有限空間淤泥質(zhì)地層鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

汪 良

（中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司，北京 100040）

1 工程概況

新建鐵路珠三角穗莞深城際琶洲支線位于廣州市，線路自廣佛環(huán)線琶洲站引出后在大學(xué)城東站與地鐵7號(hào)線深井站換乘，出站后并行新化快速路東側(cè)至化龍接入佛莞城際蓮花站。線路對(duì)加強(qiáng)廣佛、佛莞、穗莞深城際實(shí)現(xiàn)交通網(wǎng)絡(luò)整體聯(lián)接起到至關(guān)重要意義。其中化蓮區(qū)間右線盾構(gòu)隧道在YDK16+460～YDK16+480段左側(cè)、YDK16+486～YDK16+506段右側(cè)穿佛莞城際，與107#、108#墩橋梁樁基140°斜交，樁基采用Φ1000mm樁基礎(chǔ)（端承樁），承臺(tái)尺寸為7.2m×5.2m×2m及8.7m×6.3m×2m（長(zhǎng)×寬×高）。盾構(gòu)隧道外徑與橋梁樁基的凈距為2.2m，盾構(gòu)隧道主要在硬塑狀的淤泥質(zhì)粘土和淤泥層中穿越（厚度約20.16m），為確保橋梁安全，在隧道與樁基之間以及橋梁樁基外側(cè)施做共計(jì)40根φ800mm@1000mm鉆孔灌注隔離樁，樁底至強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層頂部，深入盾構(gòu)隧道底部約9m。與此同時(shí)琶洲支線下穿佛莞城際的107#～108#墩間梁體已架設(shè)完成，實(shí)測(cè)梁底至原地面高程僅有7.7m。

2 工程地質(zhì)和水文情況

（1）地質(zhì)情況。工點(diǎn)地層包含淤泥、淤泥黏土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖等，其中隔離樁樁基處的地層自上而下為淤泥層19.3m，全風(fēng)化花崗巖8.4m。

（2）水文情況。施工區(qū)域地下水按賦存方式分為填土層上層滯水、第四系松散土層孔隙水和基巖裂隙水，勘察所揭露的地下水水位埋藏變化較大，穩(wěn)定水位埋深為0.10～6.95m，平均埋深為1.93m，標(biāo)高為-3.317～3.53m。地下水高度的變化跟地下水的賦存、補(bǔ)給及排泄直接相關(guān)，施工區(qū)域每年雨季在5月—10月，期間降雨充沛，水位出現(xiàn)明顯上升，在冬季因降水減少地下水位同步出現(xiàn)下降。

3 施工難點(diǎn)分析

（1）鉆孔隔離樁距既有佛莞城際承臺(tái)最近處僅0.3m，距佛莞城際橋梁樁基最近距離僅1.1m，施工過(guò)程需確保橋梁基礎(chǔ)穩(wěn)定及規(guī)避觸碰墩臺(tái)。

（2）鉆孔隔離樁距盾構(gòu)隧道管片外徑僅1.1m，必須確保樁基垂直度，避免樁基傾斜侵占隧道界限影響隧道掘進(jìn)。

（3）臨近墩臺(tái)部位的樁基位于已架設(shè)梁體的下方，梁底距地面高度僅7.7m，需制定可靠的施工方法，確保鉆機(jī)移位時(shí)不碰觸梁底。

（4）部分樁基位于沉積淤泥質(zhì)地層，易出現(xiàn)縮孔甚至塌孔掩埋錘頭造成地面沉降的同時(shí)引起墩臺(tái)同步沉降。

4 施工應(yīng)對(duì)措施

4.1 施工前準(zhǔn)備

（1）技術(shù)準(zhǔn)備。編制專項(xiàng)施工方案，邀請(qǐng)專家對(duì)方案合理性進(jìn)行評(píng)審，對(duì)項(xiàng)目部參建人員及施工工人進(jìn)行交底。

