松散土層大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)

芮俊雄

(江蘇雷威建設(shè)工程有限公司，江蘇 南京 210003)

0 引言

當(dāng)前，在橋梁的樁基礎(chǔ)施工過程中，鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。在土層松散、孔隙率較大且地下水源豐富的特殊地層中進(jìn)行樁基施工時(shí)，容易遇到塌孔、局部地表下沉等狀況，影響樁基正常施工[1-3]。

目前應(yīng)用較多的改善土層松散性狀、阻斷地下水的方法是密排高壓旋噴樁，該施工工藝可以確保加固后樁機(jī)鉆進(jìn)施工時(shí)，密排高壓旋噴樁外側(cè)的建筑物、底面均不受沉降影響[4]。正循環(huán)水鉆鉆進(jìn)過程中對(duì)土層的擾動(dòng)較小，但是存在進(jìn)尺慢、成孔周期長等問題。對(duì)孔隙率大、含水量高的松散土層、巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)或者水中，可以采用鋼護(hù)筒施工的方法，這不僅可以有效防止泥漿流失，確保成樁質(zhì)量，而且對(duì)周圍的土層擾動(dòng)較小。但是，若樁基位于水位較深或者地質(zhì)擾動(dòng)較大的區(qū)域，鋼護(hù)筒在施工過程中受沖擊和干擾的影響較大，則鋼護(hù)筒的定位以及對(duì)接坡口滿焊的水密性都很難保證，影響成樁質(zhì)量[5]。

因此，如何利用既有施工條件，經(jīng)濟(jì)高效地穿越不良地層是廣大施工技術(shù)人員共同探索的方向[6]。

1 工程概況

本工程19#—21#橋墩主要位于仙寧鐵路南側(cè)。19#墩位于撇洪溝內(nèi)，撇洪溝內(nèi)淤泥深度為3 m，淤泥下的粉質(zhì)黏土呈流塑性，深度為13.9 m。20#墩位于泄洪溝東側(cè)岸邊，21#墩距離既有河溝7 m。此處原為麒麟科技創(chuàng)新園區(qū)棄土場，其周邊及地下有大量的生活垃圾及建筑垃圾，具體地質(zhì)情況見表1。

表1 地質(zhì)特征表

2 樁孔施工常規(guī)方法及存在問題

21#墩基礎(chǔ)共4根樁，直徑為1.8 m，單根樁長為30 m，樁基類型為端承樁，本工程樁基混凝土均采用C30水下混凝土。21#墩處雜填土深度約15.1 m，當(dāng)鉆進(jìn)深度達(dá)到約18 m后進(jìn)入巖層。

圖1 21#-4鉆進(jìn)11.5 m時(shí)的孔口狀況

最初采用SR280R旋挖鉆機(jī)施工，21#-4樁從護(hù)筒頂標(biāo)高往下鉆進(jìn)7.5 m仍然是回填土。繼續(xù)鉆進(jìn)至11.5 m時(shí)，孔口開始下沉，局部地表出現(xiàn)開裂下陷(如圖1所示)，并且孔內(nèi)涌水過大，不得不停止鉆進(jìn)。

由于入巖后，仍需鉆進(jìn)15 m方可達(dá)到設(shè)計(jì)孔深，必須選擇進(jìn)尺速度快的施工機(jī)械。周邊鄰近撇洪溝，地下6 m處水源比較豐富，開挖過程中出現(xiàn)大量涌水現(xiàn)象且土質(zhì)松散，孔隙率較大，泥漿流失較快，高壓旋噴樁無法施工。若采用沖擊鉆施工，鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的震動(dòng)會(huì)造成擴(kuò)孔、塌孔等不利影響。由于該處存在大量的生活垃圾和建筑垃圾，鋼護(hù)筒無法正常施工，施工成本增加[7]。因此排除了高壓旋噴樁、沖擊鉆施工以及鋼護(hù)筒施工的方案。為了確保鉆進(jìn)時(shí)震動(dòng)較小、入巖后進(jìn)尺速度快且經(jīng)濟(jì)高效，擬采用正循環(huán)水鉆結(jié)合旋挖鉆二次開孔的施工工藝。

3 正循環(huán)水鉆與旋挖鉆結(jié)合鉆進(jìn)施工工藝

21#-4樁采用GPS20正循環(huán)鉆機(jī)結(jié)合SR280R旋挖鉆機(jī)施工的方法。先采用大直徑鉆頭的正循環(huán)鉆機(jī)鉆進(jìn)施工，待鉆頭鉆至巖層后，樁機(jī)停止鉆進(jìn)，灌入C20細(xì)石混凝土，待混凝土初凝形成護(hù)壁后，重新復(fù)核樁位，改用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)施工，21#-4樁基孔徑平面圖和立面圖如圖2所示。具體施工方法如下。

