大直徑百米超長水中樁基施工防塌孔技術(shù)研究

張?zhí)煊?，邵昀，周克虎，周菲，唐銘?/p>

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070）

1 工程案例

靈江特大橋采用7×30 m+13×40 m+（120+260+120）m+11×40 m+20×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，先簡支后連續(xù)/鋼-混凝土組合剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，全長2 275.96 m；其中Z3主墩（22#墩）位于靈江內(nèi)，距南岸約75 m的水中，最高水位+7.65 m，最低水位-1.63 m。靈江特大橋Z3主墩樁基直徑達3.2 m，樁長96 m，屬大直徑深孔樁基。

2 防塌孔技術(shù)

發(fā)生塌孔后，施工管理人員應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生塌孔的實際情況以及施工實際情況，查明產(chǎn)生塌孔的主要原因。并且應(yīng)通過加大水頭、移開重物等方式確定產(chǎn)生塌孔的原因，以防止塌孔現(xiàn)象進一步產(chǎn)生[1]。對于塌孔較少的情況，如果確定不會進一步產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象，可以恢復(fù)正常鉆進。對于塌孔工作不嚴重的情況，能通過填土、采用改善泥漿性能、深埋護筒等方式繼續(xù)開展施工工作。當塌孔情況非常嚴重時，應(yīng)立即對鉆孔進行回填，回填材料選擇砂石或者砂土，填充完成后，應(yīng)等待數(shù)日，確定其不會再產(chǎn)生塌孔后才能進行進一步施工。這時鉆孔工作運行過程中應(yīng)積極吸取上次塌孔的經(jīng)驗，及時改善泥漿性能，嚴格控制鉆進速度等。

2.1 鉆機卡鉆與鉆物脫落

卡鉆現(xiàn)象一般產(chǎn)生于鉆孔產(chǎn)生沖擊的情況，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生一般是由于鉆孔的過程中產(chǎn)生梅花孔，或者鉆推受到磨損，未能及時對其進行維修，導(dǎo)致鉆孔變小，或者新?lián)Q的鉆孔過大，產(chǎn)生傾倒現(xiàn)象。當遇到深石或者在鉆孔的過程中有物體掉落，導(dǎo)致鉆孔卡住等。一般情況下，如果產(chǎn)生這一問題，不能直接將鉆頭提起，應(yīng)使用小錐對鉆孔進行沖擊，將鉆渣或者松動的物體進行清理后提出鉆頭。如果在施工過程中發(fā)現(xiàn)有鉆物掉落，應(yīng)及時使用繩套、鉤子等將掉落的物體進行打撈。如果掉落的物體已經(jīng)被泥沙埋住，應(yīng)先將周圍的泥沙清理干凈，直至打撈物體能直接接觸掉落的物體后才能進行打撈工作。當鉆推斷裂，進入鉆孔時，應(yīng)盡快加大泥漿的濃度，然后進行打撈工作。如果無法將其進行打撈，應(yīng)聘請有專業(yè)經(jīng)驗的打撈隊進行打撈工作。但是需要注意的是，這一工作不能耽擱較長的時間，以防止產(chǎn)生塌孔。對于無法打撈上來的鉆堆，應(yīng)與業(yè)主、設(shè)計單位等進行最終孔洞方案的確定，重新進行開孔方案的制訂。在這一過程中，需要格外注意的是，任何工作人員不得擅自進入無護筒或者防護措施的鉆孔中，如必須進行鉆孔施工，應(yīng)聘請專業(yè)工作人員進行，并且進行該工作的過程中應(yīng)佩戴齊全的防護措施以及防堵措施，保證工作人員的人身安全。

