沖擊鉆在穿越厚卵石層橋梁樁基中的應用研究

摘要：文章以某橋梁橋樁基施工為例，結(jié)合對橋址區(qū)的水文、氣象以及地質(zhì)條件的綜合分析，指出了樁基施工過程中的主要施工難點，并提出了采用沖擊鉆方法穿越厚卵石層以及采用防腐蝕性的C35高性能海工混凝土灌注樁基的施工方案。實踐證明，沖擊鉆方法可高效穿越厚卵石層，并保障樁基的穩(wěn)定性，可為類似沖擊鉆穿越厚卵石層樁基施工提供借鑒和參考。

關鍵詞：樁基施工;沖擊鉆;厚卵石層;應用

0 引言

近年來，隨著橋梁工程的快速發(fā)展，跨江跨河橋梁越來越多，而樁基礎施工質(zhì)量是決定成橋后橋梁整體穩(wěn)定性的關鍵步驟[1]。沖擊鉆鉆孔樁技術(shù)因具有施工效率高、適用性強等特點，逐漸在橋梁樁基工程中得到廣泛應用，但在實踐過程中受到多種因素的影響，仍然會出現(xiàn)卡鉆、塌孔以及斷樁現(xiàn)象，因此進一步研究沖擊鉆技術(shù)對于提升樁基質(zhì)量具有重要意義[2]。

目前，國內(nèi)外對沖擊鉆施工技術(shù)展開了大量研究。劉崢[3]概述了在地質(zhì)復雜的巖溶區(qū)域采用沖擊鉆的施工技藝，在保證順利成孔且控制混凝土超方的同時，保證孔壁穩(wěn)定、孔樁垂直，防止出現(xiàn)卡鉆等現(xiàn)象。毛奎等[4]驗證了旋挖鉆配合沖擊鉆接力復合成孔施工技術(shù)可有效避免單一鉆孔工藝在不同地層施工的技術(shù)難題，能有效提高施工效率，縮短工期，降低施工風險。 黎欣興等[5]介紹了橋梁基礎的施工方案及施工前的準備工作和施工中可能出現(xiàn)事故的原因及處理措施，并針對當施工處在巖溶地質(zhì)及流沙層地質(zhì)時應注意的事項進行了簡要論述。 錢華偉[6]證明了沖擊鉆能有效克服回旋鉆施工中的問題，為類似深水嵌巖樁沖擊鉆施工提供可借鑒的經(jīng)驗。沖擊鉆施工技術(shù)受地質(zhì)條件的影響較大，不同地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有一定差異性，以上主要是針對巖溶地質(zhì)、流沙層地質(zhì)以及深水嵌巖施工展開的研究，而關于含卵石層地質(zhì)的研究相對較少?；诖?，本文針對樁基施工中沖擊鉆穿越厚卵石層的施工難點、鉆孔步驟以及質(zhì)量控制等問題進行了闡述，結(jié)合實際工程證明了沖擊鉆方法可高效穿越厚卵石層，并保障樁基的穩(wěn)定性。

1 工程概括

1.1 橋梁簡介

某大橋左橋中心樁號為K86+861.250，右橋中心樁號為K86+862.250，上部結(jié)構(gòu)采用先簡支后連續(xù)T梁，左[JP+1]橋全長536.5 m，右橋全長534.5 m，下部構(gòu)造采用柱式墩配樁基礎。左右橋1#～7#/10#～14#橋墩樁基礎直徑為1.8 m，其中左右橋4#～7#橋墩樁基礎位于溪流內(nèi)，左右橋8#～9#和濂坑臺橋墩樁基礎直徑為1.3 m，全橋共布置樁基108根?？绾佣?#～5#橋墩基礎及平臺縱斷面如圖1所示。

1.2 水文、地質(zhì)條件

橋梁跨越河流，河寬約80～100 m，水深約1～7 m（受潮汐影響）。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆孔揭示，場地表層多分布有雜填土，第四系沖海積層，下伏基巖為燕山早期花崗巖及其風化層，卵石層厚約20 m，雜色、中密、飽和，以碎石為主，含量約50%～60%，碎石粒徑在4～12 cm，母巖為凝灰熔巖，磨圓度差，呈棱角狀為主，強～中等風化，其間由黏性土、砂、角礫充填。當?shù)囟嗄昶骄鶜鉁貫?9.0 °C，最冷的月份1月份平均氣溫為9.8 °C，最熱的月份7月份平均氣溫為28.8 °C。多年平均降水量為2 038.6 mm，3～9月份為多雨季節(jié)，占年降水總量的80.2%，10月份到次年2月份為相對的干季，占年降水總量的19.8%。

2 施工方案

2.1 施工難點

根據(jù)對當?shù)厮?、地質(zhì)條件的分析，以及結(jié)合《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20-2011） 附錄K的判定，該橋在進行樁基礎施工時存在以下難點：

