V形河谷深厚回填土大直徑灌注樁施工控制

楊紅

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

1 工程概況

1.1 工程背景

重慶渝北雙橋路橋梁區(qū)域多為人工堆積棄渣，均為自然傾倒，未采用分層碾壓工藝，呈現(xiàn)出松散狀，局部位置具有架空現(xiàn)象，且厚度最大達(dá)到25 m。該人工堆積棄渣位于河道兩側(cè)，坡度較陡峭，已形成V形河谷，兩側(cè)植被較為茂密，樁基未施工前暫無(wú)滑坡風(fēng)險(xiǎn)，但地面已完成植被清表，加上機(jī)械成孔對(duì)地面的擾動(dòng)易引起滑坡。

勘察設(shè)計(jì)資料顯示填土均勻性和密實(shí)度的變化相對(duì)較大，樁基施工中可能出現(xiàn)塌孔、縮頸現(xiàn)象。場(chǎng)地填土區(qū)域施工前宜進(jìn)行強(qiáng)夯地基處理，但施工區(qū)域處于V形河谷地帶，強(qiáng)夯安全風(fēng)險(xiǎn)較大，易出現(xiàn)大面積的塌方。因此建議在樁基施工中做好護(hù)壁，可采用素混凝土回灌或鋼護(hù)筒護(hù)壁等措施。

施工區(qū)域除人工堆積土外，原始地面以下的巖層多為泥巖、砂巖，泥巖為黏土是中等程度的后生作用下固結(jié)形成，遇水易于軟化，故鉆進(jìn)成孔時(shí)在頂面覆蓋層人工堆積土和強(qiáng)風(fēng)化泥巖層中均易出現(xiàn)塌孔，埋鉆風(fēng)險(xiǎn)較大。V形河谷樁基立面圖見(jiàn)圖1。

圖1 V形河谷樁基立面圖（cm）Fig.1 Elevation of pile foundation in V-shaped valley(cm)

1.2 樁基設(shè)計(jì)情況

雙橋路包含2段橋梁，K0+449.5—K1+089.5段為1號(hào)橋，K1+371.0—K2+025.464段為2號(hào)橋。1號(hào)橋A0、A16橋臺(tái)區(qū)域樁基采用φ1.5 m樁，共計(jì)32根；主橋P13—P15承臺(tái)基礎(chǔ)采用2.0 m的群樁基礎(chǔ)，其中P13樁基礎(chǔ)樁徑2.0 m 12根，P14樁基礎(chǔ)樁徑2.0 m的13根，P15樁基礎(chǔ)樁徑為2.0 m 15根，總計(jì)40根；P1—P12樁基采用φ2.5 m樁，共計(jì)48根。2號(hào)橋A0、A4橋臺(tái)區(qū)域樁基采用φ1.5 m樁，共計(jì)32根；其余墩位樁基均采用φ2.5 m樁，共計(jì)12根。

松散人工堆積棄渣位置的樁基主要為A0橋臺(tái)（16根φ1.5 m樁）、P1—P6號(hào)墩（24根φ2.5 m樁）。本文主要針對(duì)該部分樁基施工工藝進(jìn)行探討[1-8]。

2 實(shí)施情況

結(jié)合周邊類似項(xiàng)目的施工情況，該區(qū)域人工回填土樁基施工時(shí)塌孔極為頻繁，正式施工前開(kāi)展了試樁試驗(yàn)，結(jié)果顯示3根試樁有2根出現(xiàn)塌孔。在實(shí)施本項(xiàng)目之前應(yīng)從安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保要求等方面考慮，最終確定樁基施工思路為：鉆孔采用旋挖樁，護(hù)筒最大化護(hù)壁后鉆進(jìn)施工，若出現(xiàn)塌孔則提起鉆頭采用C20混凝土回灌，回灌硬化后繼續(xù)鉆進(jìn)，讓回灌混凝土起到護(hù)壁作用。

2.1 護(hù)筒施沉

為防止鉆進(jìn)過(guò)程中塌孔的影響，樁基施工中除孔口埋設(shè)鋼護(hù)筒用于防止孔口塌方、定位鋼筋籠外，還將繼續(xù)跟進(jìn)鋼護(hù)筒，用于鉆進(jìn)過(guò)程中的孔內(nèi)護(hù)壁。但該區(qū)域人工回填土未經(jīng)處理，均為自然傾倒填筑，棄土中含有塊石，護(hù)筒無(wú)法跟進(jìn)至穿越人工回填土層。