2.2 導(dǎo)管進水

在灌注混凝土的過程中，導(dǎo)管可能會產(chǎn)生進水、阻塞等情況，一旦發(fā)生這一問題，應(yīng)及時分辨并找到產(chǎn)生這個問題的根本原因，并針對產(chǎn)生該現(xiàn)象的不同原因進行不同的處理。當導(dǎo)管進水時，應(yīng)分辨其進水程度為初期還是中期。如導(dǎo)管進水初期，可能是由于混凝土儲存量不足或者孔底間距過大等因素導(dǎo)致，因此，當混凝土落下后，不能將導(dǎo)管埋沒，導(dǎo)致水從導(dǎo)管底部進入導(dǎo)管中。針對這一現(xiàn)象，應(yīng)立即將導(dǎo)管拔出，并將其底部的混凝土通過泥石泵吸出，或者使用抓斗對其進行清理，如果實在不能將對其清理干凈，應(yīng)將鋼筋籠提出對其進行反復(fù)清理。然后，按照產(chǎn)生塌孔等情況的處理方式對其進行重新下放骨架，及時改正施工中混凝土的操作工藝，并進行重新灌注。如果在混凝土灌注時由于接頭不嚴等問題導(dǎo)致氣囊裂開，使水從裂開處流入，或者由于導(dǎo)管提升速度過快，導(dǎo)致導(dǎo)管底部混凝土面產(chǎn)生積水現(xiàn)象，能通過以下方式進行解決：施工人員將導(dǎo)管中的水全部抽干，并進行混凝土灌注。同時，還應(yīng)防止導(dǎo)管外部的混凝土與原有的混凝土從導(dǎo)管底部翻入，應(yīng)確保導(dǎo)管插入混凝土的深度足夠，一般情況下應(yīng)大于3 m。由于導(dǎo)管中可能存在水分，不能被完全抽干，后續(xù)灌入的混凝土可能會被稀釋，并增加混凝土量。因此，后續(xù)進行混凝土灌注應(yīng)適當增加混凝土的濃度。灌注混凝土后，應(yīng)小幅振動，彌補原有混凝土的流動性損失。如果混凝土在水面以下不深，則可以使用吸泥機將原有的混凝土以及其表面沉淀的土吸走，將導(dǎo)管重新壓入混凝土中，然后進行重新灌注。灌注時，應(yīng)快速對其進行提升，以沖開導(dǎo)管底部產(chǎn)生的阻塞成分。如果混凝土面在水下不深的位置，但是已經(jīng)基本凝固，則導(dǎo)管不能重新插入混凝土中，能在原有的護筒中增加直徑稍小的護筒，并在較大壓力下，將其壓入原有混凝土中的適當深度，然后，將護筒抽出，并將其表面的混凝土清理干凈，再在護筒中灌注普通的混凝土。

2.3 導(dǎo)管阻塞

導(dǎo)管阻塞也分為初期與中期。

初期階段導(dǎo)管阻塞多由于水栓卡管導(dǎo)致，有時產(chǎn)生該現(xiàn)象也可能是由于混凝土本身流動性較差，導(dǎo)致混凝土中的水泥漿被沖走，剩余物質(zhì)將導(dǎo)管阻塞[2]。針對該情況，可以采用長桿沖搗混凝土的方式進行，或者使用吊繩對混凝土進行抖動，或者使用鉆桿對混凝土進行沖擊。如果采用該方式后仍不能奏效，可將導(dǎo)管中的混凝土提出鉆孔，對其進行清理，然后進行重新吊裝導(dǎo)管，重新灌注。一旦發(fā)現(xiàn)有混凝土掉入井孔，應(yīng)及時將散落在孔底周圍的混凝土進行清理。

中期階段導(dǎo)管阻塞時間較長，一般是由于施工故障導(dǎo)致混凝土在導(dǎo)管中停留時間過長，造成阻塞。該現(xiàn)象的處理方式是將導(dǎo)管與阻塞物一同拔出。如果這時原有的混凝土未完全凝固，能將新的導(dǎo)管重新插入混凝土中，并將其底部的水抽出，徹底清理參與的土渣，然后繼續(xù)進行灌注，但灌注結(jié)束后，這一樁基能作為斷樁進行補強。當灌注時間過長，孔洞中的混凝土已經(jīng)產(chǎn)生凝固時，導(dǎo)管中仍存在混凝土阻塞情況，應(yīng)將導(dǎo)管拔出，重新安設(shè)鉆機，對鋼筋孔中的混凝土吸出，并將骨架一一拔出。然后使用黏土等將孔洞填塞，當其凝實后，重新進行鉆孔。產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因是導(dǎo)管中混凝土過深，導(dǎo)致管外混凝土已經(jīng)初步凝固，加大導(dǎo)管與混凝土之間的阻力。并且在過于快速提升導(dǎo)管的過程中導(dǎo)致其產(chǎn)生斷裂情況。如果埋管過程中產(chǎn)生事故，當事故產(chǎn)生初期，可通過千斤頂?shù)劝纬?，如果不能處理，可通過插入較小的護筒的方式吸出其中的混凝土，在水下將混凝土面進行切斷，重新進行灌注。為防止這一情況的產(chǎn)生，施工人員應(yīng)嚴格控制埋管深度，并在導(dǎo)管上安裝振搗器，防止拔管過快。除此之外，為防止鋼筋籠上升，應(yīng)使用鉆機對其進行控制，對于不符合設(shè)計要求的樁，應(yīng)將鋼筋籠拔除，重新灌注混凝土。

2.4 泥漿三大性能指標測定

泥漿三大性能指標是影響施工過程中塌孔產(chǎn)生概率的重要因素，在施工之前，應(yīng)重點進行泥漿三大性能指標的測定，保證泥漿黏度、比重以及含沙量能符合施工的實際需求。

