橋梁工程軟土地基鉆孔灌注樁施工探討

楊夢嬌

(開封市水利規(guī)劃服務(wù)中心，河南 開封 475000)

1 問題的提出

鉆孔灌注樁是水利橋梁工程中常見的軟土基礎(chǔ)施工形式，其樁體結(jié)構(gòu)適用性強，抗震性好，對臨近建筑物影響小，安全性高，而且鉆孔灌注樁能夠?qū)⑵渖喜拷Y(jié)構(gòu)所傳遞的荷載均勻傳遞至深層土體，以減小基礎(chǔ)不均勻沉降。沿淮淮北某大型水利工程橋梁長1 595 m，跨徑31.50 m，上部為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支連續(xù)箱梁，橋墩采用樁柱式墩，且各橋墩均為兩樁兩柱設(shè)計，灌注樁樁長27 m，設(shè)計樁徑1.50 m，柱徑1.30 m。樁式橋臺結(jié)構(gòu)灌注樁設(shè)計樁徑1.50 m，樁長25 m，橋墩基礎(chǔ)共設(shè)置50組直徑1.50 m的鋼筋混凝土灌注樁。該地區(qū)湖相沉積巖厚度相對較大，厚度均值在16.50 m以上，其中主要為砂土層，而中粗砂層粘粒和粉砂含量少，且為中密狀；下密實性良好的全風(fēng)化花崗巖。

鉆孔灌注樁屬于隱蔽性工程，成樁質(zhì)量控制難度大，且因軟基的特殊屬性，在成樁施工過程中面臨諸多質(zhì)量控制難點。為保證該水利橋梁工程軟土基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工效果，必須從護(hù)筒埋設(shè)、護(hù)壁泥漿制備、造孔清孔、水下混凝土灌注等角度出發(fā)，加強過程控制。

2 鉆孔施工

在完成場地平整、測量放線、泥漿池開挖、沉淀池及排水溝設(shè)置后應(yīng)確定出鉆機位移路線，移動軌道，埋設(shè)好護(hù)筒并準(zhǔn)備粘土制備護(hù)壁泥漿。

2.1 埋設(shè)護(hù)筒

為保證孔壁穩(wěn)定，首先必須保證鉆孔內(nèi)靜水壓力平衡，并根據(jù)表土質(zhì)量和地下水位可能產(chǎn)生的影響，確定護(hù)筒長度和埋設(shè)方法，并確保鉆孔水頭高度。護(hù)筒的應(yīng)用能使鉆孔內(nèi)水頭高度提高，并對孔壁施加靜水壓力，預(yù)防孔壁發(fā)生坍塌。對于地下水位較高的情況，應(yīng)將護(hù)筒延伸至地下水井，以增大其靜水壓力；對于表土為砂土層的情況，還必須在護(hù)筒外側(cè)增加粘土夯實，避免發(fā)生漏漿。

此水利橋梁工程護(hù)筒內(nèi)水頭高度應(yīng)至少為1.50 m，對于地下水位變化大，且存在冰水壓力的地段，必須加強水頭高度調(diào)整和控制。一般而言，孔內(nèi)泥漿所形成的壓力必須比孔外滲流壓力大，才能確?？妆诎踩?。鉆孔灌注樁施工過程中還必須派專人進(jìn)行水頭高度控制。

2.2 制備泥漿

泥漿主要發(fā)揮著孔壁保護(hù)、鉆渣懸浮及降低鉆進(jìn)阻力、清孔等作用，如果泥漿過于粘稠，則必然因護(hù)壁層增大而增加泥漿消耗，影響清孔和混凝土灌注過程；而泥漿粘稠度過小，又會降低護(hù)壁效果，增大排渣困難，引發(fā)塌孔、沉渣和縮頸等病害。此工程護(hù)壁泥漿嚴(yán)格按照設(shè)計要求制備，并根據(jù)鉆進(jìn)施工實際調(diào)整泥漿粘稠度。水利橋梁工程護(hù)壁泥漿相對密度應(yīng)為1.07～1.21 g/cm3，粘度控制在16～22 Pa·s，靜切力為1.00～2.50 Pa，含砂率4.00%～8.00%，膠體率90%～95%，pH值8～10，失水率<25 mL/30 min。護(hù)壁泥漿應(yīng)在施工開始前提前制備足量，并在存放期間不停泵拌，并按照2次/d的頻次進(jìn)行泥漿性能檢測。

