橋梁砂層+砂巖地質鉆孔灌注樁施工技術及質量控制解析

摘要：橋梁施工中鉆孔灌注樁施工受地質條件影響大，為保證施工質量，必須制定好適合現(xiàn)場地質條件的施工方案和設備選型，加強施工過程控制，保證鉆孔灌注樁的施工質量達到要求。特別是高鐵設計中以橋代路的大背景下，橋隧比例大約占據線路總長的80%～95%，長大橋梁的設計、施工、運營優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)。為提高橋梁樁基效率、降低施工成本、減少環(huán)境污染，旋挖鉆孔灌注施工工藝已經得到普及。旋挖鉆機以其安裝簡單，鉆頭拆卸方便，機械化程度高，成孔速度快、對環(huán)境影響小是旋挖鉆施工的最大特點。但在砂層地質及地下水豐富地段施工難度大，就非常容易造成塌孔；硬質巖層地質施工效率低，對鉆頭磨損嚴重，施工成本高。

關鍵詞：旋挖鉆；護筒跟進；鉆孔灌注樁；質量控制

1橋梁鉆孔灌注樁的施工特點

橋梁鉆孔灌注樁施工經常會遇到因地質條件復雜引起的施工困難、質量不容易保證等問題，如地質不穩(wěn)定、流動性大、涌水嚴重等。為了避免不良地質環(huán)境對鐵路橋梁建設的影響，只能改變施工工藝，采用輔助措施來彌補地質環(huán)境帶來的不足，如調整泥漿比重、改變造漿方法、選用合適的造漿材料、采用鋼護筒跟進等措施，從而提高橋梁樁基成樁質量。鉆孔灌注樁施工根據不同的地質環(huán)境情況、施工進度要求、施工質量要求，綜合比選采用合理的鉆孔工藝，而不同的鉆進工藝將直接決定鉆機的設備選型。

2砂層+砂巖地質鉆孔灌注樁施工技術

太焦鐵路涅河特大橋（DK120+878.37），全橋420根鉆孔樁，橋址區(qū)地質復雜，不良地質和特殊地質區(qū)多，底層為素填土及堆積砂土；第四系全新統(tǒng)沖積層新黃土、粉土、粉質黏土、黏土、粉砂、細砂、中砂；第四系上更新統(tǒng)坡沖積層粉土、粉質黏土、粉砂，第三系上新統(tǒng)黏土、粉質黏土、粉砂、細砂、中砂及膠結層，下伏三疊系中統(tǒng)二馬營組第二亞組砂巖，泥巖，泥質砂巖。橋址區(qū)地下水位豐富，水位埋深0.7m～4m。

針對本橋地質顯示3.8m～10 m均為不同類別的砂層，砂層底部為砂巖地質，地下水深度為3.5m。正式施工前，需選用不同的鉆孔工藝進行方案比選，進行試鉆施工。

對于砂層地質，常規(guī)鉆孔樁護壁主要依靠泥漿與地下水壓力差在孔壁上形成泥皮，形成護壁的作用。優(yōu)先考慮沖擊鉆放工，能夠將部分樁芯土擠壓到外部，對既有地層起到擠密加固作用，正循環(huán)造漿有利于泥漿護壁的形成。但沖擊鉆鉆進施工進度慢，對富水流砂層施工效率極低，相對而言，該設備更適用于堅硬巖層鉆孔施工。我們經分析采用沖擊鉆鉆進，因地層流砂層過厚，切地下水位高，成孔困難，清孔及灌注過程很容易產生塌孔，施工鉆進速度慢，現(xiàn)場用電負荷大問題等諸多困難因素，綜合以上因素，采用旋挖鉆施工成孔。但如采用常規(guī)方法旋挖鉆很難成孔，只能通過加長護筒以作護壁的方法。我部經現(xiàn)場試驗，首先采用旋挖鉆，干作業(yè)鉆進。針對流砂層地質，采用長護筒埋深4m，造泥漿濕作業(yè)施工鉆孔，鉆進到6m時塌孔，回填后采用打拔機振沉6m再接長6m長護筒穿透砂層，使長護筒鑲嵌泥質砂巖下30cm，阻斷砂巖上地下水回流攜帶流沙進入孔內，割斷高出地面1m部分，干作業(yè)成孔。由于部份樁基砂層下砂巖存在膠結層及斜巖情況，且砂巖強度高（≥800KPa），護筒很難鑲嵌進砂巖，達到完全隔斷地下水的效果，造成干作業(yè)成孔后由護筒底部向孔內回流大量泥沙，現(xiàn)場改用振沉12m長護筒鑲嵌到泥質砂巖，造漿濕作業(yè)成孔。水下灌注混凝土后因護筒埋深過深采用吊車配合打拔機拔出鋼護筒。

