復雜地質條件下南京五橋主墩大直徑超長鉆孔樁成孔質量控制

姚 斌

中交二航局第四工程有限公司

1 引言

1.1 工程概況

南京五橋工程路線從浦口五里橋出發(fā)，向東南方向穿越長江，經梅子洲下穿夾江，再與南岸已完成的青奧軸線地下工程（隧道工程）連接，路線全長約10.3km。項目位于第三南京橋下游約5km，南京橋上游約13km，距長江口約330km。本文主要研究南京五橋鉆孔樁成孔技術，通過有效措施對樁基鉆孔施工的各道工序進行嚴格控制，加強工程質量管控，使得超長鉆孔樁的成孔質量最終達到預期的設計及規(guī)范的相關技術要求。

2 質量目標要求

根據相關規(guī)范及圖紙要求，鉆孔灌注樁成孔質量標準詳見表1。

表1 成孔質量控制標準

3 成孔質量控制過程

3.1 鉆機選擇

由于鉆具具有特殊構造特點及其所能適應的流體力學特性，從而導致了大直徑、深孔樁基動工選用正循環(huán)工作體系鉆機效能不高并且排除孔底鉆渣的能力低下。南京五橋主墩基礎為φ2.8m鉆孔灌注樁，單根樁樁長為90m、113m，對鉆機的扭矩及鉆桿質量提出了較高要求，Z3#墩布置1 臺LTY-4000 型、3 臺AD40-200 型鉆機成孔，Z4#墩布置3 臺ZJD-4000 型、2 臺ZDZ-4000型鉆機成孔。鉆機能在巖石平均單軸抗壓強度σc≤120MPa的基巖中任選孔徑下進行鉆進工作，鉆孔直徑可達4.0m，鉆孔深度可達130m。

3.2 影響成孔質量因素分析

通過收集類似案例的具體數(shù)據及相應的參考文獻并進行具體分析，最終總結出影響樁機成孔質量的末端因素，其中主要包括鉆機選型、鉆具配備、鉆機平整度、護筒埋設、測量、垂直度控制、泥漿指標控制、鉆進參數(shù)控制、機械效率及技術攻關。

通過對以上影響樁基成孔質量的末端因素進行嚴格分析及最終總結，確定在鉆孔樁成孔施工時以下關鍵因素，其中包括垂直度控制、鉆進參數(shù)控制、泥漿指標控制。

3.3 質量控制對策

3.3.1 垂直度控制

根據相關的國家標準及工程技術，要求必須對設計鉆孔樁的垂直度控制在1%范圍內，鑒于本橋工程長度超過100m 的長鉆孔，若現(xiàn)場控制方法不能有效實施就會引起結果超差，不能滿足工程技術要求。因此在具體施工過程中,必須通過全面有效的管控措施將成孔垂直度控制在工程技術要求的具體范圍內，一旦出現(xiàn)偏差孔的情況，必須采取相應的措施進行及時糾正，具體措施如下。

（1）在鉆孔過程中嚴格控制鉆頭的穩(wěn)定性。鉆機的工作平臺由C20混凝土制成，并同時進行相應的硬化處理，鉆機平臺的厚度為15cm，必須增加鉆機平臺的支撐表面積和錨固加固，以確保鉆機的穩(wěn)定性和位移，鉆架必須由專業(yè)技術人員檢查，主要是檢查鉆架是否水平，鉆桿是否垂直；在任務移交過程中，還需要檢查鉆頭是否移位、是否需要再次固定錨點，轉盤是否水平以及同時記錄移交。

（2）在由兩名質檢工程師負責檢測垂直度工作，在鉆孔過程中每鉆孔深度20 cm，必須及時使用JJC-1D 型傾斜儀進行垂直度檢測工作，如發(fā)現(xiàn)不符合鉆孔的工程技術要求，應及時停止鉆孔并及時糾正偏差，對于新的樁孔，該孔必須采用增加不同檢測頻率的方法，確定相應鉆進參數(shù)下的鉆頭孔位偏差，作為相似地質下的鉆進依據。

3.3.2 控制相應的鉆進參數(shù)

根據施工的具體地質條件，需要根據具體情況對相應的鉆進參數(shù)及鉆進方法進行具體調整，當出現(xiàn)硬巖的情況時，必須及時將鉆頭進行相應的更換，從而增加成孔的質量與功效，具體控制措施如下。

（1）小鉆壓鉆進應當在剛開鉆過程中體現(xiàn)，此時進尺速度一定要低，控制好鉆壓，保證在一個較低的鉆壓進行。在同一地層中進行鉆進工作時，必須進行減壓鉆進。根據相應的工程技術要求及規(guī)范，需要保證孔底的壓力不能超過鉆具總重與浮力的80%的差，這就要求在進行鉆進的過程中全程都需要進行減壓鉆進，同時工程技術與操作人員進行對應的跟班檢測與控制。