（1）主橋樁基礎最長施工長度達47 m，施工難度大，風險較高，對鉆孔設備要求較高。

（2）鉆孔過程需穿越淤泥層和約20 m厚的卵石層，發(fā)生漏漿和塌孔幾率較高。

（3）3～9月份為多雨季節(jié)，降水量較大，樁基混凝土澆筑容易出現(xiàn)問題。

（4）地表水和地下水對混凝土均具有一定腐蝕性，影響樁基結(jié)構(gòu)強度。

2.2 施工設計

考慮到當?shù)芈咽瘜虞^厚，且表面覆蓋淤泥層，為減小樁基礎施工過程中發(fā)生漏漿和塌孔的幾率，樁基施工采用沖擊鉆方法，選擇型號為CZ-30-1的沖擊鉆進行成孔作業(yè)。在大橋的建設中，考慮到海水的弱腐蝕性，樁基采用C35海工高性能混凝土灌注，以確?；炷两Y(jié)構(gòu)使用壽命達到100年。

3 施工準備

3.1 場地整理

設置工作平臺和進場通道，安裝設備及水電連接等。嚴格遵守文明施工管理要求，現(xiàn)場實行封閉管理。作業(yè)現(xiàn)場應設置工棚、安全設施、標志、標識牌等。

3.2 測量定位

根據(jù)設計圖提供的控制點，利用坐標法放出樁位中心點，并測出地面及工作平臺標高。樁位軸線設十字護樁進行保護。通過使用全站儀進行逐樁定位，經(jīng)正確評審后，報請監(jiān)理工程師檢查，護筒只能在報驗合格后才能埋設。樁位測量定位示意見圖2。

3.3 鋼護筒制造及埋設

護筒采用12 mm厚鋼板卷制而成，焊接必須堅實，不漏水。大橋的左右橋1#～7#/10#～14#橋墩樁基直徑為1.8 m，左右橋8#～9#和濂坑臺橋墩樁基直徑為1.3 m，鋼護筒內(nèi)徑大于樁徑20 cm。4#～7#橋墩基礎護筒外設鋼套箱輔助系梁、橋墩施工。鋼護筒的沉放精度需滿足如下要求：平面位置允許偏差為±5 cm，傾斜度為≤1/100 。

3.4 泥漿制備與排放

泥漿為自產(chǎn)，如果黏度和比重不符合要求，可以添加塑性指數(shù)>25的黏土。鉆孔時泥漿比重約為1.2左右，含砂率≤4%，黏度為16～22 Pa·s。在鉆孔時，泥漿要始終高于外部水位或地下水位。泥漿處理主要采取集中沉淀干燥后外運的方式。根據(jù)現(xiàn)場情況沿主線外邊每2排樁位間隔設置（6×6×1.5） m泥漿池。泥漿池滿后用挖掘機將干燥淤泥挖裝至自卸汽車上，自卸汽車帶蓋封閉，運輸車及時外運至指定排放點，途中不得有撒漏。

4 施工過程

4.1 鉆孔

鉆進時應先將泥漿灌注入孔內(nèi)，并根據(jù)土層情況確定泥漿的相對密度等指標。如果孔內(nèi)有水，可以直接放入黏土，沖擊鉆可用小沖程來反復沖擊造漿。在開孔和整個鉆進過程中，應始終保持鉆孔內(nèi)水位高出地下水位（河中水位）1.5～2.0 m，應低于護筒頂部0.3 m，以防止溢流。地下水位表面為護筒底部2～4 m，一般較松散，應仔細施工。一般來說，細粒土層可用濃泥漿、小沖程和高頻率反復沖擊，使孔壁不塌不漏。開孔或鉆進卵石夾土等疏散層時，可將黏土和小片石（粒徑≤15 cm）按1∶1投入，并以小沖程反復沖擊將泥膏和片石擠入孔壁，必要時重復回填重復沖擊2～3次。

4.2 一次清孔

鉆孔達到設計標高后需經(jīng)建設單位、設計單位、勘察單位、監(jiān)理單位確認后才能進行清孔。當泥漿指標、沉渣厚度等均符合規(guī)范要求并報監(jiān)理工程師批準后，即可提鉆、移鉆，做好吊裝鋼筋籠及導管安裝的準備。一次清孔偏差指標見表1。

4.3 鋼筋籠制作及吊放

鋼筋加工及安裝應嚴格按照《實施性施工組織設計》及《福建省普通公路施工標準化指南（橋梁）》等相關文件執(zhí)行并進行細化，不能降低要求。鋼筋焊接施工前應進行可焊性試驗，機械連接接頭施工前應進行型式檢驗，合格后方可大面積施工。鋼筋籠的制作和吊放的允許偏差指標見表2。

4.4 導管安裝

導管放置前，施工技術(shù)人員應根據(jù)孔深事先制定導管的長度組合計劃，并逐節(jié)檢查是否有障礙物，管壁是否有孔洞，接口膠墊是否有破損等。混凝土灌注導管為300 mm、標準節(jié)長2.5 m的快速卡口導管，并配備2～3節(jié)1 m左右的短節(jié)。安裝前做強度試驗及水密性試驗，安裝過程中不得觸碰鋼筋籠，導管安裝完成后距孔底0.5 m，并進行排氣。

