粉砂地質條件下受限空間超大變徑固結擴盤樁施工技術應用

王海龍，金曉宇

（中交一公局第二工程有限公司，江蘇蘇州215000）

1 工程概況

本工程為沾臨高速二標引黃濟青干渠大橋13#墩固結擴盤樁施工，引黃濟青干渠大橋起點樁號為K47+458，終點樁號K48+441，13#墩固結擴盤樁樁號為：ZK47+949.5(YK47+954.5)。由于大橋橫跨兩道引黃濟青引用水渠，橋梁跨徑達一百多米，兩道水渠之間空間狹小，無設置群樁的空間，所以，單樁承載力要求達到26 000 kN。設計樁型為固結擴盤樁，樁長64 m，樁身自上而下18 m以內(nèi)樁徑為3.5 m，18 m以下除擴盤處樁身直徑為2.5 m；設置5個固結體內(nèi)擴盤，樁盤間距10 m，盤徑4.5 m，盤高2.3 m，樁盤固結體直徑5.5 m，高3.3 m。

2 總體技術方案

本項目先采用RJP長螺旋高壓旋噴設備施工，將樁周圍施作9根直徑為1.8 m的高壓旋噴樁，再采用旋挖鉆機進行樁基成孔，待旋挖至擴盤深度，將可擴盤鉆頭吊入孔內(nèi)進行擴徑。為保證底盤可以正常擴徑到設計值，在鉆頭上安裝限位器，當限位器指針達到設計范圍，則盤腔已經(jīng)旋擴到位，逐個進行擴盤作業(yè),形成錐體狀的盤形空間，最后安放樁基鋼筋籠并灌注水下混凝土。高壓旋噴樁示意圖如圖1所示。

圖1 高壓旋噴樁示意圖

3 主要施工工藝

3.1 RJP設備的技術應用

由于本項目樁基上部18 m樁徑達3.5 m，孔壁弧度小，易塌孔，而且該段土層有2層稍密的粉土層，更增加了塌孔的風險。為了減小塌孔風險，本項目樁基上部3.5 m部位采用了水泥土固結體護壁方式，該方式護壁效果好，造價比鋼護筒低，而且還能增加樁的摩擦力，效果比鋼護筒好。

樁長達到64 m時屬于超長樁，特別是對水泥土固結體的施工，存在一定難度，具體體現(xiàn)為：（1）垂直度不易控制；（2）高噴設備40 m深度以下接桿時，地下水容易攜帶泥沙反壓堵住高噴設備的噴嘴。選用46 m桿的長螺旋RJP設備，垂直度高，制作出的水泥土固結體直徑大，要求達到1.6 m，這樣需要鉆的高噴孔數(shù)少，提高了施工速度，減小了施工風險；鉆桿長，減少接桿次數(shù)，本項目每個高噴孔只接一次桿。另外，長螺旋鉆桿在入孔約20 m時接桿，避免了在深處接桿的風險。

3.1.1 施工方法及技術措施

主要采取的措施包括：

1）平整施工場地。在施工準備階段，為了確保后續(xù)施工的順利進行，需在探明地下障礙物埋深和位置后，挖出探坑并做好明確標記。需注意的是，由于RJP設備自重較大，施工場地地基承載力必須滿足要求，作業(yè)場地的外圍應設置圍擋。

2）測量定位：（1）在測量灌注樁主樁位相關數(shù)據(jù)時，除了要明顯標志并編號標定的基準點外，還要采取相關保護措施；（2）標志好明顯且牢靠地從主樁位放出RJP的樁位相關記號。

3）樁機就位：（1）RJP樁機就位墊平并固定，配齊空壓機、水泥漿制備系統(tǒng)等機械和材料；對正樁機并調(diào)直垂直度，旋噴管的允許傾斜度不得大于0.5%，然后進行鉆進。采用雙重管法施工。（2）以鉆孔位置為標準，偏差需控制在50 mm以內(nèi)；（3）保證鉆機與高壓注漿泵距離在合理范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)過遠情況。（4）鉆機鉆桿必須采用鉆桿導向架進行定位。

