大直徑超深鉆孔灌注樁的施工關(guān)鍵技術(shù)*

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

1 概述

1.1 工程概況

昆山中環(huán)主線高架及匝道、立交橋、金雞河大橋等均以鉆孔灌注樁基礎(chǔ)為主，灌注樁樁徑為1.0～1.8 m不等，樁長為30～85 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

昆山屬蘇州市，地處湖沼積低洼平原區(qū)，屬于太湖流域堆積平原地貌區(qū)之低洼湖蕩平原地貌亞區(qū)，地層起伏較大，地層中含砂率極高，自地面以下約10 m范圍內(nèi)為黏土和粉質(zhì)黏土層，自10 m左右范圍以下，多為粉砂層，砂粒含量極高，并局部夾有塊狀砂巖，泥漿自造能力很差。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 施工工藝控制[1-3]

研究設(shè)計(jì)和地質(zhì)資料→施工方案、質(zhì)安保體系制定→測量放線→場地處理→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→鉆孔→隨鉆進(jìn)隨檢孔至孔底→一次清孔→鋼筋籠沉放→安裝導(dǎo)管→二次清孔→灌注水下混凝土→混凝土試件制作

2.2 施工機(jī)械選型

本工程成孔深度較深、樁徑較大、施工工藝要求較高，且深層地質(zhì)較差，要確保鉆孔樁垂直度要求及成孔質(zhì)量，一般扭矩較小的鉆機(jī)的機(jī)械性能很難達(dá)到施工要求。例如在剛開始施工樁基時(shí)，周市立交C匝道20#橋臺2#樁（φ1 500 mm，樁長40 m）采用的是GPS-15型鉆機(jī)，但在鉆孔時(shí)，尤其是進(jìn)入粉砂層后，由于地質(zhì)條件較差（有塊狀砂巖），加之鉆速過快，配套鉆桿因?yàn)榭古ば阅懿粡?qiáng)，發(fā)生了鉆桿斷裂、掉鉆事故。結(jié)合本工程地質(zhì)情況，回轉(zhuǎn)鉆正循環(huán)成孔應(yīng)選擇扭矩大、穩(wěn)定性好的GPS-20型或GPS-30型鉆機(jī)施工。

2.3 施工垂直度控制

2.3.1 平面定位控制

1）測量放樣工作。根據(jù)業(yè)主移交的測量控制點(diǎn)在施工場地利于保護(hù)和放樣的地方設(shè)置地面導(dǎo)線點(diǎn)和高程控制點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑淖鴺?biāo)計(jì)算軸線坐標(biāo)，采用地面導(dǎo)線控制法逐一放出軸線。這是控制平面位置準(zhǔn)確的關(guān)鍵。

2）護(hù)筒埋設(shè)。護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大200～400 mm，長度一般為2 m，埋入原土20 cm，河道處局部埋深長4 m。以施工樁位為中心，用十字交叉法沿樁位四周測放4 個(gè)控制樁，以埋設(shè)護(hù)筒時(shí)控制樁不受影響為原則，再將鉆頭中心對準(zhǔn)樁位中心，用鉆頭挖出樁直徑大小的圓孔，再用擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)到鋼護(hù)筒外徑大的圓孔，復(fù)核樁中心線，樁中心有偏差則進(jìn)行修正，樁位中心準(zhǔn)確后將底部整平夯實(shí)，然后用鉆機(jī)安放護(hù)筒。安放護(hù)筒時(shí)，保證鋼護(hù)筒的圓心和樁的中心重合，護(hù)筒壁垂直。護(hù)筒安放完成后應(yīng)復(fù)核護(hù)筒中心與樁中心的偏差，一般平面允許誤差50 mm，豎直線傾斜不大于1%。干處可實(shí)測定位，水域可依靠導(dǎo)向架定位。

3）鉆機(jī)就位。鉆機(jī)安裝前，應(yīng)檢查鉆機(jī)平臺是否符合平臺的設(shè)計(jì)要求，確保平整、穩(wěn)固。鉆機(jī)平臺、鉆機(jī)及鉆架穩(wěn)定牢固，以確保鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中不會發(fā)生傾斜、位移及沉陷。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。應(yīng)對鋼護(hù)筒的位置及直徑進(jìn)行復(fù)查，鉆頭、鉆桿中心與護(hù)筒中心的偏差≤5 cm。鉆機(jī)就位后，應(yīng)測量護(hù)筒頂、平臺標(biāo)高，用于鉆孔過程中進(jìn)行孔深測量參考。

