SUTLEJ大橋砂性地質(zhì)旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

中國電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，天津 300384

1 工程概況

PKM高速公路是巴基斯坦貫通南北的骨架高速公路，北起白沙瓦，連接木爾坦、蘇庫爾，終點(diǎn)至卡拉奇，蘇庫爾—木爾坦段全長為392km。PKM高速公路中的SUTLEJ大橋橫跨SUTLEJ河，下部構(gòu)造采用三圓柱式橋墩作為樁基礎(chǔ)，其中最大樁基直徑為2m，樁長為58m。橋位地質(zhì)為第四系河流沉積砂性地質(zhì)，橋址地層由粉砂、粉土、細(xì)砂、礫石等組成。粉土松散、稍密，手捏有砂感，不能搓成條，約含5%的粉砂，深度約2m。細(xì)砂飽水、密實(shí)，含少量云母，偶爾可見少量砂礫，局部可見少量泥質(zhì)黏土團(tuán)塊。

2 鉆孔工藝選擇

為保證大直徑砂性地質(zhì)鉆孔摩擦樁施工的可靠性，結(jié)合驗(yàn)證鉆孔提供的技術(shù)參數(shù)和以往施工經(jīng)驗(yàn)，樁基采用旋挖鉆機(jī)成孔方式，靜態(tài)泥漿護(hù)壁水下灌注法施工。

3 施工工藝

3.1 樁位放樣

采用全站儀運(yùn)用坐標(biāo)法準(zhǔn)確放出樁位中心點(diǎn)，然后沿樁中心呈十字形引出4個(gè)樁位點(diǎn)用來控制樁位，作為單樁護(hù)樁。鉆孔前要進(jìn)行樁位復(fù)測，保證誤差符合要求。

3.2 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒用8～10mm的鋼板制作，其直徑為2200mm。護(hù)筒上部設(shè)置1～2個(gè)溢流孔。護(hù)筒的埋設(shè)采用旋挖鉆機(jī)靜壓法完成，護(hù)筒埋設(shè)完畢，在護(hù)筒上用紅油漆標(biāo)識護(hù)樁方向線位置。

3.3 泥漿制備

泥漿池按鉆孔灌注樁施工平面布置圖進(jìn)行開挖和防護(hù)，分為膨化池、儲漿池、回漿池，并用循環(huán)槽連接，采用泥漿攪拌機(jī)制漿。泥漿造漿材料選用膨潤土，泥漿提前24h制備好，制備泥漿的配合比為水（m3）∶膨潤土（kg）∶碳酸鈉（kg）∶羧甲基纖維素（kg)∶鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉鹽（kg）=100∶8000∶320∶24∶16。施工時(shí)可根據(jù)施工工序?qū)δ酀{性能指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，泥漿控制指標(biāo)如表1所示。泥漿質(zhì)量應(yīng)由專人負(fù)責(zé)。在鉆孔過程中每進(jìn)尺5～10m時(shí)測定一次泥漿技術(shù)指標(biāo)，不滿足要求要及時(shí)調(diào)整。

表1 泥漿控制指標(biāo)

3.4 鉆機(jī)就位

樁位、護(hù)筒埋設(shè)符合要求后，鉆機(jī)鉆頭中心對準(zhǔn)樁位，確保鉆機(jī)導(dǎo)桿中心線、回旋盤中心線和護(hù)筒中心線在同一條直線上。

3.5 鉆孔

采用徐工XR260D旋挖鉆機(jī)，鉆進(jìn)鉆頭采用雙開門截齒鉆頭，鉆進(jìn)參數(shù)的選用如表2所示。

表2 鉆進(jìn)參數(shù)表

鉆進(jìn)前應(yīng)調(diào)整桅桿的垂直度，保證樁位準(zhǔn)確。初鉆時(shí)，先啟動泥漿泵進(jìn)行循環(huán)，待泥漿均勻后進(jìn)行鉆孔。開始鉆進(jìn)時(shí)，適當(dāng)控制進(jìn)尺，低擋慢速鉆進(jìn)，并及時(shí)進(jìn)行泥漿補(bǔ)給，以保持泥漿面的穩(wěn)定。鉆至護(hù)筒底以下1m時(shí)，參照擬定的鉆進(jìn)參數(shù)鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)的過程中需經(jīng)常注意地層變化，每進(jìn)尺2m或在地層變化處撈渣取樣，判斷地質(zhì)變化情況，做好記錄，并與驗(yàn)證鉆孔地質(zhì)柱狀圖核對，根據(jù)地質(zhì)變化調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)。

