大厚度卵漂石覆蓋層重度巖溶地質(zhì)樁基成樁施工技術(shù)

袁靜 韋權(quán) 蔣昌盛

【摘要：】橋梁樁基施工遇到大厚度卵漂石覆蓋層重度巖溶地質(zhì)可能會影響施工進度及成樁質(zhì)量，為解決此類地質(zhì)情況造成的問題，文章結(jié)合工程實例，通過小幅跟進鋼護筒及高頻振動器液化砂卵石里黏土等方法，有效地保護了樁孔成樁，為項目創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞：】卵漂石覆蓋層;重度巖溶地質(zhì);鋼護筒;溶洞;水下混凝土

U443.15A401343

0 引言

在橋梁建設(shè)過程中，樁基施工是其中十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，正所謂“基礎(chǔ)不牢，地動山搖”，樁基的成孔質(zhì)量關(guān)乎橋梁是否能順利建成及橋梁后期的運營。樁基施工所面臨的地質(zhì)情況千變?nèi)f化，需要不斷嘗試相應(yīng)的解決辦法。樁基施工中最常用的方式是沖孔灌注樁沖擊鉆成孔，沖擊鉆成孔受復(fù)雜地質(zhì)特別是大厚度卵漂石覆蓋層重度巖溶地質(zhì)的影響，施工過程中容易出現(xiàn)漏漿、塌孔、卡鉆等復(fù)雜問題，影響施工進度。

本文結(jié)合工程實例的實踐經(jīng)驗，總結(jié)出一套大厚度卵漂石覆蓋層重度巖溶地質(zhì)樁基成樁施工技術(shù)，主要是利用高頻振動錘沉入鋼護筒穿過大厚度砂卵層，確保成樁順利、不塌孔，有效地提高工程質(zhì)量，加快工程進度，節(jié)約施工成本，且成樁在大深度鋼護筒的保護下，能有效地防止砂卵石覆蓋層塌方。在該技術(shù)施工過程中，小幅度進尺及時跟進刃腳剛度大、變形小的鋼護筒;高頻振動器使?jié)B透到砂卵石里的黏土液化，起到潤滑的作用，減小鋼護筒下沉?xí)r的阻力;片石、黏土、混凝土回填造壁能解決溶洞對成樁造成的影響。該施工技術(shù)有效地防止了塌孔、偏孔、縮孔、卡錘、漏漿等現(xiàn)象，保證了成樁質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟效益。

1 工程概況

永福（蘇橋）至鹿寨公路工程№4標(biāo)段K70+714為古賞河大橋。該橋地質(zhì)復(fù)雜，大厚度的卵漂石覆蓋層及串聯(lián)式溶洞成為項目面臨的最大挑戰(zhàn)，砂卵石覆蓋層最大厚度達到18 m，卵石直徑為10～150 cm，串聯(lián)式溶洞最大高度達到5.7 m，是沖孔打樁機成樁的巨大障礙。這些不利的地質(zhì)條件影響著整個樁基施工質(zhì)量和安全，因此防止塌孔、偏孔、縮孔、卡錘、漏漿等是成樁過程的重點，而超深鋼護筒小幅度下沉、松散大塊漂石的處理、高頻振動錘的應(yīng)用、連續(xù)多層串聯(lián)溶洞的處理也成為成樁的難點。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程圖（圖1）

2.2 埋設(shè)鋼護筒

因為該橋樁位在水中，樁基地質(zhì)情況復(fù)雜，卵石層平均厚度達到18 m，巖溶裂隙重度發(fā)育，極易發(fā)生穿孔、塌孔，需埋設(shè)鋼護筒穿過砂卵覆蓋層。鋼護筒按不同厚度的鋼板制成，最下面一節(jié)為特殊加工的刃腳，采用2 cm厚鋼板加工，刃腳高度為5 cm，刃腳加厚段高60 cm。

鋼護筒所用的鋼板要具備良好的沖擊韌性，除刃腳采用2 cm厚鋼板外其余護筒段選用1 cm厚的鋼板。在工廠里用線切割按尺寸做成長度統(tǒng)一的鋼板，鋼板幾何形狀要求為4個角都是直角，而不能是平行四邊形，這是保證鋼護筒規(guī)格統(tǒng)一的第一步。

鋼護筒卷制直徑設(shè)計比樁基直徑長20 cm，高度為150 cm。鋼護筒制作采用卷板機，卷成環(huán)狀時，兩頭對正后，先點焊好，再在卷板機上來回滾轉(zhuǎn)，形成一個校準(zhǔn)的圓柱，各方向直徑誤差≤1 cm。