2.3.2 施工垂直度控制

鉆機(jī)就位并調(diào)平，鉆機(jī)塔架頭部滑輪、轉(zhuǎn)盤中心和樁位三點(diǎn)應(yīng)在同一鉛直線上。鉆機(jī)機(jī)身必須牢固，保證施工過程中不位移、不傾斜。在開鉆前必須進(jìn)行滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

根據(jù)不同的地質(zhì)特點(diǎn)，合理控制鉆進(jìn)參數(shù)（鉆速、鉆壓、鉆進(jìn)速度要求）。一般土層（主要指黏土層）使用Ⅱ擋（70 r/min），適當(dāng)減小鉆壓，加快鉆進(jìn)速度；在特殊情況下（主要指砂層土），實(shí)用Ⅰ擋（40 r/min），適當(dāng)增加鉆壓，減慢鉆進(jìn)速度。

鉆孔中的鉆進(jìn)快與慢，護(hù)壁泥漿的性能、指標(biāo)要根據(jù)實(shí)際地層的土質(zhì)情況而變化。

本工序的重點(diǎn)為：鉆進(jìn)時(shí)密切注意樁架的穩(wěn)定情況，護(hù)筒、土體是否有下陷情況，接、拆鉆桿時(shí)要小心謹(jǐn)慎，每次應(yīng)仔細(xì)檢查鉆桿接頭是否連接緊密。在鉆孔前應(yīng)檢查鉆頭直徑，并隨時(shí)對磨損的鉆頭進(jìn)行修補(bǔ)，同時(shí)確保鉆頭直徑。

2.3.3 驗(yàn)孔

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及鉆出渣樣辨別是否達(dá)到持力層，當(dāng)樁孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的持力層和深度時(shí)，須請監(jiān)理方進(jìn)行樁底土層驗(yàn)槽，以確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的持力層。采用的鋼筋檢孔器直徑等于鉆孔樁鋼筋籠直徑加100 mm，但不得大于鉆頭直徑，長度為4D～6D（D為鉆孔直徑），吊入鉆孔內(nèi)進(jìn)行孔深、孔徑（≥設(shè)計(jì)樁徑）、孔型和垂直度的檢測。檢測結(jié)果報(bào)監(jiān)理工程師復(fù)檢，合格后進(jìn)行下道工序。

2.4 不同階段孔壁穩(wěn)定的泥漿指標(biāo)控制[4-7]

本工程上部基本為淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土，具備原土造漿條件，在鉆孔前先制備好泥漿，以備在鉆進(jìn)過程中使用。穩(wěn)定泥漿必須具有良好的物理性能、流變性能和穩(wěn)定性能。主要指標(biāo)為泥漿的密度、黏度、和含砂量等。泥漿的配合比根據(jù)現(xiàn)場試鉆情況確定，在施工過程中根據(jù)測孔情況和混凝土灌注方量及時(shí)調(diào)整泥漿的施工參數(shù)。在施工過程中必須定期監(jiān)測泥漿指標(biāo)，及時(shí)調(diào)整，嚴(yán)防坍孔事故，泥漿性能指標(biāo)見表1。

泥漿相對密度：上部孔段1.20左右，中下部砂層孔段1.25～1.30。

鉆進(jìn)過程中，確保施工樁徑不小于設(shè)計(jì)樁徑，對易頸縮及坍塌的土層，除必須保持泥漿具有良好的性能指標(biāo)外，還應(yīng)控制好鉆進(jìn)速度，同時(shí)適當(dāng)上下提鉆掃孔擴(kuò)徑，做好施工保徑工作。

表1 泥漿性能指標(biāo)

泥漿護(hù)壁，泥漿采用鉆進(jìn)土層過程自然造漿法造漿。根據(jù)以往類似施工經(jīng)驗(yàn)及地質(zhì)特性，⑦層有大量砂層粉砂黏土互層，地質(zhì)情況復(fù)雜，成孔必然造成泥漿相對密度大黏度小，因此必須采取相應(yīng)措施保證孔壁穩(wěn)定性。首先應(yīng)保證泥漿池儲存一定量的優(yōu)質(zhì)泥漿；至⑤層以下成孔施工時(shí)把成孔的泥漿排放到廢漿池，將儲存的優(yōu)質(zhì)泥漿用泥漿泵抽至孔內(nèi)，以保證孔壁穩(wěn)定性及孔內(nèi)沉渣滿足設(shè)計(jì)要求。

