填石路基樁基沖擊鉆成孔技術(shù)研究

楊昭慶 中交一公局第三工程有限公司

1 引言

在山區(qū)修建高速公路，高填方路基接橋臺較為常見，而此類填方路基一般具有較大縱坡，填方體容易在由高到低方向形成側(cè)向壓力甚至產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。為保證橋臺穩(wěn)定性，減少填方體對橋臺樁基的推力和剪切作用，往往需要在路基回填到一定高度并穩(wěn)定后施作橋臺樁基，嵌巖樁需要穿透回填層進(jìn)入基巖。在填石路基上施工橋臺樁基時，如何采取有效的技術(shù)措施提高沖擊鉆成孔效率，減少塌孔、漏漿等處理費用意義非凡。

2 工程概況

某山區(qū)高速公路設(shè)計有高填方路基接橋臺，如圖1所示。樁基設(shè)計長度38m，其中上部14m位于填石路基內(nèi)。地層由上至下依次為7m厚碎石土層（采用袖閥管注水泥漿加固），10m厚卵石土層，4m厚強風(fēng)化泥巖，底端進(jìn)入中風(fēng)化泥巖。

路基填料主要為隧道洞渣，以志留系中上統(tǒng)韓家店群泥巖為主，局部含中風(fēng)化灰?guī)r，其泥巖單軸天然極限抗壓強度為7.7MPa～13.4MPa，呈青灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。洞渣大塊狀較少，堆放于自然環(huán)境中風(fēng)化速度極快，7～15天即呈劈裂狀和發(fā)生崩解。填料如圖1所示。

該段路基填筑前，挖除表土并對上部碎石土層采用袖閥管注水泥漿加固地層。路基分層填筑，每填高6m采取強夯補強，保障路基壓實質(zhì)量。路基填筑至橋臺樁頂高度靜置3個月，沉降觀測穩(wěn)定后再進(jìn)行樁基施工。

圖1

3 樁基成孔施工方案

該橋臺樁基位于填石路基上，深度38m，地層復(fù)雜?？刹捎萌o(hù)筒旋挖鉆、人工挖孔、沖擊鉆成孔。由于該類型橋臺樁基共10根，且位于偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便，大型設(shè)備進(jìn)出場成本過高，全護(hù)筒旋挖鉆不具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，且下部中風(fēng)化泥巖旋挖鉆成孔困難。而樁基深度達(dá)38m，上部14m填石路基孔隙較多，自穩(wěn)能力差，開孔后發(fā)生塌孔后果不堪設(shè)想。因此采用沖擊鉆進(jìn)行樁基成孔。

4 樁基成孔不利因素

該橋臺樁基采用沖擊鉆成孔時，控制不當(dāng)容易產(chǎn)生塌孔、漏漿等現(xiàn)象。其影響因素包括。

4.1 路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

由于填料主要為塊狀和碎屑狀強風(fēng)化泥巖，自身不具備粘結(jié)性；路基壓實和強夯補強將大塊石渣壓碎，由于粘結(jié)性差和空隙較多，路基成型后依然是松散結(jié)構(gòu)，一旦成孔過程中形成臨空面，容易產(chǎn)生滲漏點，漏漿導(dǎo)致孔壁失去泥漿靜壓力的作用產(chǎn)生坍塌。

4.2 護(hù)壁泥漿性能指標(biāo)

泥漿的比重和粘度直接影響護(hù)壁效果。如果泥漿比重過大、粘度偏高，鉆頭沖擊力減弱導(dǎo)致成孔效率低；如果泥漿比重過小、粘度偏低，護(hù)壁泥皮容易沖散或脫落，極易導(dǎo)致塌孔和漏漿。

4.3 護(hù)筒埋設(shè)深度

路基填筑和壓實達(dá)到一定深度后，填料重力和嵌擠作用形成自穩(wěn)能力，根據(jù)填料性質(zhì)和沖擊力不同，深度在3～7米之間，能夠抵抗鉆頭沖擊震動和擾動。采用常規(guī)工藝埋設(shè)護(hù)筒需對成型路基進(jìn)行反開挖，埋設(shè)深度過深，開挖深度和范圍大，增加工作量。埋深過淺，樁基開孔后沖程過高形成較大震動，路基自穩(wěn)能力不足以抵抗鉆頭震動和擾動，容易產(chǎn)生塌孔。

5 樁基成孔技術(shù)措施

為探究路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、泥漿性能指標(biāo)和護(hù)筒埋設(shè)深度對填石路基沖擊鉆成孔的影響，對這三個因素的作用效果進(jìn)行對比分析。

