長江中下游復(fù)雜地層中超長鉆孔樁施工質(zhì)量控制

劉永紅

（中鐵六局北京鐵建公司，北京100036）

1 工程概況

1.1 線路概況

滬通長江大橋是滬通鐵路、通蘇嘉甬鐵路、錫通高速公路共同的過江通道，為公鐵兩用橋梁，全長11 076.262m，本標段由主航道橋、跨南岸大堤簡支鋼桁梁橋以及南岸引橋組成。其中主航道橋采用沉井基礎(chǔ)，跨南岸大堤簡支鋼桁梁橋和南岸引橋均采用鉆孔樁基礎(chǔ)。滬通長江大橋全橋橋式概略如圖1所示。

1.2 南岸引橋合建段鉆孔樁設(shè)計概況

南引橋公鐵合建段鉆孔樁共540根，總計38 968m，均為φ1.5m摩擦樁。鉆孔樁采用C30水下混凝土。鉆孔樁行列式布置，其中S01#～S10#墩、S11CJ+GL墩及S12CJ+GLY墩鉆孔樁基本間距4.0m×4.5m；S11HT及S12HT墩鉆孔樁基本間距3.9m×3.9m；S12GLZ墩鉆孔樁間距4m×4m。標準墩位鉆孔樁布置如圖2所示。鉆孔樁設(shè)計參數(shù)及單樁材料數(shù)量如表1所示。

2 工程水文地質(zhì)條件

2.1 工程水文特征

橋址區(qū)地下水為第四系松散巖類孔隙水。按埋藏條件及水力性質(zhì)分為3種類型，即上層滯水、孔隙式潛水、孔隙式承壓水。

1）上層滯水：主要賦存于兩岸表部人工填土中，無統(tǒng)一自由水面，接受大氣降水和地面排水的垂直下滲補給，以蒸發(fā)為主要排泄方式，水量較小。

2）孔隙式潛水：主要賦存于橋址區(qū)兩岸表部全新統(tǒng)②1粉土中，有黏性土覆蓋或夾層地段具有微承壓性質(zhì)?？紫稘撍c長江水呈互補關(guān)系，受大氣降水或江水側(cè)向補給，水量較豐富。

圖1全橋橋式概略圖（單位：m）

圖2標準墩位鉆孔樁布置圖

表1南引橋公鐵合建段鉆孔樁設(shè)計參數(shù)表

3）孔隙式承壓水：主要賦存于黏性土以下的砂類土中，即第②層、第③層、第④層、第⑤層的砂層中。含水層厚度較大，一般超過70m，富水性好，滲透性強。由于在長江南側(cè)主河槽段長江下切，河床達下部砂層中，因而江水與該層地下水存在互補關(guān)系，水力聯(lián)系密切，水位動態(tài)隨季節(jié)及潮汐變化，水量豐富。

2.2 工程地質(zhì)特征

滬通長江大橋南岸橋址區(qū)屬場區(qū)位于下?lián)P子斷塊東南部。近場區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，但這些斷裂均距工程場地較遠,不會對工程場地的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。南引橋公鐵合建段位于南岸一級階地前緣與長江高漫灘區(qū)。工程區(qū)域內(nèi)主要為農(nóng)田、魚塘、村落，地面高程1.8～6.9m，覆蓋層上部為松散～中密狀粉土、粉砂及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚30～50m；其下中密～密實狀粉土、粉細砂，厚25～40m；覆蓋層中下部為密實狀粉細砂、中粗砂及礫砂，分布在高程-70m以下。地質(zhì)分布情況如圖3所示。

圖3南岸引橋地質(zhì)鉆孔柱狀圖（單位：m）

3 工程水文地質(zhì)條件對鉆孔樁施工質(zhì)量影響

鉆孔樁施工區(qū)域地下水位基本在地表下1～2m，地層復(fù)雜，覆蓋層層厚較薄，交換頻繁，主要以粉細砂層為主，中間夾雜流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。在施工過程中鉆孔樁施工易塌孔，易埋鉆，粉細砂層中鉆孔施工泥漿含砂率過高，清孔困難，泥漿護壁不易控制，泥皮過厚會導(dǎo)致鉆孔樁承載力降低，泥皮過薄會導(dǎo)致塌孔。因此，需要根據(jù)地質(zhì)條件，選擇合適的成孔設(shè)備及成孔方式與施工順序，確定泥漿質(zhì)量及供應(yīng)，采用適當(dāng)?shù)那蹇追绞焦嘧⒊L混凝土樁。