鉆孔泥漿相對密度控制在1.20～1.3之間（泥漿比重儀測定），泥漿的黏度控制在18～26 s（黏度計(jì)測定）；在雜填土、粉質(zhì)粉土層夾砂、砂層鉆進(jìn)時(shí)必須使用較濃泥漿，使之能在孔壁上形成致密泥皮，維護(hù)孔壁穩(wěn)定和清孔沖渣，確保成孔質(zhì)量。

2.5 沉渣厚度的控制

成孔后，鉆頭提高孔底10～20 cm，保持慢速空轉(zhuǎn)，維持循環(huán)清孔時(shí)間≥30 min。采用性能較好的泥漿，控制泥漿的相對密度和黏度，不要用清水進(jìn)行置換。鋼筋籠吊放時(shí)，使鋼筋籠的中心與樁中心保持一致，避免碰撞孔四壁。開始澆筑混凝土?xí)r，導(dǎo)管底部至孔底的距離宜為30～40 mm，應(yīng)有足夠的混凝土儲備量，使導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下的深度＞1.0 m，以利用混凝土的巨大沖擊力濺除孔底沉渣，達(dá)到清除孔底沉渣的目的。

2.6 影響施工速度的因素分析及對策

1）機(jī)械故障。針對這一問題，還是加強(qiáng)施工前的檢查及日常保養(yǎng)維修，并配備專職機(jī)修工，備好備用零件，以應(yīng)突發(fā)情況。

2）施工時(shí)，鋼筋工操作不熟練，互相配合不默契，鋼筋籠制作效率較低。應(yīng)提高工人操作技能，加大配合力度。鋼筋籠焊接至少配備3 臺焊機(jī)焊接，縮短焊接時(shí)間，但晚間的焊接質(zhì)量須加強(qiáng)監(jiān)督并保障。

3）混凝土澆筑時(shí)，與攪拌站溝通聯(lián)系缺乏針對性和及時(shí)性，導(dǎo)致澆筑中等待時(shí)間較長，混凝土計(jì)劃性方面考慮不全。應(yīng)事先制定混凝土供應(yīng)方案和現(xiàn)場踏勘運(yùn)輸路線，并制定應(yīng)急預(yù)案；現(xiàn)場在得知混凝土供應(yīng)不上時(shí)，應(yīng)放慢澆筑速度，并經(jīng)常提放導(dǎo)管，防止導(dǎo)管被混凝土固結(jié)。

4）泥漿池較小。泥漿池需根據(jù)樁身體積調(diào)整，泥漿池總?cè)萘孔詈貌恍∮趩螛扼w積3 倍，并設(shè)三級（分倉）沉淀池，確保泥漿沉淀充分。另外施工時(shí)考慮一清、二清采取泵吸反循環(huán)工藝，確保清孔質(zhì)量和時(shí)間。配備除砂器（除砂網(wǎng)加密），二次清孔后，如果泥漿黏度已經(jīng)達(dá)到下限17 s左右，而相對密度仍然較大達(dá)到1.2以上，則考慮采用除砂器，去除泥漿中的砂粒和泥土顆粒。

3 工程實(shí)施效果

從工程施工實(shí)際情況來看，各項(xiàng)指標(biāo)均在設(shè)計(jì)及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，單樁施工時(shí)間也基本控制在1 d，隨著工程的進(jìn)展，單樁施工時(shí)間基本在20 h。

樁基工程實(shí)施后，檢測樁基Ⅰ類樁合格率99.9%，僅1根Ⅱ類樁。應(yīng)該說，對于回轉(zhuǎn)鉆正循環(huán)施工工藝，上述關(guān)鍵點(diǎn)把握住后，樁基施工的工藝穩(wěn)定性和質(zhì)量是可以保證的。

4 結(jié)語

以上幾點(diǎn)是橋梁樁基在施工過程中對大直徑鉆孔樁成孔、成樁比較有影響的因素，也是在施工中最常規(guī)、最容易出問題的環(huán)節(jié)。

當(dāng)然，地下作業(yè)施工不可預(yù)計(jì)的影響因素眾多，但只有掌握了這些容易出現(xiàn)問題的原因之所在以及出現(xiàn)這些問題后的處理措施，才能在樁基施工過程中有針對性地做到事先預(yù)防和控制，才能做到發(fā)生了其中的某種故障后能從容地進(jìn)行處理，才能確保樁基的工程質(zhì)量，確保工程進(jìn)度。