3.6 成孔檢測

孔徑檢測在樁孔成孔后，下入鋼筋籠前進(jìn)行。檢孔器采用鋼筋籠孔徑器，其形似小型鋼筋籠，采用直徑φ13mm和φ22mm的鋼筋制作，其尺寸根據(jù)檢測樁的設(shè)計(jì)樁徑大小設(shè)計(jì)，外徑D（外徑不大于鉆頭直徑）取1970mm，長度宜為樁徑的4～6倍。檢測時(shí)，將檢孔器吊起，孔的中心與起吊鋼繩保持一致，慢慢放入孔內(nèi)，上下通暢表明孔徑大于給定的籠徑?？咨畈捎脤Ｓ脺y量繩，測量繩距孔壁100～200mm，垂球緩慢沉入孔內(nèi)，接觸孔底時(shí)，輕輕拉起錘球并放下，判斷孔底位置，然后讀取讀數(shù)。每孔沿孔壁均勻間隔布置不少于3個(gè)測點(diǎn)，取其最小值為終孔孔深H。成孔傾斜度檢測采用鉆桿測斜法。

3.7 首次清孔和沉渣厚度檢測

終孔后，經(jīng)對孔位、孔徑、孔深、傾斜度進(jìn)行檢查，確認(rèn)鉆孔合格后，進(jìn)行第一次清孔。采用鉆機(jī)（換成平底鉆頭）進(jìn)行清孔?？椎壮猎捎脴?biāo)準(zhǔn)錘檢測。測錘一般采用平底錐形錘，錘底直徑約150mm，高約220mm，質(zhì)量約5kg，測錘頂端系上測繩，測繩宜采用鋼制（可采用測終孔專用測量繩），測時(shí)靠近孔壁，利用測錘自重慢慢沉入孔內(nèi)，當(dāng)有較強(qiáng)的震顫感時(shí)，可判斷測錘已至孔底，讀取測繩上的深度值h，每孔沿孔壁均勻間隔布置不少于3個(gè)測點(diǎn)，取其最小值為測錘測量深度h。則樁孔深度H與測錘測量深度h之差即為沉渣厚度，孔底沉渣厚度小于300mm。

3.8 運(yùn)輸、吊裝鋼筋籠骨架

鋼筋籠按照設(shè)計(jì)圖紙、相關(guān)規(guī)范和吊裝條件，分節(jié)在鋼筋加工場進(jìn)行制作，用平車運(yùn)至現(xiàn)場。保護(hù)層采用滾軸式砼定位墊塊，厚度為60mm，直徑為160mm，每隔3m均勻設(shè)置4塊定位擋塊保證保護(hù)層厚度。按設(shè)計(jì)圖紙要求，在鋼筋籠骨架內(nèi)側(cè)等間距、平行設(shè)置，將聲測管牢固綁扎在主筋上。吊放鋼筋籠采用人工配合吊車方式，采取雙滑輪、多點(diǎn)位、吊點(diǎn)加固等方式將鋼筋籠吊到孔位上方，對準(zhǔn)孔位，扶穩(wěn)，保持垂直緩慢下落。分節(jié)連續(xù)下放鋼筋籠直至安裝到位，對其進(jìn)行樁中心矯正并固定，并復(fù)核鋼筋籠頂高程。鋼筋籠安裝到位后，沿護(hù)筒內(nèi)側(cè)增設(shè)鋼筋籠加強(qiáng)筋頂筋，即在鋼筋籠最上端加強(qiáng)筋四周焊接4根頂筋頂住護(hù)筒，防止造成樁基偏位。

3.9 安放導(dǎo)管

混凝土澆筑導(dǎo)管采用快速絲扣連接的鋼管，直徑為300mm，使用導(dǎo)管前按要求進(jìn)行拼接、水密、承壓、抗拉等相關(guān)試驗(yàn)，且將導(dǎo)管自上而下進(jìn)行編號。導(dǎo)管安放應(yīng)在鋼筋籠安裝后及時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)管由吊車吊入，保持位置居中，緩慢下放，導(dǎo)管底部距離孔底300mm。二次清孔后和混凝土澆筑前，在導(dǎo)管內(nèi)部放置隔離球，安裝澆筑大料斗并放置隔離蓋板。