施工中，按照護(hù)筒可跟進(jìn)的最大深度處理，若護(hù)筒無(wú)法繼續(xù)向下跟進(jìn)則停止護(hù)筒的施沉，盡可能的使鋼護(hù)筒護(hù)壁效果達(dá)到最大。鋼護(hù)筒材質(zhì)為Q235B，厚度為15～18 mm，內(nèi)徑尺寸比樁徑大30 cm，為防止護(hù)筒施沉過(guò)程中發(fā)生變形，在頂?shù)卓谕鈧?cè)貼焊20 cm寬加強(qiáng)箍，護(hù)筒先采用鉆機(jī)鉆頭靜壓后再由振動(dòng)錘施沉。

振動(dòng)錘的選擇按照激振力P＞土的側(cè)摩阻力R-鋼護(hù)筒和振動(dòng)錘自重G進(jìn)行選擇，激振力可按式（1）計(jì)算：

式中：Ki為土層液化系數(shù)；li為鋼護(hù)筒不同土層中的入土深度，m；U為鋼護(hù)筒周邊長(zhǎng)度，m；qi為不同土層的單位摩阻力，kN/m2；G為鋼護(hù)筒和振動(dòng)錘自重，kN。

結(jié)合計(jì)算結(jié)果最終選取DZJ90振動(dòng)錘。

2.2 成孔工藝選擇

本項(xiàng)目周邊有正在使用的渝北區(qū)老年大學(xué)、正在治理的豬腸溪河道及在建雙橋溪公園等，環(huán)境保護(hù)要求高，泥漿池設(shè)置要求、泥漿排放非常嚴(yán)格。施工現(xiàn)場(chǎng)位于陡坡之上，作業(yè)面有限。此特殊地層無(wú)論采用何種工藝，均需采取護(hù)筒+C20回灌混凝土進(jìn)行護(hù)壁，因此選用旋挖鉆成孔工藝。

鉆機(jī)對(duì)位安放前，在樁位兩側(cè)鋪設(shè)25 mm厚鋼板，單塊鋼板寬度1.5 m，長(zhǎng)8 m，共鋪設(shè)2條，使得鉆機(jī)2條履帶的中心線與2塊鋼板的中心線基本重合，滿足旋挖鉆機(jī)就位安放的要求，保證鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆桿垂直和鉆進(jìn)平穩(wěn)。

2.3 回灌混凝土

回灌混凝土作為鉆進(jìn)過(guò)程中的塌孔處置措施，主要采用C20混凝土。施工區(qū)域地下水較豐富，澆筑方法采用樁基水下混凝土施工工藝。

施工原理為旋挖樁施工時(shí)，適當(dāng)擴(kuò)孔（孔徑擴(kuò)大30～40 cm）鉆進(jìn)，塌孔后提起鉆頭回灌C20混凝土，混凝土達(dá)到1.2 MPa強(qiáng)度后二次鉆進(jìn)形成混凝土護(hù)壁。若向下鉆進(jìn)過(guò)程仍存在塌孔現(xiàn)象，重復(fù)上述流程直至鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)持力層、最終成孔，有效解決護(hù)筒無(wú)法抵達(dá)區(qū)域的樁基塌孔問(wèn)題。

2.4 鋼筋籠施工

鋼筋籠在鋼筋集配中心采用“長(zhǎng)線匹配法”分節(jié)加工制作，運(yùn)至施工區(qū)域；單節(jié)鋼筋籠長(zhǎng)12 m，采用履帶吊配合下放，按鋼筋籠起吊翻身→首節(jié)鋼筋籠下放→鋼筋籠接長(zhǎng)→聲測(cè)管接長(zhǎng)、固定→鋼筋籠固定5個(gè)步驟完成下放施工，見(jiàn)圖2。

圖2 鋼筋籠施工流程圖Fig.2 Construction flow chart of reinforcenent cage

2.5 混凝土澆筑

導(dǎo)管完成水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)后即可逐節(jié)吊裝接長(zhǎng)、垂直下放，導(dǎo)管夾具由工字鋼I25a主梁及活動(dòng)卡板組成，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)管夾具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of catheter clamp structure

導(dǎo)管安裝完成后即可開(kāi)始二次清孔，二次清孔達(dá)標(biāo)開(kāi)始進(jìn)行封底混凝土施工，首封采用集料斗“拔塞法”施工，封底混凝土量可通過(guò)式（2）計(jì)算：

式中：V為灌注首批混凝土所需方量，m3；D為樁孔直徑，m，取2.5 m；H1為樁孔底至導(dǎo)管底端間距，一般為0.2～0.5 m，計(jì)算取0.5 m；H2為導(dǎo)管初次埋置深度，m，H2≥1.0 m，取H2=2.0 m；d為導(dǎo)管內(nèi)徑，m，取0.325 m；h1為樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時(shí)，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，m，即；其中Hw為孔內(nèi)水或泥漿的深度，m；Rw為孔內(nèi)泥漿的容重，kN/m3；Rc為混凝土的容重，kN/m3。