3.1.2 鉆孔

鉆孔環(huán)節(jié)需要注意要點如下：

1）鉆孔的目的是將噴射注漿管插入預定的標高處，應邊射水、邊鉆進，水壓力一般不宜超過1 MPa，為防止泥沙堵塞噴嘴。

2）鉆進至約20 m深度時，開始接桿，接桿要保證噴漿管密封完好，接完桿要試壓，確保不漏漿不漏氣再繼續(xù)鉆進。

3）為了避免鉆進時因出現(xiàn)偏差而影響后續(xù)施工，在具體施工過程中著重對鉆桿垂直度進行觀察與記錄；如出現(xiàn)偏差，則需及時上報負責人員進行調(diào)整。

3.1.3 制備固化劑漿液

制備固化劑漿液要與RJP樁機鉆施工同時進行；此外，在正式壓漿前，需將漿液導入集料斗內(nèi)，并按照1.0的配合比配制漿液。

3.1.4 旋噴注漿

待噴嘴達到設計標高后方可噴射注漿，當噴射注漿參數(shù)達到規(guī)定值后即可隨噴隨轉隨提升。

1）旋噴過程中應嚴格按照設計與試樁參數(shù)進行施工。

2）注漿管分段提升的搭接長度不得小于100 mm。

3）在高壓噴射注漿過程中出現(xiàn)壓力驟減、加大或冒漿異常（冒漿量大于注漿量20%或不冒漿）等異常情況時，應查明產(chǎn)生的原因并及時采取措施。

4）漿液攪拌后不得超過4 h，當超過時，應經(jīng)專門試驗證明其性能符合要求后方可使用。

5）旋噴施工中應做好施工記錄，記錄應詳細準確。

3.1.5 拔管與沖洗

當旋噴已經(jīng)完成施工環(huán)較小節(jié)，需在第一時間拔出注漿管后，使用清水對管路進行沖洗。此外，由于本工程管徑較小，沖洗時必須將管內(nèi)殘漿沖洗干凈，避免影響下次使用。

3.1.6 樁機移位

在將RJP樁機注漿管全部提出地面前，必須確保電機已處于關閉狀態(tài)，在此前提下方可將其移至新樁位。值得注意的是，位置移動要確認好活動區(qū)域地質環(huán)境是否達到承載力，機械自重較大，需要嚴格控制，消除安全隱患。

3.2 旋挖成孔技術

3.2.1 鉆機就位

鉆機正式就位前，要做好以下工作：（1）為了保障鉆機安放時機身保持平穩(wěn)，需夯平其四周地面；（2）放線時要以設計樁位為根據(jù)來做好護筒的埋設施工，且需在護筒周邊位置填好黏土；（3）安裝導向套時需在縱向和橫向將鉆機調(diào)平。

3.2.2 擴盤處理施工

擴盤位采用旋挖鉆一機多用的形式，在盤位更換旋擴鉆頭進行施工：

1）當鉆機就位后，將鉆頭對準樁位并進行復核，確認無誤后，測量人員需要使用全站儀校驗鉆機垂直度。

2）在旋挖鉆正式施工準備階段，為了更好地控制鉆進深度，要使用水平儀測量孔口護筒頂標高。

3）在旋挖鉆正式施工過程中，除了要采用工程檢測尺來方便對鉆桿垂直度進行觀測檢查外，還要同時邊對其鉆進邊進行補充泥漿護壁施工。

4）當旋挖鉆鉆至上盤盤位下一個擴盤超鉆高度時換旋擴鉆頭，此時旋擴臂是完全收回狀態(tài)，檢查擴盤指針位置是否緊固、是否在抬起狀態(tài)，檢查無誤后下放至實鉆孔深，開始加壓旋切，通過擴盤指針角度是否到達水平狀態(tài)，判定旋切鉆頭是否完全張開。

5）旋切鉆頭擴至完全狀態(tài)后，換回旋挖鉆頭，鉆至下一盤位，直至全部盤腔旋切完成。

3.2.3 終孔

鉆進孔深達到規(guī)定深度，用測繩下放檢驗深度，成孔檢查后進行清孔，清孔利用旋挖鉆機撈渣，下方較細小的鉆渣用泥漿泵連接導管進行一次清孔，清孔后沉渣厚度不得大于200 mm，泥漿指標達到要求。清孔時，孔內(nèi)水位應保持在護筒以下約0.5 m，防止塌孔。