（2）鉆進控制方法遵守鉆進分地層原則，對于不同的地質層需要采取不同的方法進行鉆進工作，例如根據實際工作經驗，在粘性土質層即粉砂層中鉆進時應當采取的方法是低擋低速，使得泥漿在鉆進的過程中有足夠的固壁時間；在軟土層或沙土層中即粉質粘土層中鉆進時由于易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，為有效減少這種情況帶來的不良影響，采取的有效方法是控制進尺，低壓低擋低速小泵量大比重進行鉆進工作；當鉆進工作在粉質黏土層中進行時，應當采取減壓原則工作，把控鉆壓，避免因鉆壓過大或鉆具自重造成鉆錐切入土體過量，引發(fā)糊鉆現(xiàn)象；如果在粘土質中鉆進工作時，由于泥漿粘性較大，造成鉆具在鉆進過程所受到的鉆進阻力相對于在其他土質層中較大，因此此時采用大泵量中鉆速小比重的方法鉆進；在地質層突然發(fā)生變化時，尤其是從軟土層進入硬土層時（地表下約20m～30m處，也即新老淤積接觸面），應當采取緩速鉆進方式，同時上下來回進行掃孔，這樣做的目的是為了防止出現(xiàn)斜孔，并且這其中前30m是成孔的關鍵。

（3）如果在硬石與膠結砂巖所占百分比較高的硬土層進行鉆進工作時，必須將三翼刮刀鉆頭更換為牙輪鉆頭，同時采用慢檔進行鉆進，尤其是在變土層中位置采用低壓慢轉施工，從而達到對鉆進速度與垂直度進行有效把控的效果。

3.3.3 泥漿指標控制

在鉆孔樁工作施工時，成功成孔的關鍵點在于泥漿的性能與質量，對于泥漿的控制措施具體如下：

（1）在深樁施工中，復合泥漿是通過實驗專門制備的。通過多次適配調制，再經過多種項目的指標參數(shù)進行比對，最終確定采用的泥漿類型為磷質膨潤土泥漿。泥漿配置的材料主要包括膨潤土6%～8%，黏土20% ，片堿0.3% ，CMC 0.5% ，PHP 0.05%，配制成優(yōu)質泥漿。鉆孔在整個工作過程中應當檢測泥皮厚度、膠體率、泥漿比重與含砂率等相關指標，以此確保鉆孔在極端條件下如極易坍塌的地層的安全性工作條件；當鉆孔鉆至黏土層或砂質層時，必須提高水頭并同時加大泥漿比重，加強護壁，同時采用低擋低速減壓進行作業(yè)，盡量的減少對周圍砂層的擾動，防止孔坍塌現(xiàn)象發(fā)生。

（2）在開孔時，主要是利用造漿池完成造漿工作，由于在此過程中存在泥漿循環(huán)稀釋，可以通過在鋼護筒內按照一定比重要求添加相關配料如水、膨潤土等進行人工造漿，同時通過加入純堿以便實施鈉化改良處理。

（3）在鉆進過程中，必須根據孔位地質的柱狀圖確定不同土層中泥漿的特定性能指標。并根據泥漿原理，根據土壤分類控制，鉆孔時必須隨時取入鉆渣樣品，并與具體數(shù)據和設計數(shù)據及資源進行比較，以完成針對不同土壤和不同泥漿性能指標，在砂土層中，為了使泥漿具有一定的液柱壓力從而平衡孔壁外圍地層壓力，同時達到孔壁穩(wěn)定，滿足逆循環(huán)施工技術要求，控制泥漿比重應在1.15～1.25的范圍內；為了滿足鉆進護壁和二次孔清理的要求，清潔和保護泥漿的粘度控制應在20s～25s 的范圍內；在粘性土壤中，泥漿的相對密度應控制在一定的要求范圍內，粘度應控制在18s～20s之內，含砂率不應超過3%。這樣，提高鉆孔速度并加快鉆孔進度，p值應控制在8～9左右，以使泥漿呈堿性，可以有效地改善粘土的分散度。

4 結束語

在具體施工過程中，通過對樁基鉆孔施工各工序進行嚴格控制，實行有效的質量管控，超長鉆孔樁的成孔質量達到預期設計及規(guī)范的相關工程技術要求，樁基成樁的質量合格率為100%，垂直度為1%以下，且小于50cm，樁頂在順橋向和橫橋向的偏差均應小于5 cm，滿足預期的規(guī)范要求。南京五橋超長鉆孔樁的具體施工案例證明，超長鉆孔樁施工的質量主要在于成孔質量，在進行施工過程中必須對成孔質量的關鍵工序進行嚴格的控制，其中重點對垂直度、鉆進參數(shù)、泥漿指標等關鍵環(huán)節(jié)進行控制，從而保證成孔質量能夠達到預期的理想效果。