2.3 造孔

結(jié)合此水利橋梁工程地質(zhì)資料，鉆孔灌注樁基長度應(yīng)控制在30 m，并采用STT-1500型鉆機和鼠籠型鉆頭以正循環(huán)法造孔。鉆進(jìn)過程中應(yīng)隨時檢查出渣清孔，根據(jù)出渣加強地層地質(zhì)情況判斷，若所探明的地質(zhì)情況與施工前地勘報告不一致，必須及時調(diào)整施工方案。為檢查孔徑和孔形，還應(yīng)根據(jù)設(shè)計樁徑采用φ8 mm和φ12 mm鋼筋制作籠式井徑器，并按照設(shè)計孔徑確定其外徑，籠式井徑器的長度應(yīng)控制在設(shè)計孔徑的4倍左右。檢測開始后，用吊機吊起籠式井徑器，并使其中心、鉆孔中心、起吊鋼繩位于同一直線上，并將其緩緩放入孔內(nèi)，若上下暢通無阻則表明孔徑和孔形均符合設(shè)計要求；如果中途遇阻，則表明孔徑、孔豎直度和孔斜不達(dá)標(biāo)，必須進(jìn)行處理。

鉆桿不垂直、鉆頭導(dǎo)向段過短、土質(zhì)軟硬不一、孤石等均會導(dǎo)致造孔傾斜，結(jié)合此工程地質(zhì)條件，應(yīng)采用切削速度快、不粘結(jié)、排渣效果好的鼠籠型鉆頭，并加強鉆進(jìn)機械質(zhì)量檢測，觀測護(hù)筒是否發(fā)生松動和漏水，并在鉆進(jìn)過程中以慢鉆方式增強鉆具導(dǎo)向。

2.4 清孔

待成孔至設(shè)計標(biāo)高后檢查造孔質(zhì)量，合格后立即用換漿法清孔，即通過鉆孔機空轉(zhuǎn)達(dá)到泥漿循環(huán)目的，并配合內(nèi)風(fēng)管空氣吸泥機進(jìn)行清孔，將孔底沉渣徹底清除后檢查泥漿粘稠度，若泥漿粘稠度降至設(shè)計水平以下，則結(jié)束清孔。此水利橋梁軟基鉆孔灌注樁清孔結(jié)束后孔底沉渣厚度應(yīng)不超出30 cm，為避免發(fā)生塌孔，還應(yīng)將清孔過程中孔內(nèi)地下水位控制在0.50～2.00 m，并加強孔形、孔徑、孔傾斜度等參數(shù)的檢測，檢測要求具體見表1。

表1 成孔質(zhì)量檢測要求表

3 水下混凝土灌注施工

3.1 灌注施工準(zhǔn)備

在該水利橋梁施工現(xiàn)場較為平整的區(qū)域制作樁基鋼筋籠，并將主筋按照劃線逐根放置焊接，鋼筋籠平整度誤差應(yīng)控制在5 cm以內(nèi)，并使上下主筋節(jié)頭錯開50%，螺旋箍筋和主筋按照梅花形電焊固定。將定位墊塊按照2.00 m間隔設(shè)置在鋼筋籠四周，預(yù)制完成的鋼筋籠通過200 t、160 t和70 t吊機進(jìn)行吊裝，吊點設(shè)置示意圖詳見圖1。

圖1 鋼筋籠吊裝時吊機和吊點布置圖

按設(shè)計要求清孔后下入鋼筋籠，并在其四周綁扎三角形PVC管墊塊，確保保護(hù)層厚度。按照兩節(jié)段進(jìn)行鋼筋籠吊裝，相鄰節(jié)段之間牢固焊接。通過汽車吊吊裝，先吊起首節(jié)鋼筋籠下放至0.50 m深度后通過井口鋼管將其固定，再吊起上節(jié)鋼筋籠并使其與焊接主筋對準(zhǔn)后二次吊起，將橫擔(dān)抽出后勻速下入孔內(nèi)就位。待完成鋼筋籠吊裝后應(yīng)固定處理，避免水下混凝土澆筑過程中鋼筋籠移位、上浮。