圖2 21#-4樁基孔徑平面圖和立面圖(單位：m)

1)21#-4樁施工時(shí)，先采用正循環(huán)水鉆，用直徑為2.4 m的鉆頭鉆進(jìn)施工，鉆進(jìn)過程中每小時(shí)測量進(jìn)尺深度并沖洗檢查渣樣，做好記錄。

2)在鉆進(jìn)過程中采用ANY-1型泥漿3件套測試儀按時(shí)檢測泥漿比重、含砂率和黏度。為了防止鉆孔側(cè)壁塌方，采用高塑性黏土制備泥漿護(hù)壁[8]，泥漿比重適當(dāng)加大，相對(duì)密度控制在1.2～1.4，含砂率不大于4%，黏度16～28 Pa·s。

3)當(dāng)正循環(huán)鉆機(jī)鉆進(jìn)至砂巖層后，繼續(xù)鉆進(jìn)0.3 m，確保鉆頭以下泥巖平順，并滿足地質(zhì)報(bào)告要求的不小于18.7 m深度時(shí)停止鉆進(jìn)，沖洗的渣樣如圖3所示。

圖3 21#-4樁鉆進(jìn)砂巖層后沖洗的渣樣

4)及時(shí)清理孔底的沉渣，同時(shí)控制泥漿比重不小于1.2。清孔后，澆筑C20細(xì)石混凝土。直徑2.4 m的樁首灌量按式(1)計(jì)算，計(jì)算得C20細(xì)石混凝土首灌方量為6.2 m3。

(1)

(2)

式中：V為首灌方量；D為樁孔直徑；H1為樁孔底至導(dǎo)管底端間距；H2為導(dǎo)管初次埋置深度；d為導(dǎo)管內(nèi)徑；h1為樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外壓力所需的高度，按式(2)計(jì)算；Hw為樁孔內(nèi)水或泥漿的深度；γw為樁孔內(nèi)水或泥漿的重度；γc為混凝土的重度[9]。

5)澆筑完C20細(xì)石混凝土，待混凝土初凝后，重新進(jìn)行樁位復(fù)核，采用旋挖鉆進(jìn)行施工，鉆頭直徑為1.8 m。直至挖到樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下0.5 m處停止鉆進(jìn)。

圖4 21#-4樁成孔波形圖

6)樁基成孔后，采用RSM-HGT(F)超聲波成孔質(zhì)量檢測儀檢測樁孔的孔深、孔徑、垂直度等參數(shù)。成孔波形圖見圖4，樁孔孔壁垂直、光滑，無明顯縮孔、擴(kuò)孔現(xiàn)象，成孔質(zhì)量很好。樁孔相關(guān)參數(shù)見表2，實(shí)測孔深大于設(shè)計(jì)值，最大孔徑與最小孔徑的偏差均小于±5 cm，樁孔垂直度為0.16%，各項(xiàng)參數(shù)均在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，可進(jìn)行下一步工序。

表2 樁孔參數(shù)

7)采用25 t吊機(jī)下鋼筋籠[10]，鋼筋籠底部控制在距離孔底0.6 m，根據(jù)護(hù)筒標(biāo)高至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高確定吊筋使用長度。

8)鋼筋籠吊裝結(jié)束后，進(jìn)行二次清孔，測得泥漿比重為1.08、含砂率為1.6%、黏度為19.6 Pa·s，采用沉渣儀測得沉渣厚度為3.8 cm，均滿足設(shè)計(jì)要求[11]。澆筑C30水下混凝土前，測得混凝土坍落度為195 mm。直徑為1.8 m的鉆孔灌注樁混凝土首灌量按式(1)計(jì)算，計(jì)算得到首灌方量為3.8 m3，灌注混凝土超過樁頂0.5 m。

4 結(jié)語

1)在土層松散、空隙率較大、地下水源豐富且含有大量生活垃圾和建筑垃圾的易塌孔土質(zhì)下進(jìn)行端承樁的樁基施工時(shí)，采用正循環(huán)水鉆結(jié)合旋挖鉆施工的方案，不僅節(jié)約成本，而且施工高效。

2)在二次鉆進(jìn)過程中，初凝的C20細(xì)石混凝土具有良好的孔壁支護(hù)效果，可以有效防止塌孔和局部地表下沉。

3)采用該工藝進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，可以有效保障樁孔的孔徑、垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。