橋梁鉆孔灌注樁施工遇阻成孔技術(shù)

王軍艦

（武漢建工集團(tuán)股份有限公司，湖北 武漢430056）

1 工程概況

某橋梁工程位于曹妃甸工業(yè)區(qū)中部，跨納潮河，是工業(yè)區(qū)綜合服務(wù)區(qū)南北向的主要生活性城市橋梁。橋梁全長(zhǎng)1 015.30 m。

場(chǎng)區(qū)的地表水為海水，最高潮位高程為4.32 m，水深3.52～19.35 m；最低潮位高程為0.89 m，水深0.09～15.92 m。根據(jù)鉆孔揭露，該場(chǎng)地為中軟土，地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由第四系沉積物組成：場(chǎng)區(qū)水中的地層以粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、淤泥為主；陸地的地層以粉質(zhì)黏土、粉土和粉砂為主，其上覆蓋填筑土。在勘察過程中于河床底部發(fā)現(xiàn)沉船、孤石、廢棄自來水管等海上廢棄物，這些障礙物給樁基施工帶來較大的困難。

該工程樁基共計(jì)291根，主橋樁基樁長(zhǎng)100 m，引橋樁基樁長(zhǎng)有70 m、75 m、80 m三種，樁徑均為2 m。主橋樁基采用回旋鉆機(jī)鉆孔，泵吸反循環(huán)排渣。引橋樁基采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，正循環(huán)排渣。在樁基施工過程中，先后處理遇阻樁基共計(jì)46根。

2 關(guān)鍵成孔技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鉆孔灌注樁的研究主要著重于成孔機(jī)械及其受力性能方面，對(duì)鉆孔灌注樁施工遇阻成孔技術(shù)的研究尚少[1-4]，尤其缺乏針對(duì)鉆孔灌注樁施工遇阻的解決措施。本工程先后有46根樁基施工遇阻，致使工程遭遇較大工期風(fēng)險(xiǎn)。為此，專門對(duì)施工遇阻樁基成孔技術(shù)展開研究。將樁基施工遇阻大致劃分為以下三種情況：一是鋼護(hù)筒無法正常埋設(shè)；二是鉆進(jìn)過程中鋼護(hù)筒變形或偏斜；三是鉆進(jìn)過程中遇障礙物無法鉆進(jìn)。本文針對(duì)上述三種情況提出相應(yīng)的解決方案。

2.1 鋼護(hù)筒無法正常埋設(shè)——混合接力鉆進(jìn)法

南岸橋臺(tái)正位于納潮河海岸線邊坡上，為減少海水或潮水對(duì)海岸的沖刷侵蝕，海岸邊坡均采用拋石擠淤+漿砌片石護(hù)坡加固。此處樁基施工因受坡腳拋石的影響，護(hù)筒不能正常打設(shè)，回旋鉆亦無法正常鉆進(jìn)。因此，南岸橋臺(tái)處樁基采用混合鉆進(jìn)的辦法。具體施工方法如下：