現(xiàn)場(chǎng)制作1個(gè)2 m3小集料斗，在小集料斗與導(dǎo)管對(duì)接段開(kāi)一直徑為10 mm的排氣孔，使用前要保證內(nèi)表面光滑、濕潤(rùn)。

2.6 施工過(guò)程中的處置方案

結(jié)合本項(xiàng)目深厚人工填土施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了在類似地域施工樁基需要注意的事項(xiàng)及處置方案。

1）孔口周圍堆積荷載過(guò)大，孔口土層受壓超過(guò)孔口周圍土層承壓能力而導(dǎo)致坍孔。處置方案：鉆進(jìn)前對(duì)孔口周邊堆載物進(jìn)行清理，若有足夠施工條件，可對(duì)鉆機(jī)作業(yè)區(qū)域采用混凝土硬化。

2）鉆進(jìn)施工前護(hù)筒埋置太淺，松散土質(zhì)在鉆進(jìn)擾動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)坍塌或周圍軟質(zhì)巖受水浸濕泡軟而發(fā)生坍塌。處置方案：由于處于V形河谷地帶，深厚的人工自然填土均有塌孔風(fēng)險(xiǎn)，因此護(hù)筒應(yīng)在可施沉的條件下盡可能施沉到位。若確實(shí)受其他原因影響無(wú)法繼續(xù)施沉，應(yīng)在鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格控制出護(hù)筒后的鉆進(jìn)速度，隨時(shí)做好提鉆回填混凝土的準(zhǔn)備。

3）鉆進(jìn)過(guò)程中沒(méi)有控制鉆機(jī)進(jìn)尺，使鉆機(jī)進(jìn)尺過(guò)快，塌孔時(shí)直接埋鉆，鉆頭難以取出。處置方案：嚴(yán)格控制護(hù)筒外鉆進(jìn)速度，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)塌孔立即提鉆，待塌陷基本穩(wěn)定后再回灌混凝土進(jìn)行護(hù)壁。且鉆進(jìn)過(guò)程根據(jù)地層實(shí)際情況按要求控制轉(zhuǎn)速，禁止長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)。

4）成孔后待灌注和灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。處置方案：成孔檢驗(yàn)合格后應(yīng)立即下放鋼筋籠及二次清孔，優(yōu)化混凝土澆筑工藝，防止出現(xiàn)混凝土灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況發(fā)生。

5）由于鉆機(jī)底座動(dòng)偏或者產(chǎn)生不均勻沉降，鉆桿彎曲，在有傾斜度的軟硬地層交界處，巖面傾斜處鉆進(jìn)，鉆頭受力不均或土層中遇到較大的孤石等原因造成斜孔。處置方案：鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)關(guān)注鉆頭、鉆盤中心、護(hù)筒中心三者是否在同一鉛垂線上；提前熟悉地勘報(bào)告，關(guān)注地層交接處或孤石位置施工時(shí)鉆機(jī)狀態(tài)，及時(shí)糾偏。

3 樁基檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)該工藝方法完成V形河谷樁基實(shí)施，最終采用無(wú)線超聲波檢測(cè)儀YL-PST（FS）對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)，混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C30水下混凝土。經(jīng)檢測(cè)所有樁基均為I類樁，各聲測(cè)剖面每個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅均大于臨界值，波形正常，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

利用鋼護(hù)筒+C20混凝土護(hù)壁工藝，在本項(xiàng)目成功解決40根位于V形河谷松散回填土區(qū)域的樁基塌孔問(wèn)題。該工藝在周邊項(xiàng)目還得到更深層次地使用，主要差異為混凝土護(hù)壁的使用。本項(xiàng)目為塌孔后再使用，主要由現(xiàn)場(chǎng)管理人員的經(jīng)驗(yàn)判定，若發(fā)現(xiàn)有塌孔風(fēng)險(xiǎn)，立即提起鉆頭回灌混凝土，仍然存在埋鉆風(fēng)險(xiǎn)；而在臨邊工程類似環(huán)境下施工時(shí)，則是采取混凝土全護(hù)壁工藝，即每鉆進(jìn)5 m即暫停鉆進(jìn)，隨即采用C20混凝土回灌，依次類推直至成孔，該方案雖成本較高，但安全性更高。

結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)施結(jié)果，雖然采用C20混凝土回灌+鋼護(hù)筒護(hù)壁結(jié)合工藝較傳統(tǒng)工藝方法沒(méi)有明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，但該方法是在現(xiàn)有技術(shù)水平條件下解決V形陡坡處高回填土樁基施工的簡(jiǎn)單有效方式。鋼護(hù)筒在承臺(tái)開(kāi)挖后大部分可回收，低標(biāo)號(hào)C20混凝土施工速度快，沒(méi)有噪聲和震動(dòng)，對(duì)周邊居民區(qū)及學(xué)校影響小，節(jié)約工期。