現(xiàn)場接長鋼護筒時，注意豎向焊縫錯開至少50 cm。先在環(huán)向布置6個定位點，確保上下鋼護筒對正后，再焊接環(huán)向接縫。接縫時先點焊，再加密，最后滿焊。然后放樣定位，將加工好的首節(jié)鋼護筒采用高頻振動錘振入土層，首節(jié)鋼護筒平面位置及垂直度十分關(guān)鍵，應(yīng)邊振邊糾偏，每下沉20 cm進行一次樁位復(fù)核，若鋼護筒出現(xiàn)傾斜或平面位置差距較大應(yīng)改變振動錘的方向以振動糾偏，若偏差太大應(yīng)重新拔出鋼護筒重新振入。鋼護筒偏位應(yīng)控制在5 cm以內(nèi)。

2.3 下沉鋼護筒要求

鋼鋼護筒制作質(zhì)量要嚴(yán)格控制，用卷板機將其卷成大小一致的鋼護筒，特別是要認真對待刃腳加工，2 cm厚的刃腳加厚段與1 cm厚的標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)徑一致，連接處要對正焊嚴(yán)，焊腳高度≥1 cm。

鋼護筒接長時位置要準(zhǔn)確，其中心豎直線應(yīng)與樁中心線重合，偏差不大于規(guī)范允許值，且要保證鋼護筒垂直。在大厚度卵漂石覆蓋層重度巖溶地質(zhì)情況下，鋼護筒跟進不及時會造成樁孔周邊的卵石快速涌入樁基鋼護筒內(nèi)，因此鋼護筒要及時跟進，沖錘每進尺50 cm應(yīng)停止沖孔，吊出沖錘，采用高頻振動器夾住鋼護筒頂部，將振動器調(diào)至高頻低幅檔位，高頻振動使?jié)B透到砂卵石里的黏土液化，起到潤滑鋼護筒的作用。振動過程小幅跟進鋼護筒，50 cm進尺為一個循環(huán)，大約經(jīng)過36個循環(huán)鋼護筒才能穿過18 m厚的卵石覆蓋層。

通過實踐證明，該方法能有效克服鋼護筒與砂卵石間的摩擦力，順利下沉深度超過23 m。測量孔深用的測繩必須是完好的、刻度清晰的專用測繩。

2.4 打樁機安裝及就位、泥漿制備、清孔、安裝鋼筋籠骨架

打樁機安裝及就位、泥漿制備、清孔、安裝鋼筋籠骨架與一般沖孔過程方法一致，主要方法是多點位測量，包括測量樁位、泥漿指標(biāo)、孔深、垂直度、鋼筋籠尺寸等，以測量結(jié)果指導(dǎo)施工。

2.5 沖孔

沖孔過程應(yīng)遵循以下幾點原則：

（1）提錘高度不宜過大，最大不超過4 m，遇溶洞或即將到溶洞時提錘高度應(yīng)≤1 m。

（2）經(jīng)常性檢查沉碴厚度，如沉碴太厚，無法翻漿時，輔以撈碴筒打撈沉碴。

（3）及時跟進鋼護筒，每沖進50 cm，必須下沉鋼護筒。

（4）備兩種直徑的沖錘，下沉鋼護筒遇阻時，換大直徑的錘進行擴孔，然后再下沉鋼護筒。

（5）遇到溶洞，孔內(nèi)出現(xiàn)水位下降時，第一件事是把沖錘提起來，防止卡錘。

（6）及時采樣，對孔底的巖樣進行留存分析。

2.6 溶洞處置

溶洞處置要確保施工安全第一，且確保在不能擾動已灌注完成樁基的前提下完成剩余樁基澆筑。古賞河大橋溶洞大多是無填充物的溶洞或填充物為流塑性的形態(tài)，橋位空腔溶洞體積大，且為連續(xù)多層串聯(lián)溶洞，采用常規(guī)的回填沖孔難度大、工程量大且影響進度。綜合分析施工進度、經(jīng)濟性等，確定需要鋼護筒穿過大厚度卵漂石重度巖溶層。

鋼護筒必須穿透砂卵覆蓋層。鋼護筒下沉采用小幅度跟進法，即每進尺50 cm就及時跟進鋼護筒。當(dāng)沖錘接近溶洞頂時，應(yīng)采用重錘低擊，不能提錘過高，防止溶洞頂被擊穿瞬間慣性過大導(dǎo)致沖孔機傾覆;當(dāng)沖錘貫穿溶洞頂后，應(yīng)提出沖錘，采用高頻振動錘及時跟進鋼護筒至空腔溶洞底部，再轉(zhuǎn)換使用沖錘進尺，遇到下層溶洞則繼續(xù)采用此方法進尺。如鋼護筒底部、樁基孔底部不平，存在漏洞且出現(xiàn)漏漿的情況，則需要片石、黏土、混凝土回填造壁，再使用沖錘進尺，解決溶洞對成樁造成的影響。