（1）挖機(jī)在樁位處開挖埋設(shè)鋼護(hù)筒，周邊回填壓實(shí)，利用沖擊鉆鉆進(jìn)，穿透護(hù)坡拋石層。

（2）提升沖擊鉆鉆頭，移開沖擊鉆機(jī)，利用回旋筒鉆打撈樁孔內(nèi)孤石，如圖1所示。

圖1 撈渣回旋筒鉆

（3）待孔內(nèi)孤石打撈完成后，采用回旋鉆接力正常鉆進(jìn)至樁基成孔。

此類方法共處理南岸橋臺(tái)樁基計(jì)24根。

2.2 鉆進(jìn)過程中鋼護(hù)筒變形或偏斜

2.2.1 回旋鉆頭加導(dǎo)向滑輪糾偏法

右幅Pz6-5、左幅Pz8-6、Pz8-7、Pz9-1樁基鋼護(hù)筒打設(shè)35.2 m，樁基施工鉆進(jìn)至33 m處遇阻，主要表現(xiàn)為鉆頭護(hù)圈與鋼護(hù)筒發(fā)生嚴(yán)重摩擦，導(dǎo)致無法正常鉆進(jìn)。前期采用水下氧焊切割鋼護(hù)筒，在切割過程中部分發(fā)生小范圍坍塌，而且切割成本較高，施工進(jìn)度緩慢。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)部分傾斜度較小的鋼護(hù)筒（具體為鉆頭能下鉆至鋼護(hù)筒33～35 m），采用回旋鉆頭加導(dǎo)向滑輪糾偏的施工方法?；匦@頭加導(dǎo)向滑輪糾偏法主要為鉆頭的改裝，將回旋鉆頭的護(hù)圈安裝四個(gè)滑輪，在護(hù)圈與鋼護(hù)筒摩擦?xí)r起導(dǎo)向作用。

2.2.2 護(hù)筒拔出重新打設(shè)法

左幅Pz7-5、Pz12-1樁基鋼護(hù)筒打設(shè)35.2 m，樁基鉆進(jìn)至31 m處遇阻，后使用1.4 m鉆頭仍鉆進(jìn)困難。鉆機(jī)置換清水后，潛水員水下探查，為鋼護(hù)筒部分變形，發(fā)生內(nèi)凹。此類情況必須將鋼護(hù)筒拔出重新打設(shè)。起初使用100 t履帶吊+180型振動(dòng)錘拔鋼護(hù)筒失敗，后采用打設(shè)輔助Φ820鋼管樁，加鋪貝雷梁與工字鋼組成加固鋼平臺(tái)支撐體系，使用四個(gè)250 t千斤頂拔出，如圖2所示。割除變形部分，偏位約50 cm重新打設(shè)。鋼護(hù)筒打設(shè)至設(shè)計(jì)深度后，繼續(xù)后續(xù)施工。

圖2 鋼護(hù)筒拔出施工

2.2.3 水下氧焊切割法

右幅Pz7-9、Pz14-3樁基鋼護(hù)筒打設(shè)35.2 m，樁基鉆進(jìn)30 m處遇阻，鋼護(hù)筒傾斜較大。施工初期采用水下氧焊切割法，如圖3和圖4所示。具體施工過程如下：

圖3 潛水員下潛

圖4 鋼護(hù)筒底口割除

首先，用1.4 m鉆頭鉆進(jìn)至36 m，使用鉆機(jī)置換孔內(nèi)泥漿，直至接近清水。

其次，下潛潛水員清理護(hù)筒內(nèi)壁黏土并進(jìn)行水下切割，吊出切割鋼護(hù)筒，回填黏土靜置。

待周圍樁基施工完成后，接長(zhǎng)鋼護(hù)筒，調(diào)整振動(dòng)錘夾片距離，單側(cè)打設(shè)鋼護(hù)筒糾偏。

其中，置換泥漿需要3 d，潛水員清理側(cè)壁5 d，切割2 d，吊裝1 d，成本較高。且在切割右幅Pz14-3時(shí)，由于該斷面主要為砂層，側(cè)壁切割處出現(xiàn)小范圍坍塌，導(dǎo)致后期鉆進(jìn)發(fā)生串孔。因此，在后期處理樁基時(shí)不采用此方法。

2.3 鉆進(jìn)過程中遇障礙物無法鉆進(jìn)