3.2.4 成孔、盤腔檢測

旋挖固結擴盤樁終孔后，委托第三方用傘形成孔質量檢測儀對樁孔、盤腔進行掃描檢測，檢測項目有：鉆孔孔深、鉆孔孔徑、擴盤盤位高度、盤腔直徑以及盤腔高度。

3.2.5 鋼筋籠下放、連接鋼筋籠

引黃濟青大橋13#墩樁基鋼筋籠設計長度為64 m，鋼筋籠以下1.4m范圍為變徑段，外徑由320 cm變?yōu)?50 cm；往下15.4 m范圍外徑為350 cm；往下部1.2 m范圍為變經(jīng)段，外徑由350 cm變?yōu)?50 cm；往下部46 m范圍外徑均為250 cm。鋼筋籠由φ28 mm樁頂連接主筋、φ32 mm主筋、φ28 mm定位筋、φ16 mm耳筋、φ12 mm勁環(huán)筋及φ54 m×1.5 m聲測管組成。單根樁鋼筋籠重約200 kN（20 t）。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，鋼筋籠分段下放、鋼筋連接采用錐套鎖緊接頭，此接頭為一級接頭，抗拉強度高，相比直螺紋套筒連接速度快，效率高。由于樁基存在變徑段，鋼筋需要現(xiàn)場彎曲，上口直徑3.5 m的鋼筋籠向內(nèi)側彎曲，下口直徑2.5 m的鋼筋籠向外側彎曲，在斜面的位置完成連接，采用鋼筋彎曲液壓鉗完成此項工作。

3.2.6 下導管

1）根據(jù)孔徑選擇合適的導管。

2）導管組裝時接頭必須密合不漏水（要求加密封圈，黃油封口）。

3）第一次使用前應進行閉水打壓試驗，試水壓力0.6～1.0 MPa，不漏水為合格。

4）導管底端下至孔底標高上約50 cm。漏斗安裝在導管頂端。

3.2.7 水下灌注混凝土

該環(huán)節(jié)施工要點包括以下5方面內(nèi)容：

1）由于本項目樁基單樁混凝土灌注量近500 m3，灌注時間長，所以，要求混凝土添加超緩凝劑，保證30 h內(nèi)不初凝。

2）混凝土灌注前檢查坍落度以及混凝土和易性并做好記錄?；炷吝\到灌注點不得產(chǎn)生離析現(xiàn)象，到灌注點對混凝各項性能再次檢測，合格后才允許澆筑，不合格則退回拌和站重新調(diào)試[1]。

3）導管內(nèi)應用的隔水塞球應大小合適,位于水面以上。灌注混凝土前孔口必須蓋嚴，以防止混凝土落入孔中污染泥漿。

4）混凝土首次灌量必須灌至導管下口2 m以上，導管下口埋入混凝土的深度不小于2 m，不大于6 m，安排專門人員及時量測，以便掌握導管提升高度。導管拆卸前，測量計算導管埋深,然后確定卸管長度,使混凝土處于流動狀態(tài)，做好澆筑施工記錄。混凝土灌注連續(xù)進行，中間不得間斷。拆除后的導管放入架子中及時清洗干凈。

5）混凝土灌注時，始終保持導管位置居中，提升導管時應有專人指揮，若鋼筋骨架發(fā)生偏移，立即停止提升導管，使導管緩慢降落，并輕輕搖動使之與鋼筋籠脫開，使鋼筋籠復位。

3.2.8 拔護筒、成樁

混凝土灌注完成后及時拔出護筒，為確保成樁質量符合要求，樁頂加灌0.5 m。灌注過程中，指定專人負責填寫灌注記錄。待混凝土灌注28 d后進行樁基檢測，采用樁基100%超聲波無破損檢測方法進行，對超聲波檢測存在缺陷的樁，通過鉆孔取芯檢測樁身質量。

4 結語

本項目利用固結擴盤樁以狹小空間之內(nèi)單樁承載力較高的特性，在大直徑超長樁身的情況下，固結體的施工為主樁形成了堅硬的護壁，大大降低了塌孔的風險，保障了施工質量。綜上所述，固結擴盤樁應用于這種空間受限、地質條件較差且承載力要求較高的施工環(huán)境較為合適，可定位于解決重大施工難點的施工工藝來推廣應用。