（2）場(chǎng)地平整?？紤]到梁底施作隔離防護(hù)，將原地面降低1.5m，地表鋪設(shè)0.5m厚磚渣并用挖掘機(jī)碾壓密實(shí)，沿場(chǎng)地周邊設(shè)溝渠疏通積水，避免浸泡。

（3）施工方法及機(jī)具選擇。因施工場(chǎng)地及凈空受限原因，該工點(diǎn)選用高度7.0m十字型錘頭沖擊鉆成孔，泥漿護(hù)壁施工，導(dǎo)管法灌注水下混凝土。

（4）安全防護(hù)。①緊鄰橋墩承臺(tái)周邊搭設(shè)高度2.5m鋼管架手架進(jìn)行施工隔離，鋼管采用φ48×3mm，立桿間距@1.0m，設(shè)計(jì)上下共三道橫桿，橫桿間距自上而下按0.6m布置，腳手架涂抹紅白相間油漆，掛安全警示牌；②橋梁梁底防護(hù)距離梁底0.5m，采用掛警示帶、警示燈防護(hù)，通過(guò)橋梁排氣孔懸掛∠50×3mm角鋼與下懸掛直徑10mm鋼絲繩形成吊掛系統(tǒng)，鋼絲繩上掛設(shè)警示燈及警示帶，確保白天與夜間施工同樣起到警示作用。

4.2 鉆孔施工控制要點(diǎn)

（1）鉆孔順序。根據(jù)工程數(shù)量采用2臺(tái)沖擊鉆進(jìn)行施工，由于淤泥質(zhì)地層具有可塑性較差的特點(diǎn)，在機(jī)械振動(dòng)作用下極易塌陷，距離較近樁基如果同時(shí)施工，機(jī)械振動(dòng)相互影響容易造成塌孔或串孔情況，因此1#～40#樁基采用跳孔法施工，1#鉆機(jī)按1、11、6、16、2、12、…、10、20#孔順序施工，2#鉆機(jī)按21、31、26、36、22、32、…、30、40#孔順序施工,直到完成全部樁基。

（2）泥漿制備。泥漿采用膨潤(rùn)土現(xiàn)場(chǎng)配制，施工泥漿比重為：淤泥、淤泥黏土地層為1.3；巖石為1.2。粘度：按松散易坍地層19～28s。含砂率：新制泥漿應(yīng)小于4%；膠體率：大于95%；pH值：不小于6.5。泥漿池采用2.5m×6m×2m鋼制泥漿箱，其中2個(gè)作為沉淀池，2個(gè)作為廢泥漿池，滿足2根樁基同時(shí)用量，通過(guò)泥漿泵實(shí)現(xiàn)抽排滿足施工需求。

（3）護(hù)筒埋設(shè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及地質(zhì)特點(diǎn)，護(hù)筒采用1.2cm厚鋼板制作，每節(jié)長(zhǎng)度2m，直徑較樁基直徑大40cm。梁下部分樁基受凈空影響采用4m長(zhǎng)鋼護(hù)筒跟進(jìn)，利用挖機(jī)安裝，其余部位根據(jù)實(shí)際情況確定。護(hù)筒頂部埋設(shè)高出施工地面50cm，護(hù)筒孔口平面位置與設(shè)計(jì)樁位允許偏差小于5cm，豎向傾斜度小于1%，埋設(shè)完成后周邊及時(shí)回填，并用挖機(jī)配合人工夯實(shí)。

（4）鉆進(jìn)成孔。根據(jù)地面標(biāo)高計(jì)算成孔深度，鉆機(jī)采用挖掘機(jī)移位，鉆進(jìn)過(guò)程采用底檔起鉆，促使孔壁逐漸形成堅(jiān)固泥皮護(hù)壁，成孔至護(hù)筒底部約1m后再開(kāi)始正常速度鉆進(jìn)。根據(jù)護(hù)筒內(nèi)泥漿變化分析地層，檢測(cè)泥漿性能是否滿足該地層要求。始終保持護(hù)筒內(nèi)漿液面始終高于地面0.5m左右，避免水壓過(guò)小。提鉆應(yīng)防止速度過(guò)快、防止碰撞護(hù)筒及孔壁，避免引起土層擾動(dòng)出現(xiàn)樁頭擴(kuò)大。

