高鐵復(fù)雜地質(zhì)條件下百米深孔樁施工綜合技術(shù)

寇青

摘要：在江西吉安昌贛鐵路白圻村特大橋樁基施工時(shí)，橋址區(qū)覆蓋層為圓礫土，巖溶強(qiáng)發(fā)育，溶洞多，規(guī)模大，相互連通，且存在深長(zhǎng)樁基，施工難度極大，施工質(zhì)量及進(jìn)度難以得到保障。本項(xiàng)目通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及施工工藝的創(chuàng)新，針對(duì)性地采取了全護(hù)筒套管跟進(jìn)法、混凝土回填反壓法施工及深長(zhǎng)樁基的全護(hù)筒套管跟進(jìn)+搓管機(jī)法等多種施工鉆進(jìn)措施，確保了本項(xiàng)目在復(fù)雜地質(zhì)條件及深長(zhǎng)樁基的順利鉆進(jìn)，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

Abstract： During the construction of the pile foundation of Baiqi Village Bridge in Changgan Railway of Ji'an， Jiangxi Province， the cover layer of the bridge site is round gravel soil， with strong karst development， large number of caves， large scale， interconnected and deep pile foundation， so the construction difficulty is large and the construction quality and progress are difficult to secure. Through the experience summary and the innovation of construction technology， the project has adopted the full casing casing follow-up method， the concrete backfill counter-pressure method construction and the deep-tube pile follow-up + pipe-cutting machine method， which ensures the smooth drilling of the project in complex geological conditions and deep and long pile foundations and has strong promotion and application value.

關(guān)鍵詞：高鐵橋梁;深長(zhǎng)孔樁;護(hù)筒跟進(jìn)法;施工技術(shù)

Key words： high-speed rail bridge;deep-long hole pile;casing follow-up method;construction technology

中圖分類號(hào)：[U24] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）13-0140-03

0 ?引言

當(dāng)橋梁樁基處地層較為穩(wěn)定時(shí)，工程地質(zhì)條件較好時(shí)，采用旋挖鉆干鉆，或是沖擊鉆施工，采用泥漿護(hù)壁，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用不同比重的泥漿，以與孔樁側(cè)壁的土壓力及地下水壓力相平衡，以確保樁壁穩(wěn)定不坍塌。但是，在相當(dāng)情況下，地質(zhì)條件非常差，不能采用泥漿護(hù)壁或是泥漿護(hù)壁也不能使孔壁保持穩(wěn)定狀態(tài)，則難以成功澆筑樁基，如果在地質(zhì)條件差的情況下，深長(zhǎng)樁的施工更是難上加難，為解決這一難題，則需要進(jìn)行樁基鉆孔機(jī)械設(shè)置、施工工藝和方法的改進(jìn)及創(chuàng)新。

1 ?工程簡(jiǎn)介

昌贛鐵路白圻村特大橋位于江西省吉安市境內(nèi)，中心里程為DK233+356.595，橋梁總長(zhǎng)度為4659.05m，梁型為24m和32m簡(jiǎn)支箱梁，共144個(gè)墩臺(tái)位，群樁基礎(chǔ)，直徑1.25m，樁長(zhǎng)基本在50～80m之間，最大設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)101-E為99.5m，有14顆樁基鉆孔深度超過百米。

橋址區(qū)不良地質(zhì)為巖溶，屬淺覆蓋型，覆蓋層主要為圓礫土。巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級(jí)屬?gòu)?qiáng)發(fā)育，溶洞多，規(guī)模大，相互連通。基巖面附近土體黏結(jié)強(qiáng)度易受巖溶水破壞，土顆粒亦隨地下水搬運(yùn)而流失，形成土洞，當(dāng)土洞發(fā)育至一定規(guī)模時(shí)，在機(jī)械震動(dòng)和真空虹吸作用下，容易引發(fā)地面塌陷。

2 ?復(fù)雜條件的深孔樁基施工技術(shù)

白圻村特大橋橋址處巖溶極為發(fā)育，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，巖溶柱樁施工難度極大。根據(jù)前期施工經(jīng)驗(yàn)，采用旋挖鉆或是沖擊鉆，過程中塌孔復(fù)鉆、埋錘卡鉆、漏漿塌陷、周邊下沉等異常事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)成孔成樁質(zhì)量影響極大，進(jìn)度無法保證。采用常規(guī)的旋挖鉆、沖擊鉆難以完成孔樁的施工，故需對(duì)孔樁成孔技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)及創(chuàng)新，方可完成白圻村特大橋復(fù)雜地質(zhì)條件下的深樁施工。