3.10 二次清孔

導(dǎo)管安裝完成后進(jìn)行二次清孔，二次清孔采用換漿法，即借助澆筑導(dǎo)管用高壓泥漿泵正循環(huán)清孔。由泥漿泵泵送的新制泥漿通過膠管與樁孔中的導(dǎo)管連接，將新制泥漿注入孔底，孔內(nèi)待凈化泥漿自護(hù)筒溢流口流出，經(jīng)過泥漿凈化機(jī)凈化后返回回漿池。清孔過程中，根據(jù)清渣效果適時(shí)上下提放、左右移動導(dǎo)管，加快擾動孔底沉渣，以達(dá)到快速清渣的效果。

3.11 灌注水下混凝土

混凝土運(yùn)至澆筑地點(diǎn)，應(yīng)檢查其均勻性和坍落度，坍落度宜為180～200mm。

（1）首批混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置的深度≥1.5m的要求，所需混凝土的數(shù)量可參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50—2011）。①導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外（或泥漿）壓力所需的高度h1≥Hw,w/c=24.1m。Hw為井孔內(nèi)水或泥漿的深度，m；w為井孔泥漿的重度，kN/m3，取10.3；c為混凝土拌和物的重度，kN/m3，取24。②首批混凝土用量計(jì)算公式如下：

式中：D為樁孔直徑，m，取2；H1為樁孔底至導(dǎo)管底端間距，m，取0.3；H2為導(dǎo)管初次埋置深度，m，取1.5；d為導(dǎo)管內(nèi)徑，m，取0.3。首批混凝土用量為7.4m3，導(dǎo)管下口埋入混凝土的深度不少于1.5m。施工時(shí)必須采用大料斗。

（2）開澆時(shí)將大料斗裝滿混凝土，提升隔離蓋板，同時(shí)加大砼罐車放料速度，使混凝土瞬間壓球封鎖導(dǎo)管底部，有效保證樁底混凝土質(zhì)量。混凝土灌注時(shí)要連續(xù)進(jìn)行，設(shè)專人經(jīng)常測量混凝土面上升高度，做好記錄和計(jì)算，及時(shí)拆卸導(dǎo)管以調(diào)整導(dǎo)管埋深，保證導(dǎo)管埋深在2～6m?；炷凉嘧⒅翗俄敳课?m以下時(shí)，坍落度宜控制在160～170mm，并停止提升導(dǎo)管，待灌注至規(guī)定高程后一次性提升導(dǎo)管。

4 樁基檢驗(yàn)

在工程樁基施工前，需要先進(jìn)行試驗(yàn)樁基的施工，以判斷設(shè)計(jì)參數(shù)、施工效果和地質(zhì)水文是否與設(shè)計(jì)相符，鑒于SUTLEJ大橋的重要性，同時(shí)需要驗(yàn)證鉆孔。試驗(yàn)樁基檢測要求進(jìn)行荷載試驗(yàn)和樁身完整性檢測，合格后才允許進(jìn)行工程樁基的施工，工程樁基完整性檢測采用聲波透射法。從后期檢測結(jié)果來看，90個(gè)樁基混凝土均勻性良好，樁身完整，為Ⅰ類樁基，均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

首先，樁基施工要重視前期地質(zhì)和水文資料的收集和驗(yàn)證，熟悉當(dāng)?shù)厥┕ひ?guī)范，以明確鉆孔設(shè)備選擇；其次，在砂性地質(zhì)中，重點(diǎn)在于對泥漿技術(shù)參數(shù)、鉆孔過程成孔質(zhì)量檢測、清孔和水下混凝土灌注等重點(diǎn)工序的控制；最后，要有針對性地對砂性地質(zhì)鉆孔灌注樁施工中常見的施工問題和解決方法進(jìn)行預(yù)判和總結(jié)，這樣才能不斷提高樁基施工質(zhì)量，并為同類地質(zhì)條件下的樁基施工提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)。