沿海吹填區(qū)傾斜巖層樁基方案選型與施工技術(shù)

趙利杰

【摘要】本文通過位于山邊沿海灘涂吹填區(qū)域的溫州市平陽縣緯九路一號(hào)橋梁樁基工程為例，對(duì)深孔樁基施工方案的選型以及傾斜巖面處樁基偏位質(zhì)量問題出現(xiàn)的原因進(jìn)行了研究解析，并采取在傾斜巖層位置分時(shí)間段回填高強(qiáng)度石塊和灌注混凝土等措施進(jìn)行處理，并將回填石塊和灌注混凝土施工進(jìn)行對(duì)比，灌注混凝土處理措施成功解決了樁基傾斜巖層樁基施工技術(shù)問題，為以后該地質(zhì)傾斜巖層樁基施工提供了參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】灘涂區(qū)；吹填區(qū)；特殊地質(zhì)；深樁基施工技術(shù)；應(yīng)用

1、工程概況

緯九路一號(hào)橋采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用重力式U型臺(tái)橋臺(tái)樁采用雙排樁，直徑為1米；橋墩樁采用單排樁，直徑1.2為m，橋墩為柱式墩。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告顯示，該橋所處地層從上至下為：含沙淤泥層5～10m、淤泥層30～35m、淤泥質(zhì)粘土層10～12m、粘土層20～23m、圓礫層3～5m，強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r1～2m，以下為中風(fēng)化凝灰?guī)r層，樁基設(shè)計(jì)底標(biāo)高平均為-68.0m，設(shè)計(jì)樁基受力類型為摩擦端承樁。

2、采用的施工設(shè)備的適應(yīng)性選擇與施工方案比選論證

2.1施工設(shè)備的適應(yīng)性選擇

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告、施工設(shè)備的適用性以及以往的施工經(jīng)驗(yàn)，本工程適用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆鉆機(jī)、沖擊鉆鉆機(jī)、旋挖鉆鉆機(jī)三個(gè)施工設(shè)備。

2.2施工方案選型

2.2.1施工方案初選

方案一、采用旋挖鉆機(jī)鉆孔作業(yè)。

旋挖鉆機(jī)優(yōu)點(diǎn)：最突出方面當(dāng)屬其施工土層速度快，移位快，可以滿足工期要求較高的工程；自帶的平衡系統(tǒng)可以很好地控制、檢查成孔垂直度。

缺點(diǎn)：自身沒有安置鋼筋籠和澆筑混凝土的裝置，需要配備挖掘機(jī)、吊車，一般旋挖鉆機(jī)僅局限于挖取土層和強(qiáng)風(fēng)化土層成樁，遇中風(fēng)化巖層、地下障礙，樁孔較深即效率降低甚至無法成樁作業(yè)。

方案二、采用沖擊鉆機(jī)鉆孔作業(yè)。

優(yōu)點(diǎn)：最大的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，無論是土層、還是質(zhì)堅(jiān)的巖層，都可以順利成樁，還可以自下鋼筋籠、下導(dǎo)管灌注混凝土。缺點(diǎn)：整體成孔效率低，移機(jī)速度慢，影響進(jìn)度。在土層中施工極易出現(xiàn)傾斜、擴(kuò)孔的狀況，導(dǎo)致混凝土超灌，增加了材料成本，全程采用造漿護(hù)璧，增加文明施工措施費(fèi)。

方案三、采用正循環(huán)鉆機(jī)鉆孔作業(yè)。

回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是一種在我國應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)、范圍最廣、市場(chǎng)保有量最大的成孔機(jī)具，在各種常見地層均有良好的適用性?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)的鉆孔直徑可達(dá)2～5m，深度可達(dá)百米、護(hù)壁效果好、成孔質(zhì)量高，施工無震動(dòng)、無噪音、機(jī)具操作方便、造價(jià)較低等特點(diǎn)。但同時(shí)其在復(fù)雜地層成孔效率較低，施工現(xiàn)場(chǎng)用水量大、泥漿排放量大，擴(kuò)孔率較難控制，又很難在卵石、漂石、基巖上施工，特別是在堅(jiān)硬地層中進(jìn)度緩慢，施工成本直線上升。