結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)對(duì)類似樁基的成功施工工法進(jìn)行總結(jié)、改進(jìn)及優(yōu)化，制定出適合本項(xiàng)目的樁基施工工法。根據(jù)地質(zhì)情況及樁基深度的不同，采用了如下三種施工工藝及方法進(jìn)行白圻村特大橋樁基的施工，有效地確保了復(fù)雜地質(zhì)條件下百米深樁的順利進(jìn)行，達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的施工質(zhì)量。

2.1 全套管跟進(jìn)法

全套管跟進(jìn)施工工藝與一般的樁基施工方案對(duì)比，不同之處在于鉆孔過程中，隨鉆進(jìn)埋設(shè)特制套管，套管起到鋼護(hù)筒的作用，鉆孔是在套管的保護(hù)下進(jìn)行施工的。跟進(jìn)采用的套管內(nèi)徑較樁徑大10cm，壁厚40mm。0～30m左右深的套管跟進(jìn)采用旋挖鉆直接鉆進(jìn)，30～80m左右深的套管跟進(jìn)采用搓管機(jī)輔助跟進(jìn)。如圖1及圖2（b）所示。

套管采用旋挖機(jī)鉆進(jìn)埋設(shè)，套管起拔采用邊灌混凝土邊用撥管機(jī)（超過30m用搓管機(jī)）提拔方式施工至灌注完畢 ，優(yōu)點(diǎn)是成孔有保障，垂直度高，成樁質(zhì)量可靠，樁形規(guī)則，環(huán)保，功效高。缺點(diǎn)是施工工序復(fù)雜，配合設(shè)備多，施工成本高，樁深受限。

2.1.1 施工作業(yè)流程

樁心定位→安置鉆機(jī)→連接驅(qū)動(dòng)器下設(shè)護(hù)筒→正轉(zhuǎn)取土→反轉(zhuǎn)壓土上提→接長(zhǎng)護(hù)筒→入巖終孔→清碴→檢查→移機(jī)→下放鋼筋籠→澆砼→拔護(hù)筒。

全護(hù)筒套管跟進(jìn)法關(guān)鍵工序施工順序及說明如圖1所示。

2.1.2 主要工序施工方法及關(guān)鍵技術(shù)

①樁心定位：全站儀定樁心，打下定位樁，置十字線讓交點(diǎn)通過中心樁，設(shè)置半徑確定4顆引樁位置，以便復(fù)核樁偏差;

②安置鉆機(jī)：放線前平整場(chǎng)地，用挖機(jī)壓實(shí)，確保旋挖鉆機(jī)能平穩(wěn)工作;表土中孤石含量小而少可用雙底截齒鉆頭對(duì)準(zhǔn)中心樁后直接開孔，否則應(yīng)以樁半徑畫圓，用截齒筒鉆開孔;

③下設(shè)套管：鉆頭開孔后下設(shè)套管，露出地表高度 500mm左右，第一節(jié)套管下好后，接長(zhǎng)套管繼續(xù)鉆進(jìn)，直至鉆進(jìn)有難度時(shí)，脫開驅(qū)動(dòng)器，用鉆機(jī)鉆進(jìn)取土至套管底口，根據(jù)地質(zhì)情況，接長(zhǎng)套管后繼續(xù)下放套管至預(yù)設(shè)深度;

④鉆進(jìn)取土：鉆機(jī)再次對(duì)中、效核垂直度后正轉(zhuǎn)取土，反轉(zhuǎn)壓土后提土至終孔，采用慢進(jìn)慢提以減少鉆頭對(duì)套管內(nèi)壁的碰刮。

⑤清孔：根據(jù)地勘及設(shè)計(jì)圖紙要求達(dá)到嵌巖深度后即可進(jìn)行成孔質(zhì)量檢查，深度達(dá)要求后用清孔鉆清孔后終孔;下鋼筋籠前再次檢查孔底沉碴厚度，端承樁小于50mm，摩擦樁小于200mm，如不能滿足要求，重新清孔。