4 鉆孔樁質(zhì)量控制措施

4.1 成孔設(shè)備及成孔方式選擇

目前，國內(nèi)外鉆孔樁成孔設(shè)備主要有回轉(zhuǎn)鉆機、沖擊鉆機、旋挖鉆機3種[1]。

1）回轉(zhuǎn)鉆機：回轉(zhuǎn)鉆機特點為其特點是可用于各種地質(zhì)條件，尤其土質(zhì)和砂質(zhì)地層成孔效率高，護壁效果好，成孔質(zhì)量可靠，且施工無噪聲；機具設(shè)備簡單，操作方便，費用較低，用水量大，泥漿排放量大。

2）沖擊鉆機：沖擊鉆適用性較強，可適用各種地質(zhì)條件，但施工效率低，成孔較慢，在軟弱地層中泥漿護壁較厚，影響鉆孔樁承載力，且耗電量大、噪聲大。

3）旋挖鉆機：旋挖鉆機適用性較強，施工效率高，成孔速度快，且自備電力，但施工泥漿護壁較差，尤其在粉細砂層中施工鉆孔樁易塌孔，且自身不具備清孔設(shè)備，導(dǎo)致鉆孔樁成孔后清孔困難，且成樁質(zhì)量不易保證。

根據(jù)本工程的地質(zhì)特點，采用回轉(zhuǎn)鉆機反循環(huán)成孔方式。

4.2 施工布置

4.2.1 施工場地布置

根據(jù)現(xiàn)場施工需要，橋位下游側(cè)修筑一貫通施工便道，便道寬7m，采用建筑棄料填筑，頂面采用混凝土硬化，沿墩位處兩邊修筑支便道，便于施工機械和施工人員通過和操作。

鉆孔設(shè)備就位和鋼護筒埋設(shè)前需修筑鉆孔平臺，鉆孔平臺采用建筑棄料和礦渣填筑整平，并用壓路機壓實。鉆孔平臺四周做好排水設(shè)施防止積水（見圖4）。

圖4鉆孔樁施工場地布置圖

4.2.2 鉆機及鉆孔順序布置

為防止施工過程對已完工樁的影響，要求鉆孔樁成樁48h后，已完工樁達到一定強度后方可在相鄰近樁位鉆孔。安排鉆孔樁施工作業(yè)順序如下（以40根樁的墩為例）：A、B、C、D分別代表該墩施工的4臺鉆機，后邊的序號表示樁基作業(yè)順序，具體如圖5所示。

4.3 泥漿質(zhì)量及供應(yīng)

4.3.1 泥漿池及泥漿循環(huán)系統(tǒng)布置

根據(jù)鉆孔樁施工工期及施工順序安排，鉆孔樁成孔設(shè)備均采用泵吸反循環(huán)鉆進及泵吸飯循環(huán)清孔。每個墩位處布置一處泥漿池，并配以拌漿機、泥漿分離器布置區(qū)及儲渣池。泥漿池布置如圖6所示。

圖5南引橋公鐵合建段鉆孔樁施工順序圖

圖6泥漿池布置圖

泥漿池分為3個區(qū)，其中2個為循環(huán)池，1個為沉淀池，主要功能是鉆孔樁鉆進過程中泥漿循環(huán)使用。

拌漿區(qū)主要功能是成孔泥漿拌制和儲存，鉆孔樁鉆進過程中通過泥漿泵抽至循環(huán)池中，清孔過程中用泥漿泵抽至孔內(nèi)。

泥漿凈化區(qū)主要布置1臺200m3/h泥漿分離器和2臺100m3/h泥漿分離器，2臺100m3/h泥漿分離器主要是鉆孔過程中對泥漿池中泥漿進行凈化處理，1臺200m3/h泥漿分離器主要用于第一次清孔和第二次清孔使用。

4.3.2 泥漿配制

泥漿質(zhì)量是成孔工藝的關(guān)鍵，為確保粉細砂層與塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土互層中護壁質(zhì)量，泥漿采用優(yōu)質(zhì)膨潤土、純堿（Na2CO3）、水等原料組成，配合比為（水∶純堿∶膨潤土）=（950∶4.5∶130）。膨潤土：采用以蒙脫石為主的優(yōu)質(zhì)鈉質(zhì)膨潤土；純堿（Na2CO3）：主要作用是增大pH，使黏土顆粒進行分散；制漿用水：地表水。泥漿主要指標如表2所示。

