超長鉆孔灌注摩擦樁基關(guān)鍵施工技術(shù)

李顯剛

(中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

超長鉆孔灌注摩擦樁基關(guān)鍵施工技術(shù)

李顯剛

(中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

對于開蘭特大橋主墩接近120 m的超長鉆孔摩擦樁基的關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行了介紹。在樁基的施工過程中，對于傳統(tǒng)的施工方法進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，對于樁基施工中可能出現(xiàn)的斜孔、滲漏漿和鉆桿堵塞的問題，提出了合理的解決辦法，從而提高了樁基的合格率。

超長鉆孔灌注樁；摩擦樁；施工技術(shù)

隨著交通事業(yè)的發(fā)展，橋梁的跨度也在向大跨徑發(fā)展，導(dǎo)致中長與超長的樁基數(shù)量呈現(xiàn)迅速增多的趨勢。同時，隨著施工技術(shù)日新月異的變化，單樁的設(shè)計荷載已經(jīng)能夠達(dá)到數(shù)千噸，樁基也在朝著大直徑和超長樁的方向發(fā)展。我國部分地區(qū)的地質(zhì)條件十分復(fù)雜，如在建的位于蘭考縣的開蘭特大橋，基巖面呈現(xiàn)傾斜，因此，在進(jìn)行樁基施工時存在很多關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決。首先，在地質(zhì)條件復(fù)雜的場地上施工，目前一般采用的是超長鉆孔灌注摩擦樁，但是國內(nèi)外尚沒有合理的力學(xué)模型來描述其作用的機(jī)理，在設(shè)計上存在一定的困難。其次，由于樁基的長度達(dá)到了百米以上，給樁基的施工及測試技術(shù)必然不同于傳統(tǒng)的樁基施工。因此，本文對開蘭特大橋超長摩擦樁成孔關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，以提出合理的解決辦法。

1 工程概述

開蘭特大橋坐落于河南省蘭考縣的縣三義寨鄉(xiāng)，其為連續(xù)梁橋，跨徑布置為70 m+125 m+70 m，具體的橋型布置如圖1所示。每側(cè)的主墩均采用12根φ2.0 m的鉆孔灌注樁，平均樁長已達(dá)到120 m。

圖1 橋型布置

工程所處位置自下而上的地質(zhì)情況為：中風(fēng)化基巖和凝灰?guī)r、大層的碎石土、大層的黏土和粉質(zhì)粘土、含有粉質(zhì)粘土的卵石、大層的黏土、淤泥質(zhì)土。本文主要對于地質(zhì)條件十分復(fù)雜的北側(cè)主墩的樁基施工進(jìn)行研究，北側(cè)主墩所處的場地巖石的強(qiáng)度較高、場地起伏不規(guī)則、并且?guī)r層具有一定的傾斜度，在樁基的施工過程中非常容易出現(xiàn)斜孔。其場地的巖面分布情況如圖2所示。

圖2 巖面分布

2 鉆進(jìn)成孔

2.1 成孔過程

由于施工的地質(zhì)條件非常復(fù)雜，要依據(jù)現(xiàn)場的實際情況對于鉆進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整；在進(jìn)入巖層之前采用具有大尺寸合金鉆齒的刮刀鉆頭，并且加大了鉆齒數(shù)量，從而使得提鉆的次數(shù)減少；一旦鉆頭鉆入巖層之后，技術(shù)人員應(yīng)時刻關(guān)注返渣情況，如果發(fā)現(xiàn)鉆入了全風(fēng)化巖層，應(yīng)當(dāng)將鉆頭的刮刀更換為滾刀，調(diào)整鉆進(jìn)速度，以確保鉆進(jìn)過程中不出現(xiàn)斜孔[1]。

2.2 關(guān)鍵指標(biāo)控制

1)對泥漿的控制指標(biāo)進(jìn)行明確，如表1所示。

表1 鉆進(jìn)中的泥漿指標(biāo)

2)對巖樣的提取與巖面的判別工作進(jìn)行加強(qiáng)。

預(yù)計地質(zhì)條件與探測得到的實際地質(zhì)條件有一定出入，特別是風(fēng)化的巖面，其往往要高于預(yù)計的巖面，應(yīng)當(dāng)依據(jù)設(shè)計中提到的終孔原則對樁基成孔的施工進(jìn)行調(diào)整，從而確保樁基具有一定的安全儲備[2]。

3 成孔過程中的關(guān)鍵問題及解決辦法

受到復(fù)雜的地質(zhì)條件的影響，樁基在施工的過程中會出現(xiàn)斜孔、滲漏漿及堵塞鉆桿等狀況，對于樁基的成孔質(zhì)量帶來的嚴(yán)重的負(fù)面影響。