⑥拔套管：澆筑過程中套管底每埋深超過6-7m拔除一節(jié)套管，套管埋置不宜太深，用拔管機(jī)分節(jié)拔出套管，注意砼面下降情況，拔套管時(shí)，澆筑砼用的導(dǎo)管須固定好留在套管內(nèi)，保持居中，以便在拔除套管后及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)充砼，連續(xù)灌注 。

封孔時(shí)，套管及混凝土封孔導(dǎo)管要根據(jù)混凝土埋深情況進(jìn)行逐節(jié)拔除（套管4m/節(jié)，混凝土導(dǎo)管2m/節(jié)），為減少護(hù)筒壁外遇到較大溶洞造成斷樁的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)管埋深一般保持在6～10m。封孔時(shí)要認(rèn)真研究地質(zhì)鉆孔資料及鉆進(jìn)記錄，遇有可疑非填充溶洞時(shí)，要把控好拔管標(biāo)高，以免混凝土流進(jìn)溶洞內(nèi)混凝土導(dǎo)管露出混凝土面形成斷樁。

拆套管時(shí)，首先要拆除套管頂面的封孔平臺(tái)，采用吊機(jī)副鉤提住混凝土灌注導(dǎo)管，然后采用拔管機(jī)緩慢頂升拔除套管，待一節(jié)套管頂升到位后，吊機(jī)主鉤提住套管，拆除連接螺栓，將套管吊起。拆除節(jié)段的套管吊起1m左右，將活動(dòng)式的混凝土澆筑平臺(tái)安裝至下節(jié)套管頂面用于支撐混凝土導(dǎo)管后，并摘除提住混凝土導(dǎo)管的副鉤，最后即可拆除上節(jié)套管。

混凝土導(dǎo)管拆除與常規(guī)混凝土水下灌注導(dǎo)管拆除方法類似。

2.2 半跟進(jìn)護(hù)筒成孔法

全套管跟進(jìn)法施工樁基雖然質(zhì)量好，但具有施工效率低，施工成本高，樁深受限等缺點(diǎn)。為了加快施工進(jìn)度，對(duì)于普通回填土層、砂卵層，密實(shí)度差，坍塌、縮孔嚴(yán)重的地層。采用比樁徑大100mm鉆具鉆進(jìn)，遇塌孔地段采用回填混凝土反壓凝固了再鉆進(jìn)至一定深度下全護(hù)筒鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，再下鋼筋籠，灌注，如圖2（a）所示。

2.2.1 施工流程

對(duì)于鋼護(hù)筒下放至樁底時(shí)，施工流程為：樁心定位→安置鉆機(jī)→正轉(zhuǎn)取土→反轉(zhuǎn)壓土上提→回灌凝土→再次鉆進(jìn)—終孔→移機(jī)→下套管→下放鋼筋籠→導(dǎo)管→澆砼→拔護(hù)筒。

如果護(hù)筒不是沉放至樁底，則在下放鋼護(hù)筒后再進(jìn)行孔樁鉆進(jìn)，直至樁底標(biāo)高。

2.2.2 主要工序施工方法及關(guān)鍵技術(shù)

①護(hù)筒安裝：鋼護(hù)筒埋設(shè)：采用旋挖機(jī)配合反壓法鉆進(jìn)至所需深度進(jìn)行埋設(shè)，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層后使護(hù)筒口高出地面不小于300mm;

②安置鉆機(jī)：放線前平整場(chǎng)地，用挖機(jī)壓實(shí)，確保旋挖鉆機(jī)能平穩(wěn)工作;表土中孤石含量小而少可用雙底截齒鉆頭對(duì)準(zhǔn)中心樁后直接開孔，否則應(yīng)以樁半徑畫圓，用截齒筒鉆開孔;

③鉆進(jìn)取土，塌陷區(qū)回填混凝土反壓凝固再鉆進(jìn)，反復(fù)進(jìn)行;

④下鋼護(hù)筒，或者再進(jìn)行鉆進(jìn)（根據(jù)地質(zhì)情況變動(dòng)）至所需深度，驗(yàn)孔;

⑤砼澆筑完畢后，用吊車配合振動(dòng)錘一次性拔鋼護(hù)筒，如孔深鋼護(hù)筒太長(zhǎng)可分段焊拔。注意砼面下降情況，拔護(hù)筒時(shí)，及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)充砼。