2.7 灌注水下混凝土

灌注水下混凝土前，要驗收孔底的沉淀層厚度，如大于設(shè)計要求，應(yīng)再一次清孔。

認真查閱沖孔記錄，明確溶洞所在位置，在灌注過程中要勤量測，過溶洞時應(yīng)放慢灌注速度，增加導(dǎo)管埋深。如遇混凝土面迅速下降的情況，先用測繩測量好混凝土面的高度，計算好導(dǎo)管埋置深度，如埋置深度>2 m，應(yīng)把導(dǎo)管向下插入，使導(dǎo)管埋深在6 m左右。如有必要應(yīng)把之前拆下來的管節(jié)重新接上，然后繼續(xù)緩慢地灌注混凝土。如混凝土面已經(jīng)下沉導(dǎo)致導(dǎo)管埋深不足1 m時，應(yīng)停止灌注，立即安排人手拆除導(dǎo)管，拔出鋼筋籠，待3 d后樁底混凝土硬化后按一般遇溶洞的方法重新沖孔。

要嚴(yán)格控制第一斗料的數(shù)量，按V=πD2（H1+H2）/4+πd2h1/4計算初灌量。初灌應(yīng)使導(dǎo)管埋深≥1 m。按36 m的樁基計算，D150樁基擴孔至170 cm，D120樁基擴孔至140 cm，計算結(jié)果為：D150樁基初灌量>4.4 m D120樁基初灌量>3.4 m3。

3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）小幅度進尺及時跟進鋼護筒原理，每沖孔50 cm及時跟進鋼護筒。

（2）鋼護筒特殊加工刃腳，刃腳高度為5 cm，刃腳加厚段高60 cm。下方加厚刃腳能保證鋼護筒剛度，減小鋼護筒變形。

（3）采用45 t高頻振動錘夯進。高頻振動能使?jié)B透到砂卵石里的黏土液化，起到潤滑的作用，減小下沉的摩擦力，使鋼護筒能順利穿過大厚度砂卵石覆蓋層。返漿困難時輔以撈碴筒撈出沉碴，縮短清孔時間。

（4）采用片石、黏土、片石混凝土造壁處理溶洞，對于大溶洞要分次處理，一個大的溶洞要分六七次才能完成造壁。

（5）大深度鋼護筒下沉技術(shù)，使成樁在大深度鋼護筒的保護下，有效地防止砂卵石覆蓋層塌方。

4 經(jīng)濟效益

古賞河大橋樁基施工采用小幅跟進鋼護筒及高頻振動器液化砂卵石里黏土等方法，成功完成全橋20條樁基的施工，且樁基檢測結(jié)果均為類樁，無返工樁基，在保證質(zhì)量優(yōu)良的前提下不影響施工進度，為路線通車打下了堅實的基礎(chǔ)。

如不用鋼護筒，在18 m厚的砂卵覆蓋層地質(zhì)下施工可能造成嚴(yán)重的返工。每條樁的返工費用超過15萬元，在以往的工程中有出現(xiàn)過同一條樁基多次返工的現(xiàn)象，返工6條損失即達到90萬元，且至少延誤3個月工期?？ㄥN時的損失也不小，卡1次錘至少損失1.5萬元，如不能打撈起來，損失將達到7萬元。

鋼護筒跟進的方法增加費用約2 300元/m，1條樁基下20 m鋼護筒，增加費用約4.5萬元，全橋20條樁基，增加費用約90萬元。與傳統(tǒng)工藝可能出現(xiàn)的損失相比，項目采用的鋼護筒跟進的施工工藝或可為項目避免的損失達30萬元。

5 結(jié)語

本文以古賞河大橋為例，對在大厚度卵漂石覆蓋層重度巖溶地質(zhì)下的樁基成樁施工進行應(yīng)用研究，得出了以下結(jié)論：成樁在大深度鋼護筒的保護下，能有效地防止砂卵石覆蓋層塌方;小幅度進尺能在砂卵層的自穩(wěn)范圍內(nèi)及時跟進鋼護筒;鋼護筒下方加厚刃腳能保證鋼護筒剛度，減小鋼護筒變形;高頻振動器能使?jié)B透到砂卵石里的黏土液化，起到潤滑的作用，減小鋼護筒下沉?xí)r的阻力;片石、黏土、混凝土回填造壁能可靠地解決溶洞對成樁造成的影響。

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