2.2.2施工方案選型確定

根據(jù)以上三種初選施工方案，并根據(jù)各個(gè)施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)以及施工速度、施工成本，并結(jié)合本工程的地質(zhì)勘察報(bào)告，最終確定“正循環(huán)鉆機(jī)鉆孔作業(yè)+沖擊鉆機(jī)鉆孔作業(yè)”的樁基施工方案：

在“含沙淤泥層5～10m、淤泥層30～35m、淤泥質(zhì)粘土層10～12m、粘土層20～23m、圓礫層3～5m”采用正循環(huán)鉆機(jī)鉆孔作業(yè)，并且正循環(huán)鉆機(jī)鉆孔至圓礫層，在鉆進(jìn)過程中保持泥漿密度在1.2-1.3cm3/g之間，使孔壁形成較厚的護(hù)壁層，鉆進(jìn)圓礫層后保持泥漿液面高度維持孔內(nèi)壓力，進(jìn)行更換鉆機(jī)，將正循環(huán)鉆機(jī)更換為沖擊鉆機(jī)，在更換鉆機(jī)過程中，泥漿池中備足泥漿防止更換鉆機(jī)過程中孔內(nèi)泥漿流失造成塌孔，換成鉆機(jī)更換后用沖擊鉆機(jī)完成強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r和中風(fēng)化凝灰?guī)r層鉆孔作業(yè)。

3、樁基施工偏位的問題與處置措施

3.1偏位分析與處置措施

3.1.1樁孔偏位分析

0-3#、1-1、樁基在沖擊鉆在進(jìn)入巖層鉆進(jìn)作業(yè)過程中，連續(xù)作業(yè)2兩天無進(jìn)尺，鉆機(jī)錘頭吊繩嚴(yán)重偏斜現(xiàn)象，偏位達(dá)20cm以上，經(jīng)監(jiān)理、設(shè)計(jì)、地勘單位現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆渣檢驗(yàn)并結(jié)合地層地質(zhì)勘探報(bào)告及以往施工經(jīng)驗(yàn)分析，認(rèn)為是進(jìn)入了傾斜巖層，偏位是的原因是因孔位是由兩部分組成，一側(cè)是凝灰?guī)r，一側(cè)是相對(duì)凝灰?guī)r層強(qiáng)度較低粘土層，由于重心偏向軟弱的土層，并且錘頭向土層方向發(fā)生偏移，造成孔位偏移，如不及時(shí)進(jìn)行處理，進(jìn)而還容易導(dǎo)致出現(xiàn)卡鉆、塌孔、掉鉆等問題連鎖發(fā)生。

3.1.2鉆孔偏位決措施

通過對(duì)鉆孔樁施工工藝出現(xiàn)問題原因分析，結(jié)合地質(zhì)勘探單位給出的凝灰質(zhì)量指標(biāo)（OOD=50%-60%）和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)（C20-C30），分別采取以下兩種處理措施：

（1）回填石塊法

1）該方法是在樁底出現(xiàn)傾斜巖層位置回填與巖層強(qiáng)度等級(jí)范圍相同的石塊，回填石塊的目的是利用石塊代替傾斜巖層面處的土層，平衡沖擊錘對(duì)樁底各個(gè)部位的沖擊力，防止沖擊錘出現(xiàn)偏心受力過大而造成的樁孔偏位，為保證回填石塊的密實(shí)度及質(zhì)量盡可能與傾斜巖層的強(qiáng)度一致，石塊大小以10-30cm為宜。若全部回填大石塊，會(huì)造成回填的級(jí)配差，間隙大，密實(shí)度差，凝結(jié)力小，石塊粘土層的整體強(qiáng)度小，難易平衡沖擊錘底部受力平衡，同時(shí)石塊太小在進(jìn)行錘頭沖擊時(shí)會(huì)大量被擠出孔外面的土層，對(duì)沖擊錘產(chǎn)生的阻擋作用會(huì)大大降低。每次回填石塊的厚度根據(jù)樁的孔徑不同而不同，一般控制在1.5-2.0m，回填后進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)，鉆進(jìn)再發(fā)生偏位時(shí)，停止鉆進(jìn)，再次回填石塊，然后再次進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)。如此反復(fù)回填石塊，重復(fù)沖擊鉆進(jìn)，直至傾斜度控制在規(guī)范以內(nèi)為止。