5.1 填石路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

采用以強風(fēng)化泥巖為主的洞渣進(jìn)行路基填筑，分層填筑厚度30cm，每填高6m進(jìn)行強夯補強。由于填料粘結(jié)性能差、孔隙較多，在樁基成孔臨空面容易產(chǎn)生塌孔和漏漿，在相鄰橋墩同類型樁基施工時設(shè)置一組注漿加固的對比措施，兩根樁基長度均為30m，樁徑2m，填石路基厚度10m。路基填筑過程中，在距樁頂6m深度內(nèi)，沿樁基外沿2m范圍內(nèi)灌入稀水泥砂漿，每延米灌漿0.5m3。樁基成孔數(shù)據(jù)見表1。

表1

采取灌水泥砂漿增強樁基四周整體穩(wěn)定性后，成孔速度在填石路基段較快，對防止塌孔和漏漿效果良好。樁基數(shù)量不多時相對于全護(hù)筒旋挖鉆成孔具有一定經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

5.2 護(hù)壁泥漿性能指標(biāo)

泥漿護(hù)壁作用是沖擊鉆成孔的關(guān)鍵，通過施工試驗樁研究泥漿比重對成孔的影響。選2根填石路基上的樁基，填石路基厚度10m。樁基開孔泥漿比重分別為1.4、1.3，以及先期施工注漿加固樁基進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。以鉆進(jìn)11m即穿透填石范圍進(jìn)入已注漿加固的碎石土層為統(tǒng)計節(jié)點。樁基成孔數(shù)據(jù)見表2。

表2

通過調(diào)整泥漿比重對應(yīng)的樁基成孔數(shù)據(jù)顯示，填石路基沖擊鉆成孔開孔泥漿比重宜控制在1.35左右，過高樁基成孔效率偏低，過低容易造成塌孔和漏漿。

5.3 護(hù)筒埋設(shè)深度

護(hù)筒埋設(shè)深度影響填石路基沖擊鉆成孔。埋設(shè)深度超4m開挖量巨大，護(hù)筒埋設(shè)、糾偏和拔出較難實現(xiàn)。埋設(shè)深度小于2m時，塌孔風(fēng)險增高，護(hù)筒穩(wěn)定性不夠容易偏斜。護(hù)筒埋設(shè)深度宜控制在2.5m～3m，方便施工，樁基開孔時低錘密擊，可減少護(hù)筒對成孔的影響。

5.4 樁基成孔控制效果

通過施工試驗樁和對相關(guān)參數(shù)的分析比選，初步確定填石路基橋臺施工參數(shù)。在確保路基壓實質(zhì)量的前提下對樁基外圍適當(dāng)加固，護(hù)筒埋設(shè)深度設(shè)置為3m，開孔泥漿比重1.35，填石深度范圍內(nèi)遞減1.28，進(jìn)行填石路基成孔施工。通過分析已施工的兩根橋臺樁基成孔數(shù)據(jù)，填石路基14m范圍內(nèi)平均耗時76h，漏漿量4.8m3，僅發(fā)生1次約1.5m3的塌孔。成孔過程控制效果較好。

5.5 塌孔漏漿防治措施

5.5.1 塌孔防治

群樁務(wù)必跳孔施工，成孔過程中隨時關(guān)注泥漿液面的變化，如果出現(xiàn)泥漿液面突然升高，漿液大量溢出后隨即降低，很可能已經(jīng)塌孔。此時應(yīng)立即將鉆頭提起，向孔內(nèi)拋填小石塊和粘土塊，直至高出推斷或?qū)崪y塌孔位置以上1m～2m，靜置10min后反復(fù)沖擊使其形成護(hù)壁。

5.5.2 漏漿防治

護(hù)筒埋設(shè)過程中，上下孔口應(yīng)選用粘結(jié)性較好的黃泥進(jìn)行填塞。開孔時低錘密擊，避免沖擊震動和鉆頭擾動破壞護(hù)壁泥皮，及時投入粘土，泥漿沒過鉆頭再加大沖程。加強成孔過程中垂直度的檢測，發(fā)現(xiàn)偏斜立即停鉆，回填厚度約20cm塊石低錘快擊找平孔底，然后正常鉆進(jìn)。

6 結(jié)語

通過分析影響填石路基上樁基沖擊鉆成孔因素，結(jié)合路基填料性質(zhì)，提出采用稀水泥砂漿加固樁基上部、適當(dāng)加大開孔泥漿比重和粘度、常規(guī)護(hù)筒埋設(shè)的填石路基樁基成孔技術(shù)。經(jīng)實際應(yīng)用，成孔速度、成孔質(zhì)量得到提高，有效降低塌孔、漏漿的風(fēng)險，在偏遠(yuǎn)山區(qū)高速公路建設(shè)時具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和借鑒意義。