4.5 二次清孔

安裝導管后再進行一次深度測量。如沉渣厚度大于設計要求時（端承樁≤5 cm），需要進行二次清孔。二次清孔完畢后測量孔深，并檢測泥漿指標，當沉渣厚度、泥漿指標等均滿足規(guī)范要求并報監(jiān)理工程師批準后，方可進行混凝土灌注。

4.6 超聲波檢測管預埋

超聲波檢測管底部用鋼板封堵，接頭采用液壓連接，超聲波檢測管頂面高出樁頂標高100 cm。檢測管應灌水、密封，施工時注意不能將雜物落入檢測管中。按設計要求，大橋所有樁基均需設置超聲波檢測管。

4.7 水下混凝土施工

混凝土初灌時采用拔球法。樁基混凝土經(jīng)泵送，不斷地通過集料斗、澆筑料斗及導管灌注至孔內(nèi)。對于運至灌注點的混凝土，必須檢查其均勻性和坍落度，若不符合要求必須進行二次拌和，仍不符合要求的不得使用。檢查鋼筋籠標高、孔深、孔底沉渣厚度和泥漿指標（比重、黏度、含砂率），在水下混凝土灌注前，檢查是否有塌孔現(xiàn)象，符合要求后即可開盤灌注。為了防止集料堵塞球堵塞導管，應先向灌注斗內(nèi)加一盤不低于水下混凝土標號的水泥砂漿，然后繼續(xù)灌注混凝土。

4.8 破樁頭施工

在灌注結(jié)束，待混凝土強度達到設計強度的70%以上后再鑿除樁頭，并報請經(jīng)批準的檢測部門對樁身質(zhì)量進行檢測。樁頭破除應根據(jù)承臺或系梁底高程，破除高出的部分。在破除樁頭時，還應重點保護鋼筋的保護層，特別是斷除樁頭時，應把鋼筋扒開，用吊車把樁頭吊開，禁止用挖掘機扒開樁頭。

5 施工質(zhì)量控制

為保證施工質(zhì)量，對所有樁基進行無破損檢測，樁基檢測委托第三方檢測。對檢測結(jié)果有缺陷的樁，進行鉆芯檢驗，如發(fā)現(xiàn)夾層斷樁、混凝土離析、空洞等問題，可對其進行加固處理。經(jīng)設計代表及監(jiān)理工程師同意，且待水泥漿硬化后，再鉆孔取芯檢查補強效果。若鉆芯仍存在重大質(zhì)量問題，則進行加樁處理。鉆孔灌注樁質(zhì)量檢驗結(jié)果保證I類樁≥95%，檢測出現(xiàn)Ⅲ類樁時，則應在原樁位沖孔恢復或進行加樁處理。樁基施工過程中應遵循以下原則：

（1）本項目所有工序均應報監(jiān)理工程師驗收，合格并簽認且批準后方可進行下道工序施工;

（2）鉆孔樁成孔后，必須對孔深、垂直度、孔徑和沉淀層厚度等進行測量，以確保滿足設計要求;

（3）施工現(xiàn)場周圍應從排水溝、集水井、樁孔中抽出積水，經(jīng)沉淀后，符合環(huán)保要求才能排入下水道;

（4）根據(jù)施工圖紙準確放線，放出樁位中心線和樁徑，并認真進行技術(shù)復核，通過有關部門辦理簽證手續(xù)，才能開挖樁身土方;

（5）在挖樁前，必須在樁中心位置向樁的四邊引出四個樁心控制點，用牢固的木樁標定;

（6）施工現(xiàn)場技術(shù)負責人和施工員應在施工前進行全面檢查以及安全教育等工作;

（7）由專人負責記錄樁孔的垂直中心線、軸線、樁徑、樁長和基巖土質(zhì)等數(shù)據(jù);

（8）護壁模板分節(jié)的高度視土質(zhì)情況而定，一般可用50～2500 px;

（9）現(xiàn)場制作的鋼筋籠，應執(zhí)行有關規(guī)范要求。

6 結(jié)語

本文以某大橋樁基施工為例，結(jié)合對橋址區(qū)的水文、氣象以及地質(zhì)條件的綜合分析，指出了樁基施工過程中的主要施工難點，并提出了采用沖擊鉆方法穿越厚卵石層，以及采用防腐蝕性的C35高性能海工混凝土灌注樁基的施工方案。同時，詳細介紹了沖擊鉆施工的工藝流程，并針對施工過程中的注意事項和質(zhì)量控制提出了要求。實踐證明，沖擊鉆方法可高效穿越厚卵石層，并保障樁基的穩(wěn)定性，可為類似沖擊鉆穿越厚卵石層樁基施工提供借鑒和參考。

參考文獻：

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作者簡介：潘玉潔（1981—），工程師，主要從事廣西公路路網(wǎng)工程研究工作。