2）結(jié)果分析及偏位量測(cè)

樁基在標(biāo)高-62m開始出現(xiàn)傾斜巖面和偏位現(xiàn)象，開始利用石塊回填和沖擊復(fù)鉆，通過5d的時(shí)間，反復(fù)5次后，在進(jìn)尺標(biāo)高為67m時(shí)鉆孔基本正常，樁位偏斜測(cè)定，在測(cè)定設(shè)計(jì)樁孔中心點(diǎn)位置后，由固定的輔助樁進(jìn)行十字交叉定位，將設(shè)計(jì)樁孔中心和實(shí)際樁孔中心進(jìn)行對(duì)比，護(hù)筒埋設(shè)中心坐標(biāo)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求要求，然后檢查鉆錘的偏位，將鉆錘落到孔底后，用鋼尺測(cè)出懸吊沖擊錘鋼絲繩與護(hù)筒水平偏位距離，經(jīng)檢測(cè)最大偏位約10cm符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的范圍內(nèi)（規(guī)范要求不大于10cm），期間共回填石塊約15m³，鉆孔結(jié)果檢測(cè)該處理措施基本成功。但這種處理結(jié)果在進(jìn)行清孔是遇到了新的問題，孔底沉渣經(jīng)多次清孔一直不能滿足設(shè)計(jì)沉渣厚度（設(shè)計(jì)要求不大于15cm）實(shí)測(cè)沉渣厚度在45cm（不符合規(guī)范要求的不大于30cm）；經(jīng)過項(xiàng)目技術(shù)人員查閱相關(guān)文獻(xiàn)并經(jīng)商討，采用氣舉反循環(huán)法進(jìn)行清孔。其基本工藝如下：

先將導(dǎo)管下放深度以出漿管底距沉淤面300～400mm為宜，風(fēng)管下放深度一般以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.55～0.65為宜。機(jī)械設(shè)備主要參數(shù)：空壓機(jī)的風(fēng)量6～9m3/min，導(dǎo)管出水管直徑>φ200mm，送風(fēng)管直徑（水管）φ25mm，開始送風(fēng)時(shí)應(yīng)先孔內(nèi)送漿（補(bǔ)漿），停止清孔時(shí)應(yīng)先關(guān)氣后斷漿。清孔過程中，特別要注意補(bǔ)漿量，嚴(yán)防因補(bǔ)漿不足（水頭損失）而造成塌孔。送風(fēng)量應(yīng)從小到大，風(fēng)壓應(yīng)稍大于孔底水頭壓力，當(dāng)孔底沉渣較厚、塊度較大，或沉淀板結(jié)時(shí)，可適當(dāng)加大送風(fēng)量，并搖動(dòng)出水管（導(dǎo)管），以利排渣。隨著鉆渣的排出，孔底沉渣厚度逐漸減小，出水管（導(dǎo)管）應(yīng)同步跟進(jìn)下落，以保持管底口與沉淤面的距離。清孔后，孔內(nèi)泥漿比重應(yīng)小于1.15，粘度18～20s，孔底沉渣厚度≤15cm。

氣舉反循環(huán)法清孔時(shí)所需風(fēng)壓P的計(jì)算。

P=γs·h0/1000+ΔP

γs——泥漿比重（kN/m3），一般取1.2

h0——混合器沉沒深度（m）

△p——-供氣管道壓力損失，一般取0.05～0.1MPa

3）成樁檢測(cè)

在樁身混凝土齡期滿足要求后，采用低應(yīng)變和超聲波透射法進(jìn)行成樁檢測(cè)，低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果為Ⅰ類樁，超聲波透射法檢測(cè)結(jié)果為Ⅱ樁，均滿足設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范要求。