混凝土灌注應(yīng)選擇內(nèi)徑300 mm，壁厚3 mm、節(jié)段長1～2 m的導(dǎo)管，節(jié)段之間通過法蘭盤、螺栓墊和膠墊等連接。在下入導(dǎo)管前必須通過密封試驗檢查導(dǎo)管嚴(yán)密性及圓滑順直性，性能完好后由吊車吊入孔內(nèi)，連接和拼組均在孔頂進(jìn)行。為保證水下混凝土灌注的連續(xù)性，應(yīng)裝滿一斗后灌注一次，且儲料斗容量應(yīng)為導(dǎo)管總體積的1.50倍。為實現(xiàn)隔水，還應(yīng)在導(dǎo)管內(nèi)安裝浮球，起到阻水的目的。

3.2 水下混凝土灌注

此水利橋梁工程鉆孔灌注樁水下灌注混凝土全部由混凝土拌和站集中拌制，并由攪拌車運輸至施工現(xiàn)場，與施工現(xiàn)場所配備的搖臂式泵車配合進(jìn)行混凝土灌注?；炷了涠葢?yīng)控制在18～22 cm，采用φ258渦輪式導(dǎo)管，并將導(dǎo)管底和孔底的距離控制在0.50 m。灌注開始后將導(dǎo)管固定在孔口架，安裝漏斗并下放隔水塞后灌注。初灌量按照下式確定：

(1)

h1=h2γd/γw

(2)

式(1)(2)中：Vf—混凝土初始灌注量(m3)；d—灌注樁樁孔直徑(m)，取1.50 m；d1—灌漿導(dǎo)管內(nèi)徑(m)，取0.25 m；H—灌漿導(dǎo)管埋入混凝土深度(m)，取1.0 m；h—灌注施工前灌漿導(dǎo)管下部實際高度(m)，取0.30 m；t—灌注施工前孔底沉渣厚(cm)；h1—灌注導(dǎo)管內(nèi)混凝土高度(m)；h2—混凝土液面以上高度(m)，根據(jù)實際樁深27 m計；γd—泥漿漿液比重(t/m3)，取1.15 t/m3；γw—混凝土比重(t/m3)，取2.50 t/m3。

由上式得，h1=12.42 m，Vf=3.26 m3，也就是說，漏斗和儲料斗容量之和必須至少為3.26 m3。水下混凝土灌注時間應(yīng)至少為2.00 m/h，且灌注施工過程應(yīng)保持連續(xù)，并通過測錘進(jìn)行混凝土液面上升高度的測定，在液面提升的同時逐步拆卸導(dǎo)管，確保導(dǎo)管埋深。待灌注至設(shè)計高度后還應(yīng)預(yù)加0.50 m高度，以保證樁頭質(zhì)量，待樁頭混凝土達(dá)設(shè)計強度后鑿除并整理鋼筋。

4 結(jié)論

通過對沿淮淮北某大型水利工程橋梁軟基鉆孔灌注樁施工過程的分析表明，該工程區(qū)域內(nèi)軟土地基地質(zhì)條件差，鉆孔灌注樁施工過程中所面臨的塌孔、縮頸、樁底沉渣等質(zhì)量問題突出，必須在做好施工方案設(shè)計的基礎(chǔ)上，加強施工工藝及施工過程控制，從地質(zhì)勘測、鉆孔清孔、護(hù)筒埋設(shè)、護(hù)壁泥漿制備、靜水壓力控制、水下混凝土灌注等方面切實保證施工質(zhì)量。此水利橋梁工程軟基加固工后檢測結(jié)果顯示，軟土地基部分壓實度和穩(wěn)定性均達(dá)到規(guī)范要求，加固效果優(yōu)良。