1）泥漿比重應(yīng)使用泥漿比重計進行測量。需要注意的是，在測量之前，應(yīng)對儀器進行校正。

2）泥漿黏度應(yīng)使用泥漿黏度計進行測量。在施工現(xiàn)場，使用泥漿黏度計，用手堵住漏斗的出口，將200 mL與500 mL的泥漿進行過濾后灌入漏斗，然后將出口打開，讓泥漿從管子中流出，計算其流出所用的時間以及計算泥漿的黏度。在測量之前，需要對儀器進行校正。

3）含砂率的測量應(yīng)使用含沙量測量儀進行測量。測量過程中，將100 mL泥漿灌入量杯中，使用清水將泥沙進行稀釋，后將其倒入過濾網(wǎng)中進行過濾處理，并使用清水對其進行沖洗，后將過濾出的泥沙倒入含沙量杯中，靜置1 min，后觀察沉淀物的毫升數(shù)，為泥漿的含砂率[3]。

控制泥漿比重是防塌孔的關(guān)鍵，考慮本工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，施工具有一定難度。項目部根據(jù)試樁的施工經(jīng)驗，以本項目的地質(zhì)條件擬采用PHP優(yōu)質(zhì)泥漿，以確保成孔質(zhì)量方面要求。

3 不同防塌孔技術(shù)中的局限性

3.1 泥漿護壁法

泥漿護壁法的主要作用是防止橋在成孔的過程中產(chǎn)生孔壁坍塌情況，能將鉆渣實現(xiàn)懸浮，并實現(xiàn)挾渣的過程。公路建設(shè)過程中，主要使用膨潤土泥漿或者CMC泥漿等材料，需要根據(jù)施工地址的不同選擇合適的泥漿。泥漿的主要成分是黏土與水的混合物，其中還可能會摻雜少量的其他物質(zhì)，如纖維素、堿等，促使其性狀產(chǎn)生改變，進而提升其護壁作用。但是使用其進行灌漿護壁的過程中，可能會減小對樁體的摩擦力，從而減小阻力，能在一定程度上降低整體施工工程的承載力，影響施工質(zhì)量的提升。同時這一施工工程在運行的過程中，泥漿的質(zhì)量、性狀、操作方式等均會對施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，不利于樁體摩擦力發(fā)揮其作用。

3.2 加長護筒法

施工人員在實行鉆孔灌注樁施工之前，應(yīng)先在其上部預(yù)埋護筒，對橋梁樁基礎(chǔ)進行加護。一般情況下，應(yīng)使用鋼板制作，使其具有較強的堅固程度，能耐得住水下的壓強，并且還應(yīng)提升其對水中雜質(zhì)的阻隔作用，同時該材料制成的護筒還能符合施工過程中大空洞的要求。為防止其在施工過程中受到深水的影響，整體應(yīng)以焊接方式進行。

3.3 鉆孔壓灌超流態(tài)混凝土樁施工

鉆孔壓灌超流態(tài)混凝土樁施工主要是通過鉆孔的方式施工，一般情況使用長螺旋鉆機進行鉆孔，將深度保證在標高范圍內(nèi)，停止鉆孔后，將其內(nèi)套管抽出，并在提鉆的同時，將其順利通過鉆頭上的混凝土孔。將壓灌的水泥或者動態(tài)化的混凝土進行壓灌，將鉆桿移開，并將鋼筋籠壓入樁體。該施工方式在成孔時，能利用鉆機中的鉆桿實現(xiàn)護壁的效果。這種施工方式能防止其他類型的護壁方式降低其對護壁中的阻力，更好地應(yīng)用于黃土狀粉土、沙土地基中。在粉質(zhì)黏土以及密實黏土中使用，則能使其阻力進一步提升。但是如果是在淤泥土壤中使用樁基，則需要注重混凝土樁體的寬度，不能過細，否則可能導(dǎo)致壓入鋼筋籠的過程產(chǎn)生困難。

4 結(jié)語

綜上所述，泥漿護壁與鋼筋護筒均能提升樁基孔壁的穩(wěn)定性，并能有效實現(xiàn)防塌孔。本文在研究與分析防塌孔技術(shù)的基礎(chǔ)上，對大直徑百米超長水中樁基施工技術(shù)進行分析。施工人員應(yīng)針對不同施工情況以及施工需求，選擇合適的防塌孔技術(shù)對施工情況進行處理，減少其運行過程中可能產(chǎn)生的施工事故，保證孔壁的穩(wěn)定性，提升樁基成孔施工的質(zhì)量。