2.3 混凝土回填反壓法施工

對(duì)于回填土層，密實(shí)度差，易塌陷，有大塊石間隙大，有空洞及溶蝕地層。還選用了混凝土回填反壓法施工。其施工關(guān)鍵技術(shù)如下：

①用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)至塌陷段時(shí)回填混凝土，8～12小時(shí)再鉆進(jìn)，反復(fù)多次進(jìn)行直至終孔。

②采用一次性多個(gè)樁位施工，間段隔開鉆進(jìn)。

③要有足夠場(chǎng)地空間。

④成孔要求及時(shí)驗(yàn)孔，灌注，不可長(zhǎng)時(shí)間停放。

3 ?復(fù)雜地質(zhì)條件下超長(zhǎng)樁基施工工藝

40、101、102、114#等墩位巖溶強(qiáng)發(fā)育，周邊水系復(fù)雜，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)均超過95m，最長(zhǎng)樁101-E為99.5m，應(yīng)鉆孔深度達(dá)102m。

地勘地質(zhì)描述為0-2.7m回填土;2.7-4.7m粉質(zhì)粘土;4.7-46.5m細(xì)圓礫土;46.5-50.8m粉質(zhì)粘土;50.8-71.2m溶槽（含礫粉質(zhì)黏土填充）;71.2-73.6m灰?guī)r;73.6-74.6m溶洞;74.6-75m灰?guī)r;75-76.2m溶洞;76.2-76.5m灰?guī)r;76.5-98.2m溶洞;98.2-柱底灰?guī)r。灰?guī)r硬度達(dá)90MPa。

由于地質(zhì)條件差，為了確保成樁質(zhì)量，在施工條件允許的情況下，采用全套管跟進(jìn)法鉆設(shè)樁基，為滿足此設(shè)計(jì)，聯(lián)合廠家對(duì)SH46A型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行如下改進(jìn)：①對(duì)鉆桿進(jìn)行定制，以達(dá)到施工要求;②對(duì)鉆機(jī)桅桿進(jìn)行加長(zhǎng)，要求達(dá)到鉆進(jìn)要求;③對(duì)鉆機(jī)配重進(jìn)行改進(jìn)，保護(hù)鉆桿重心一致。

因樁長(zhǎng)及地質(zhì)條件需要繼續(xù)跟進(jìn)鋼套管時(shí)，因摩擦力太大影響，旋挖鉆無法直接鉆進(jìn)鋼護(hù)筒，需要采用搓管鉆機(jī)配合進(jìn)行護(hù)筒下放，如圖3所示。

搓管鉆最深跟管深度為72m，大于72m孔深范圍無法跟進(jìn)，采用旋挖鉆直接鉆進(jìn)。70m以下遇到溶洞時(shí)，采用拋填粘土、河卵石進(jìn)行回填擠壓密實(shí)。

由于地質(zhì)條件復(fù)雜，假如由于其它人力不可控原因造成旋挖鉆機(jī)無法完成鉆進(jìn)。將采用備用方案：使用沖擊鉆機(jī)打接力，由于上部一定深度內(nèi)有全護(hù)筒不易塌孔，上部鉆進(jìn)速度快，樁形好，垂直度好，可以有助于沖擊鉆機(jī)更好施工。減少漏漿，在沖擊鉆擊施工中，有可能會(huì)出現(xiàn)偏孔時(shí)，應(yīng)選擇15-30cm的石塊回填校正樁孔垂直度。石塊太大在回填層中會(huì)對(duì)旁邊已澆注樁產(chǎn)生輕微破壞，因此盡量避免大塊石回填。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

①施工是要避免大力沖撞套管，特別是套管的接頭處不能磕碰。在套管連接銷的安卸操作時(shí)，須認(rèn)真清理干凈，以避免出現(xiàn)安裝困難。

②在驅(qū)動(dòng)套管鉆進(jìn)地層中，如遇到鉆進(jìn)困難時(shí)，在采用搓管機(jī)前可優(yōu)先采用旋挖鉆斗或是短螺旋鉆頭在套管內(nèi)取土。

③套管法施工時(shí)，樁基澆筑時(shí)間要盡可能的縮短，避免耗時(shí)過長(zhǎng)導(dǎo)致拔管困難，引起施工質(zhì)量事故。

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