孔灌注樁塌孔等問(wèn)題的處理。（橋梁建設(shè)2005年第3期）

（作者單位：江蘇東南交通工程咨詢(xún)監(jiān)理有限公司）endprint