（2）樁底灌注混凝土法

1）該方法是在樁底出現(xiàn)傾斜巖層位置澆筑與巖層強(qiáng)度等級(jí)范圍相同的早強(qiáng)混凝土，在確認(rèn)樁底傾斜巖層面位置后，利用鉆頭先清理巖層面上的土層，使巖層傾斜面完全露出，然后進(jìn)行清孔，采用與灌注樁基水下混凝土相同的方法灌注孔底混凝土，混凝土采用一次澆筑法，混凝土標(biāo)高以高出巖面1-1.5米為宜，混凝土灌注完成后，將鉆機(jī)移到另外的樁基位置處進(jìn)行處理，為盡可能降低臨樁施工對(duì)處理樁的影響，防止處理塌孔、縮頸，在等待澆筑混凝土強(qiáng)度期間（一般為5天）要保證孔內(nèi)泥漿液面高度，泥漿液面降低時(shí)要及時(shí)補(bǔ)漿，臨樁施工與處理樁的距離不宜小于10m，否則應(yīng)停止臨樁施工。澆筑混凝土的目的是利用早強(qiáng)混凝土代替傾斜巖面處的土層，平衡沖擊錘對(duì)樁底各個(gè)部分的沖擊力，防止沖擊錘偏心受力過大造成的樁孔偏位。混凝土試塊抗壓強(qiáng)度達(dá)到要求后，將沖擊鉆機(jī)移回到孔位進(jìn)行沖擊鉆孔施工，當(dāng)沖擊再次進(jìn)入傾斜巖層面標(biāo)高處應(yīng)降低落錘距離和沖擊頻率，一般落錘距離控在30-40cm，沖擊次數(shù)15次/min。從傾斜面出現(xiàn)至成孔到設(shè)計(jì)標(biāo)高68m的整個(gè)施工過程中作業(yè)基本正常，成樁后進(jìn)行樁位偏差測(cè)量符合設(shè)計(jì)要求，采用鉆機(jī)配套的泥漿循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行清空后，孔底沉渣符合設(shè)計(jì)要求。

2）成樁檢測(cè)

在樁身混凝土齡期滿足要求后，采用低應(yīng)變和超聲波透射法進(jìn)行成樁檢測(cè)，低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果為Ⅰ類樁，超聲波透射法檢測(cè)結(jié)果為Ⅰ樁，均滿足設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范要求。

3.2樁孔偏位兩種處理方法的比較

（1）填石方法

現(xiàn)場(chǎng)采用填石方法的優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單、取材容易、適用性強(qiáng)、適合各種強(qiáng)度的巖層處理。缺點(diǎn)需要反復(fù)多次填筑、孔位較深時(shí)，排渣比較困難，采用常規(guī)泥漿循環(huán)出渣方法只適用于鉆孔深度不超過40米的樁基施工，超過40米時(shí)需要單獨(dú)配備專用排渣設(shè)備。

（2）灌注混凝土法

該方法的優(yōu)點(diǎn)：一次澆筑混凝土，不需要單獨(dú)配備專用排渣設(shè)備。缺點(diǎn)：需要清孔、澆筑混凝土后要等待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后才能施工，并且這期間要加強(qiáng)樁孔保護(hù)，不適合巖層強(qiáng)度大于C50的巖層和弱風(fēng)化巖層。

兩種處理方案在使用時(shí)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，具體使用時(shí)要結(jié)合各方面因素綜合考慮。

結(jié)語：

通過平陽縣吹填區(qū)市政工程橋梁的樁基施工實(shí)踐證明，只有在結(jié)合實(shí)際、深入研究、總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定施工方案，才能取得良好的效果。針對(duì)沿海灘涂地區(qū)樁基施工中出現(xiàn)樁基偏位等特殊問題，只要條件允許、措施得力，施工問題就能得到很好的解決，本文的處理方法將為同類地質(zhì)條件的樁基施工中的類似問題提供參考和經(jīng)驗(yàn)。