3.1 斜孔

斜孔是樁基在施工的過程中遇到的最普遍的問題，北側(cè)主墩樁基的施工同試樁施工的情況存在很大的不同，采用的鉆機(jī)RC300在施工的開始階段經(jīng)常出現(xiàn)斜孔。在首輪的鉆進(jìn)過程中，采用5臺鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)，其中2臺出現(xiàn)了斜孔現(xiàn)象，其檢測結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 北側(cè)主墩1#成孔檢測結(jié)果

圖4 北側(cè)主墩2#成孔檢測結(jié)果

1)解決方案

對前期樁基施工過程中出現(xiàn)的斜孔現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析，項目部決定采用導(dǎo)向和滾筒鉆相互配合的方式進(jìn)行掃孔。采取上述措施之后，樁基的檢測結(jié)果滿足規(guī)定的要求。滾筒與筒鉆如圖5和圖6所示。

圖5 滾筒

圖6 筒鉆配合導(dǎo)向

2)預(yù)防措施

①選用具有大功率的鉆機(jī)，將施工開始階段使用的KP350鉆機(jī)與中昇300鉆機(jī)更換為更大功率的KTY4000鉆機(jī)與ZD400鉆機(jī)。

②參照探測得到的場地的地質(zhì)情況，對于現(xiàn)場的出渣情況進(jìn)行時刻的關(guān)注，做好將刮刀替換為滾刀的準(zhǔn)備工作，與此同時增加鉆頭的導(dǎo)向器的數(shù)量。

③在通過巖層的過程中要減壓慢速，并且不斷的進(jìn)行掃孔。為防止出現(xiàn)刮刀鉆頭鉆入硬性巖面以后出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象，當(dāng)鉆頭鉆入全風(fēng)化的巖層之后立即將刮刀鉆頭替換為滾刀鉆頭；在鉆頭進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化的巖層之后，減慢鉆進(jìn)速度，并且鉆頭每鉆進(jìn)0.2～0.3 m便要將鉆頭提起進(jìn)行掃孔。

④加強(qiáng)監(jiān)督的機(jī)制。在現(xiàn)場的鉆孔施工過程中，安排技術(shù)人員全天候地監(jiān)督，對每根樁基的施工都要做一份鉆孔記錄，控制好鉆進(jìn)速度并且及時更換鉆頭。現(xiàn)場遇到異常狀況要及時地通報。

圖7 北側(cè)主墩3#成孔檢測結(jié)果

圖8 北側(cè)主墩4#成孔檢測結(jié)果

3)后期效果

采取上述防范措施后，施工合格率接近100%，大大減少了樁基出現(xiàn)斜孔的情況，其后的樁基成孔的檢測結(jié)果如圖7和圖8所示。

3.2 滲、漏漿

在樁基施工到卵石層之后非常容易出現(xiàn)滲、漏漿的現(xiàn)象。當(dāng)護(hù)筒內(nèi)的漿面出現(xiàn)明顯的瞬間下降時，便說明護(hù)筒內(nèi)的漿體發(fā)生了滲漏[3]。

當(dāng)鉆機(jī)在鉆進(jìn)的過程中出現(xiàn)了較大面積的滲漏時，可以采用不間斷向護(hù)筒內(nèi)添加水泥或者刨花的方法控制滲漏，并且減慢鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度，從而確保泥漿能夠循環(huán)[4]。

3.3 鉆桿堵塞

鉆機(jī)鉆進(jìn)的過程中有可能會遇到較大的漂石，從而造成鉆桿的堵塞，甚至?xí)?dǎo)致出渣口被堵，不能夠正常排渣。此時應(yīng)對漂石的數(shù)量和直徑進(jìn)行估量，然后決定是否將刮刀拆下替換上滾刀。

4 鋼筋籠施工

4.1 鋼筋籠加工場地布置

制作好的鋼筋籠節(jié)段采用等強(qiáng)的直螺紋連接工藝連接，此時需要解決不同的鋼筋節(jié)段對接時的定位問題，通常采用靠膜法，其施工流程如圖9所示。

將制作好的鋼筋籠吊入事前清理好的存放區(qū)存放，每個鋼筋籠的長度達(dá)到120 m，質(zhì)量約為40 t。當(dāng)存放區(qū)的鋼筋籠間距為2 m時，要確保鋼筋籠的加勁圈位于擱置的方木上面[5]。

4.2 起吊設(shè)備的選擇

因為鋼筋籠的質(zhì)量已超過40 t，有必要對于鋼筋籠的吊點進(jìn)行特殊的設(shè)計。在每個鋼筋籠的加勁箍處，分別均勻設(shè)有4個吊環(huán)與4個卡環(huán)， 4個吊環(huán)用作下放過程中的吊點，布設(shè)的卡環(huán)用于鋼筋籠的固定(如圖10所示)。使用配有單扁擔(dān)梁的70 t履帶吊進(jìn)行鋼筋籠底部第8節(jié)和第9節(jié)的吊裝下放(如圖11所示)；除此之外的鋼筋籠節(jié)段使用100 t的配有矩形扁擔(dān)梁的龍門吊進(jìn)行吊裝下放(如圖12所示)。