（5）鋼筋籠制安。鋼筋籠采用現(xiàn)場(chǎng)制作加工，分節(jié)吊放，孔口焊接下籠。

（6）混凝土灌注?；炷敛捎米杂邪韬险景柚疲ㄟ^(guò)砼運(yùn)輸車運(yùn)自施工現(xiàn)場(chǎng)灌注。灌注前應(yīng)對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行試拼試壓，防止?jié)B漏泥漿堵塞導(dǎo)管；根據(jù)樁長(zhǎng)計(jì)算首盤(pán)混凝土數(shù)量，確保滿足封底要求。為確保樁基施工質(zhì)量，灌注時(shí)樁頂標(biāo)高較設(shè)計(jì)高程高50cm。

（7）過(guò)程監(jiān)測(cè)。在隔離柱相鄰的107#、108#墩承臺(tái)四個(gè)角各設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)作為沉降和位移觀測(cè)點(diǎn)，高程及平面均采為獨(dú)立控制網(wǎng)。施工前測(cè)量出初始值，監(jiān)測(cè)頻率：施工期間2次/d；施工完成后15d內(nèi)1次/d，15d以后1次/2d，然后停止監(jiān)測(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)掌握位移及沉降變化情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)分析原因，制定切實(shí)可行的補(bǔ)救措施，嚴(yán)禁盲目施工。