2.3.1 井點(diǎn)降水法

左幅Pz2-1、Pz2-2、Pz3-1、Pz3-2樁位鋼護(hù)筒打設(shè)8.0 m，樁基施工鉆進(jìn)至10～12 m處遇市政自來水管線（直徑600 mm）。前期準(zhǔn)備采用水下切割自來水鋼管的方法進(jìn)行處理，但自來水管外側(cè)包裹有防腐層，管內(nèi)另有一根Φ500PE管。目前，曹妃甸地區(qū)比較常規(guī)的水下切割是采用水下特種焊條，利用氧焊進(jìn)行切割，與潛水員的溝通和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后，此方法無法實(shí)施。通過與施工隊(duì)伍交流探討，決定采用護(hù)筒周邊井點(diǎn)降水法處理。具體過程為：首先跟進(jìn)鋼護(hù)筒，打設(shè)至自來水管道頂部，鋼護(hù)筒無法下沉后，割除上部多余部分。在護(hù)筒周邊打設(shè)小孔徑水井，沿井孔豎向埋設(shè)水泥管，孔底回填部分粗砂，用水泵抽水，同時(shí)抽除護(hù)筒內(nèi)泥漿。露出自來水管道后，人工清理自來水管道外側(cè)泥漿，鑿除管道包裹的防腐層，正常切割。跟進(jìn)后續(xù)施工，即接長(zhǎng)鋼護(hù)筒正常打設(shè)，穿過自來水管道。

2.3.2水下金剛石筒鉆切割法

左幅Pz9-2、Pz9-3、Pz10-1、Pz10-2、Pz10-3樁基鋼護(hù)筒打設(shè)26 m處遇市政自來水管道（直徑600 mm）。前期左幅Pz10-3采用沖擊鉆加回填片石沖擊自來水管道法施工，但自來水管道被沖斷后，孔內(nèi)殘留片石和自來水管道鐵片，孔側(cè)擠入部分片石，接長(zhǎng)鋼護(hù)筒打設(shè)，下沉1 m后停止，無法繼續(xù)下沉鋼護(hù)筒。此種工藝只作為試驗(yàn)性的處理方法，后續(xù)終止。左幅Pz9-2、Pz9-3、Pz10-1、Pz10-2使用筒鉆切割法。具體為：使用2 cm鋼板卷制長(zhǎng)1.2 m、直徑2.15 m鋼護(hù)筒，一端為鋸齒狀，另一端使用鋼板封頭。在鋸齒端焊接金剛石作為切割片，如圖5所示，在封頭端與鉆桿焊接，并將筒鉆安裝在回旋鉆機(jī)上，切割自來水管道。待自來水管切斷后，使用25 t汽車吊+抓斗打撈切斷的自來水管，如圖6所示。

圖5 金剛石筒鉆

圖6 打撈的自來水管

當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行孔底標(biāo)高的確定，然后吊檢孔器放入鉆孔內(nèi)檢測(cè)孔徑、孔形和垂直度。要求孔徑不小于設(shè)計(jì)樁徑，樁身垂直度允許最大偏差不大于1/150[5]，其他的成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。

表1 鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié) 語

鉆孔灌注樁廣泛應(yīng)用于橋梁工程中，但缺乏樁基施工遇阻處理技術(shù)的相關(guān)研究。本文對(duì)某橋梁工程樁基施工遇阻情況及其解決方案進(jìn)行了總結(jié)，得出如下結(jié)論可供借鑒：

（1）樁基施工遇阻分為三種情況：一是鋼護(hù)筒無法正常埋設(shè)；二是鉆進(jìn)過程中鋼護(hù)筒變形或偏斜；三是鉆進(jìn)過程中遇障礙物無法鉆進(jìn)。

（2）鋼護(hù)筒無法正常埋設(shè)時(shí)，采用沖擊鉆+回旋鉆混合鉆進(jìn)的方法成孔。鉆進(jìn)過程中鋼護(hù)筒變形或偏斜時(shí)，采用回旋鉆頭加導(dǎo)向滑輪糾偏法、護(hù)筒拔出重新打設(shè)法或者水下氧焊切割法進(jìn)行處理。鉆進(jìn)過程中遇障礙物無法鉆進(jìn)時(shí)，采用井點(diǎn)降水法或者水下金剛石筒鉆切割法進(jìn)行處理。