表2新拌制及清孔后泥漿控制指標

4.4 成孔鉆進及清孔質(zhì)量控制措施

4.4.1 成孔鉆進

在鉆進過程中，鉆頭在護筒底口上下各1m范圍內(nèi)，鉆機必須采用低轉(zhuǎn)速，低鉆壓，低進尺鉆進，防止塌孔和鉆頭觸碰護筒。鉆至鋼護筒底口1m以后方可進行正常鉆進。

由于本地層土層變化多，在正常鉆進時，必須根據(jù)地質(zhì)資料和渣樣情況，關(guān)注土層的變化。每進尺2m或土層變化處均立即撈取渣樣，判斷地質(zhì)情況，記入鉆孔記錄表，與地質(zhì)資料剖面圖核對，根據(jù)實際情況隨時調(diào)整鉆機鉆速，進尺速度。

當(dāng)鉆孔至地層變化處時，采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速鉆進，使孔壁形成良好的導(dǎo)向，以防止此處成孔產(chǎn)生過大偏斜。不同地層鉆進過程中鉆機及泥漿控制指標如表3所示。

表3不同地層鉆進參數(shù)及泥漿指標

4.4.2 清孔

為確保樁底承載力，消除沉渣的影響，滿足混凝土灌注要求，鉆孔樁清孔分為一清和二清。一清是指在鉆孔過程中對泥漿凈化，保證含砂率不能過高，避免鋼筋籠安裝時沉淀過多，導(dǎo)致二清時間過長，且孔底沉渣不易清除；二清是指鋼筋籠安裝完成后混凝土灌注前清孔，保證泥漿各項指標滿足混凝土灌注要求[2]。

鉆孔過程中盡量控制泥漿循環(huán)管路長度，以保證泥漿循環(huán)過程中粉細砂有足夠沉淀的時間。另外，在終孔前5m時，需采用泥漿分離器提前凈化泥漿。終孔后清孔時必須保證鉆機旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，并提離孔底約20cm。

鋼筋籠安裝完成后應(yīng)及時采用泥漿分離器進行二次清孔?？椎壮猎穸炔捎每潭?cm的無收縮測繩懸掛4～6kg的圓柱形測錘進行量測。測孔深用的測繩應(yīng)定期檢驗并進行長度校正。

4.5 混凝土灌注質(zhì)量控制措施

4.5.1 首批混凝土灌注量

首批混凝土的方量應(yīng)能滿足導(dǎo)管初次埋置深度不小于1.5m和填充導(dǎo)管底部間隙的需要，首批混凝土必須用足夠大的料斗儲備一次灌注，不能用混凝土罐車連續(xù)灌注代替。

4.5.2 混凝土拔球隔水栓

灌注混凝土前需在填充導(dǎo)管內(nèi)安設(shè)橡皮球及泡沫隔水栓塞雙層保護，且要求隔水栓尺寸與導(dǎo)管內(nèi)徑相當(dāng)，增加與管壁之間的摩擦力，減少混凝土灌注過程中對樁底的擾動。待儲料斗和漏斗儲滿混凝土后，開始“拔球”灌注混凝土，拔球后混凝土要連續(xù)灌注，不得停頓，保證整樁在混凝土初凝前灌注完成。

4.5.3 混凝土標高測量

混凝土頂面高程測量采用專門制作的錐形測錘進行，要求測繩采用鋼絲繩，測量工具制作完成后要求檢校其準確度。為確?；炷另斆鏄烁邷y量準確，在混凝土灌注至樁頂時，采用觸探桿檢測混凝土頂面標高。

4.5.4 防止鋼筋籠上浮

為防止鋼筋籠上浮，需要：（1）將鋼筋籠吊環(huán)與鋼護筒焊接；（2）當(dāng)混凝土面升至接近和初進鋼筋籠骨架時，減慢灌注速度；（3）拆卸導(dǎo)管和提升導(dǎo)管時，盡量保證導(dǎo)管居中垂直，防止觸碰鋼筋籠。

4.5.5 樁頂混凝土灌注

混凝土灌注到樁上部5m以內(nèi)時，不再提升導(dǎo)管，待灌注至規(guī)定標高一次提出導(dǎo)管。拔出最后一節(jié)導(dǎo)管時應(yīng)緩慢提出，以免樁內(nèi)夾入泥芯或形成空洞。

5 結(jié)語

本文針對長江中下游地區(qū)復(fù)雜地層中超長鉆孔樁施工易塌孔、清孔難、混凝土灌注難控制等問題，在成孔設(shè)備選擇、泥漿配制、清孔方式、混凝土灌注要點等方面進行了比選和分析研究，并總結(jié)出一套較為適用的施工技術(shù)，I類樁達到了98%以上。對類似工況施工有較強的指導(dǎo)意義。