3旋挖鉆施工砂層、砂巖地質鉆孔灌注樁基礎的施工重點

3.1旋挖鉆孔施工技術要點

樁孔施工流程：測量放樣、埋置護筒、長護筒振動下沉、制備泥漿、開鉆制孔等。正式施工前需對施工場地進行清理和平整，確保施工場地的穩(wěn)定性和空曠，不影響施工過程中設備的正常作業(yè)。樁位的測量放樣工序中，要嚴格按照設計圖紙及現(xiàn)場實際情況確定樁位點，在不影響設備作業(yè)前提下確保護樁不被損壞；埋置護筒時，護筒中心偏移<5cm，傾斜度<1%，規(guī)格是內徑>樁徑的0.2～0.4m，依據設計砂巖頂面標高與地面標高的高差增加1m，確定護筒長度；采用打拔機振動下沉護筒；制備泥漿時，對于特殊地質情況結合實際合理調整加大泥漿比重到1.3，使泥漿適用于砂層與砂巖不同地質；開始鉆孔前認真檢查鉆機鉆頭位置，確認與樁中心處于一條豎直線上，允許偏差<20mm；正式開鉆時采用低速鉆進，結合實際土壤地質情況選擇合理鉆進方式和鉆速，鉆進到護筒底部時，需適當減速，還應適當增大泥漿比重。鉆孔深度達到設定數(shù)值時，提離鉆頭5～10cm勻速轉動，使泥漿無渣滓后停止鉆機，檢查鉆孔。

3.2鋼筋籠制作安裝技術要點

鋼筋籠的制作過程嚴格按照《鐵路工程質量檢驗評定標準》中設定的鋼筋籠制備誤差進行，在廠區(qū)集中加工。吊筋焊接前，需反復檢查吊筋長度是否需求，核查鋼筋籠中心和樁中心偏差是否小于20mm，確保骨架頂端高度偏差在±20mm內。為避免鋼筋籠損壞孔壁，在四周每2m設置墊塊四個墊塊來緩解鋼筋籠對孔壁的損壞程度及使鋼筋籠保護層更勻稱。

3.3成孔后清空

鉆孔樁清空作為鉆孔灌注樁質量控制關鍵控制項作用要嚴格控制，因地質原因，砂層與砂巖之間通常有膠結層，當跟進長護筒穿透砂層很難穿透膠結層，造漿施工對于保證砂巖頂部膠結層成孔起到至關重要的作用，但灌注樁基前需按規(guī)范將泥漿比重降到1.1以內，保證灌注順利進行。

3.4水下混凝土灌注施工技術要點

為充分保障成樁的質量，在進行水下混凝土灌注施工時，需先對導管開展承載壓力和接頭抗拉力的水下試驗，保證選用的200～300mm的鋼導管符合技術要求，牢固、可靠性達標。實際混凝土灌注過程中，要嚴格控制鉆孔底與導管底距離（30～40cm），導管埋設深度為2～6m，并實時用測繩進行混凝土面深度測量，確保及時、精準地修正導管的埋設深度。此外，當灌注高度快要達到設計標高時，為防止導管內外壓差太小引起混凝土上升艱難，實際施工中可通過向孔內加水進行泥漿稀釋，排除多余沉淀泥漿等方法來保證混凝土灌注施工的正常作業(yè)。

4砂層+砂巖地質長護筒跟進，旋挖鉆成孔，過程常見問題、原因及控制措施

4.1長護筒跟進施工時要密切灌注護筒垂直度，及時矯正。

1）成孔后孔內沉渣明顯，且使用旋挖鉆不能清除，說明長護筒振動下沉時底部未能完全穿透砂層，達到膠結層及巖層；未被鋼護筒保護處，砂層塌入孔內，需及時進行護筒跟進，使護筒底部嵌入膠結層，封閉砂層。

2）為確保樁頭混凝土的灌注質量，混凝土灌注高度控制應考慮護筒鋼材體積，鉆孔過程中護筒背后流砂外流形成的脫空，拔除護筒后必然導致混凝土產生大量沉落，在灌筑樁基混凝土時必須計算準確，使護筒拔除后混凝土超過設計值1m左右。

3）混凝土灌注完成后，鋼護筒拔除應緩慢進行，保證樁身混凝土完整。

4.2鋼筋籠上浮原因

1）鋼筋籠初置位置不合適；

2）混凝土流動性太小且導管埋設太深造成混凝土將鋼筋籠頂托；

3）導管上提太猛，造成混凝土沉降太快，產生瞬間反沖力使得鋼筋籠上??；

4）鋼筋籠質量差且吊裝不合理引發(fā)變形等。

結合分析原因，采取相應的質量控制措施：嚴格保證鋼筋籠放置初始位置無偏差且與孔牢固固定；為控制混凝土注入鋼筋籠時的流動性，可以適當增添緩凝劑或降低混凝土澆灌周期；對于反沖力引起的上浮，需認真計算導管埋設深度及混凝土面高，結合實際情況實時控制混凝土澆灌，提升導管時要緩慢進行。對于鋼筋籠的制備精度要嚴格把控，安放鋼筋籠時要嚴格控制豎向垂直度，偏差控制在允許范圍內才可進行吊放。

結束語：在鐵路橋梁施工過程中，上部厚覆砂層，下部為砂巖地質的鉆孔灌注樁施工，使用旋挖鉆鉆孔，長護筒跟進，拔除護筒的工程實踐中，有效的防止砂層塌孔帶來的樁基質量問題，采用旋挖鉆施工，保證了工期，經樁基質量檢測均符合設計及規(guī)范要求。

參考文獻：

[1]鐵路混凝土工程施工質量驗收標準.中華人民共和國鐵道部，2010-12-08.

[2]高速鐵路橋涵工程施工技術規(guī)程.中國鐵路總公司，2015-02-16.

[3]鐵路橋梁鉆孔樁施工技術規(guī)程.中國鐵路總公司，2015-02-16.

作者簡介：尹森（1977年10月9日）山西太原、工程師、中鐵十二局集團第三工程有限公司030024