圖11 單扁擔(dān)梁下放

圖12 正方形扁擔(dān)梁下放

5 混凝土施工

5.1 混凝土灌注施工

5.1.1 準(zhǔn)備工作

1)灌注料斗的準(zhǔn)備

在進(jìn)行首次的混凝土灌注時，混凝土的數(shù)量應(yīng)當(dāng)滿足能夠填充導(dǎo)管的底部和導(dǎo)管的首次埋深>1.5 m的要求，孔底與導(dǎo)管的底部保持400 mm的距離，對其進(jìn)行計算得到首次進(jìn)行灌注混凝土的數(shù)量為15 m3。

2)灌注導(dǎo)管的準(zhǔn)備

①導(dǎo)管設(shè)計及加工。導(dǎo)管采用Q235無縫鋼管加工制作，其接頭形式是絲扣式，底部的導(dǎo)管節(jié)段長9 m，中間的節(jié)段長2.5 m，調(diào)整節(jié)段的長度為0.5 m和1 m，壁厚10 mm，其內(nèi)徑為330 mm。

②導(dǎo)管水密性檢驗。混凝土的澆筑前，要對導(dǎo)管的水密性進(jìn)行測試(如圖13所示)。檢驗合格后，對連接好的導(dǎo)管編號，按順序下放。

圖13 導(dǎo)管水密試驗

5.1.2 混凝土灌注

在灌注混凝土之前要進(jìn)行二次清孔工作，待導(dǎo)管安放好之后，進(jìn)行風(fēng)管的安裝，采用氣舉反循環(huán)進(jìn)行樁基的二次清孔。在這個過程中，風(fēng)壓應(yīng)當(dāng)控制在0.5～0.8 MPa。當(dāng)二次清孔作業(yè)完成以后，對孔深進(jìn)行測量，保證孔底沉渣的厚度符合要求[6]。

5.2 混凝土灌注質(zhì)量控制

5.2.1 混凝土原材料質(zhì)量控制

對于進(jìn)場的原材料進(jìn)行嚴(yán)格的控制，加強(qiáng)對于原材料的檢驗工作，灌注用的混凝土的粉煤灰、外加劑、水、砂、石及水泥等原材料的規(guī)格與質(zhì)量應(yīng)當(dāng)滿足規(guī)范的要求。

1)水泥：采用高性能混凝土水泥，符合GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定。

2)摻合料：采用Ⅱ級粉煤灰和磨細(xì)的高爐礦渣，高爐礦渣的細(xì)度不應(yīng)小于400 m2/kg。

3)外加劑：禁止采用含有鹽類、鉀類和氯類的外加劑，在所添加的外加劑中，其氯離子的含量應(yīng)小于水泥質(zhì)量的萬分之二，當(dāng)制備高性能的混凝土?xí)r應(yīng)選用高效和高性能的減水劑，其減水率應(yīng)大于20%。

4)水：水中氯離子的含量應(yīng)小于200 mg/L。

5)砂、石材料：應(yīng)滿足規(guī)范JTJ041—2000《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。

5.2.2 混凝土的配制及拌合

配置混凝土?xí)r，應(yīng)依據(jù)質(zhì)量比進(jìn)行配置，根據(jù)配料單對其進(jìn)行稱重，并滿足表2的規(guī)定[7]。

表2 混凝土的原材料稱量表

6 結(jié)語

開蘭特大橋的主墩樁基共有30根，共投入5臺鉆機(jī)進(jìn)行樁基的成孔作業(yè)，在5個月內(nèi)完成了樁基的施工任務(wù)，每根樁基的平均施工天數(shù)為25 d，施工完成后所有的樁基經(jīng)過檢測均為Ⅰ類樁。因此，對于超長摩擦樁的施工鉆機(jī)的選型是合理的，其樁基的成孔技術(shù)具有一定的先進(jìn)性。

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The Key Construction Technology of Ultra-long Bored Perfusion Friction Pile Foundation

LIXiangang

(China Railway Eighteen Bureau Group First Engineering Co.,Ltd.,Zhuozhou 072750,China)

This paper introduces the key construction technology of pile foundation of Kailante bridge main pier.In order to improve and optimize the traditional construction method,the author puts down the reasonable solution to the hole,slurry leakage and drill pipe blockage problem in construction and improves the rate of foundations qualification.Therefore,for the research on the key construction technology of super-long rock-socketed pile the paper has a certain practical guiding significance for similar projects.

super long bored pile;rock-socketed pile;construction technology

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2017.02.006

2017-04-01

李顯剛(1982—)男，工程師，學(xué)士，研究方向：橋梁施工，電子郵箱：xinweixian2017@126.com。

U442

A

2095-5383(2017)02-0025-05