（8）常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施。根據(jù)實(shí)際鉆孔核實(shí)的地質(zhì)情況，結(jié)合施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，采取的應(yīng)對(duì)措施情況如下。①坍孔。原因分析：護(hù)筒埋設(shè)太淺、周邊回填不密實(shí)，在成孔過(guò)程中護(hù)筒底腳受鉆頭振動(dòng)影響出現(xiàn)垮塌；成孔過(guò)程錘頭碰觸孔壁；泥漿比重較小，無(wú)法形成有效泥皮護(hù)壁；成孔后采用泥漿泵入新制的泥漿清孔，泥漿管不斷沖刷孔壁；成孔后長(zhǎng)時(shí)間未對(duì)樁基進(jìn)行灌注；泥漿補(bǔ)充不及時(shí)，孔內(nèi)水頭較低，水壓不足；鋼筋籠下放過(guò)程擺幅過(guò)大碰觸孔壁。處理措施：坍孔發(fā)生在護(hù)筒底部，立即停止施工并拆除護(hù)筒，將鉆孔回填壓實(shí)后重新埋設(shè)護(hù)筒再開(kāi)始正常鉆孔；加深護(hù)筒，使挖掘機(jī)配合下壓至坍孔處以下約1m，護(hù)筒外側(cè)采用粉質(zhì)黏土或砂袋回填壓實(shí)，重新開(kāi)鉆時(shí)，控制好泥漿性能和液面高度保持水壓。坍孔部位較深時(shí)，可以根據(jù)漿液變化情況、測(cè)繩量測(cè)深度分析坍孔嚴(yán)重程度，不嚴(yán)重的可將泥漿比重調(diào)整至1.3，同時(shí)減小泥漿泵注漿壓力，使之形成較好泥皮，采用小沖程繼續(xù)鉆進(jìn)；若坍塌較為嚴(yán)重不能繼續(xù)施工時(shí)，果斷對(duì)鉆孔回填片石及黏土至坍孔以上位置，必要時(shí)將整個(gè)鉆孔填滿，填筑過(guò)程利用錘頭邊填邊壓實(shí)，在靜置約48h填土穩(wěn)定后重新進(jìn)行鉆孔，施工過(guò)程密切關(guān)注，出現(xiàn)異常情況及時(shí)處置。施工過(guò)程提升鉆頭、下放鋼筋籠需保持與鉆孔軸線垂直，避免碰撞孔壁；淤泥質(zhì)軟土地層鉆孔，需控制好沖程高度，并提高泥漿比重形成較好的泥漿護(hù)壁。②偏孔。原因分析：鉆機(jī)基礎(chǔ)不穩(wěn)，地面產(chǎn)生不均勻沉降；軟硬交界處，巖面傾斜沖進(jìn)，錘頭受力不均；處理措施：鉆機(jī)傾斜造成偏孔的，先將鉆機(jī)移出，檢查孔壁狀況，較穩(wěn)定則加固施工區(qū)域地基或者將施工平臺(tái)重新填筑壓實(shí)，其上鋪墊1.0cm厚鋼板，形成穩(wěn)定施工平臺(tái)，確保鉆機(jī)基礎(chǔ)穩(wěn)定。由于地質(zhì)變化軟硬相交引起偏孔，需根據(jù)地質(zhì)資料進(jìn)行分析，采用片石回填至地質(zhì)變化處，然后放置一段時(shí)間后重新開(kāi)始沖孔。孔位中心偏差小于10cm時(shí)放置約2h后繼續(xù)沖孔；孔位中心偏差大于10cm時(shí)需根據(jù)情況放置，待穩(wěn)定后重新施工。遇斜巖施工采用自重較大錘頭小沖程緩慢鉆孔。③擴(kuò)孔及縮孔。原因分析：鉆進(jìn)過(guò)程中鉆機(jī)不穩(wěn)，錘頭擺動(dòng)導(dǎo)致擴(kuò)孔；錘頭磨損后未修復(fù)、地層自穩(wěn)性差導(dǎo)致縮孔。處理措施：小范圍發(fā)生坍塌不影響設(shè)計(jì)深度的擴(kuò)孔沒(méi)必要進(jìn)行處理，僅會(huì)造成混凝土超耗；遇擴(kuò)孔造成坍塌影響沖擊的情況，則按坍孔治理措施處理?？s孔可使用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁加快沖擊，同時(shí)利用錘頭反復(fù)掃孔直到發(fā)生縮孔的位置滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)遇有縮孔情況的樁位,應(yīng)提前準(zhǔn)備好混凝土、鋼筋籠，成孔后立即下放鋼筋籠灌注混凝土,避免長(zhǎng)時(shí)間待料引起樁身直徑減小及露筋。④鉆孔漏漿、護(hù)筒冒水。原因分析：護(hù)筒埋置不到位，未深入不透水層，護(hù)筒內(nèi)外側(cè)水系貫通造成漏漿；回填材料未壓實(shí)，導(dǎo)致漏漿；護(hù)筒制作質(zhì)量不合格，焊縫存在空洞，造成漏漿；漿液面過(guò)高，水壓過(guò)大，使孔壁滲漏。處理措施：采用黏土或者沙袋對(duì)護(hù)筒周圍進(jìn)行加固；當(dāng)漏水情況嚴(yán)重?zé)o法通過(guò)就地加固解決時(shí)，將護(hù)筒挖出修理好后重新埋設(shè)再?zèng)_孔；加大泥漿比重或倒入黏土緩慢鉆孔，必要時(shí)回填土+片石反復(fù)沖擊形成較強(qiáng)的護(hù)壁。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)在有限空間條件下進(jìn)行復(fù)雜地層施工樁基時(shí)，若不采取可靠的防護(hù)措施、結(jié)合地層制定切實(shí)可行的施工方法，極有可能造成成孔質(zhì)量差、施工進(jìn)度慢、浪費(fèi)混凝土、破壞既有結(jié)構(gòu)物的嚴(yán)重后果，因此施工前需提前進(jìn)行策劃，確保施工質(zhì)量滿足達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。