深厚淤泥質(zhì)黏土層超長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)探析

鄒森，楊楠，吳繼兵 （中國(guó)建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 200125）

近年來，在橋梁的基礎(chǔ)工程中，鉆孔灌注樁的使用已經(jīng)成為一種十分普遍的方式[1]，橋梁跨徑及結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，解決深厚淤泥質(zhì)黏土層超長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)問題迫在眉睫[2～5]。阜陽102 省道潁河特大橋由中建八局上海分公司承建，其主橋?yàn)椋?00+160+100）m 矮塔斜拉橋，26#、27#主墩基礎(chǔ)均采用20 根鉆孔灌注樁布設(shè)，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)92m，樁徑2.0m，鉆孔深度為103m，樁基礎(chǔ)處于深厚淤泥質(zhì)黏土層特殊地質(zhì)條件，屬于超百米長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁。深厚淤泥質(zhì)黏土層超長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁面臨施工成本和工期控制、超深鉆孔的塌孔和縮頸控制、鉆孔和樁體垂直精度控制、灌注樁成樁質(zhì)量控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)亟待解決，為規(guī)范施工、促進(jìn)企業(yè)技術(shù)發(fā)展，依托潁河特大橋主墩樁基工程項(xiàng)目編制深厚淤泥質(zhì)黏土層超長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)方案，并應(yīng)用于工程實(shí)踐，效益顯著，為類似工程提供施工參考。

1 施工技術(shù)特點(diǎn)

1.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

①鉆孔樁施工平臺(tái)采用筑島圍堰，取代常規(guī)鋼平臺(tái)，節(jié)省造價(jià)；

②為防止坍孔，采用加長(zhǎng)鋼護(hù)筒插入河床，通過引孔能避免河中水質(zhì)污染，有利生態(tài)環(huán)境保護(hù)；

③成孔采用大功率鉆機(jī)及優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，并及時(shí)檢測(cè)成孔各項(xiàng)指標(biāo)，確保淤泥質(zhì)黏土層特殊地層成樁質(zhì)量；

④采用剝肋直螺紋套筒連接鋼筋，設(shè)計(jì)專用定位架定位鋼筋籠，提高定位精度。

1.2 適用地層范圍

適用于地質(zhì)條件以深厚淤泥質(zhì)黏土層、深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、深厚黏土層等黏性土層為主的大型橋梁工程超長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁施工。

1.3 施工技術(shù)流程

筑島圍堰及鉆孔灌注樁施工工藝流程如下圖所示。

施工流程圖

2 施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 施工準(zhǔn)備

2.1.1確定圍堰尺寸

根據(jù)工程概況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查，26#、27#主墩采用筑島圍堰法施工，設(shè)計(jì)筑島頂部尺寸33.2m×23.2m。

2.1.2圍堰填筑材料及要求

圍堰主要填料為黏性土，為避免水流對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖刷影響，在河流上游方向距離圍巖2m 處向下游呈扇形逐層填筑。為保證圍堰邊坡的穩(wěn)定，圍堰的坡面覆蓋彩條布，在迎水一側(cè)坡面鋪滿2層土袋，而背水一側(cè)采用1層土袋進(jìn)行壓實(shí)即可。施工過程中要保證圍堰邊坡始終處于土袋壓實(shí)中。

為滿足重載車通行要求，在圍堰頂層鋪設(shè)50cm 道渣并且碾壓平整，背水一側(cè)圍堰邊坡坡率設(shè)計(jì)為1:0.7，迎水側(cè)邊坡坡率設(shè)計(jì)為1:1.2，筑島圍堰頂部一般高出河岸高程0.5m。設(shè)計(jì)此橋26#墩筑島頂面標(biāo)高為32.5m，27#墩筑島頂面標(biāo)高為30.5m。

2.2 筑島圍堰施工要點(diǎn)

2.2.1現(xiàn)場(chǎng)勘探

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)勘測(cè)，掌握現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料，同時(shí)備好施工設(shè)備及所需材料。

2.2.2測(cè)量放樣

根據(jù)筑島圍堰設(shè)計(jì)資料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，確定筑島圍堰位置。

2.2.3筑島填筑

從上游向下游呈扇形逐層填筑，首層填筑高于河面50cm。在筑島的最外側(cè)用彩條布覆蓋，并沿著圍堰坡面下邊緣用土袋壓實(shí)，防止土層被河水沖刷流失，隨后開始二次填筑，填筑高度均在50cm以內(nèi)，并且分層壓實(shí)。

2.2.4鋪設(shè)道渣

為保證重載車輛通行，在筑島圍堰頂部鋪設(shè)50cm厚的道渣，并平整壓實(shí)。

2.3 筑島平臺(tái)防護(hù)欄桿設(shè)置

因筑島作業(yè)平臺(tái)三面臨水，需按要求架設(shè)防護(hù)欄桿。

①防護(hù)欄桿距平臺(tái)外沿25cm 設(shè)置，立桿需插入地面以下70cm，外露高度不低于1.2m。

②防護(hù)欄桿應(yīng)設(shè)掃地桿、中橫桿、上橫桿3 道橫桿，離地高度分別為0.1m、0.6m、1.2m。

③防護(hù)欄桿應(yīng)設(shè)置封閉的安全鐵絲網(wǎng)以及寬18cm、厚1.5cm 的擋腳板，且必須與欄桿牢固連接。

④防護(hù)欄桿上應(yīng)涂刷紅白相間油漆，達(dá)到醒目效果。

2.4 筑島圍堰防撞措施

為確保特大橋施工通航安全，筑島搭建后，通航凈寬度縮小到116.08m，滿足潁河三級(jí)航道通航要求。同時(shí)在筑島施工期間，依據(jù)《內(nèi)河助航標(biāo)志》(GB 5863-1993)規(guī)范要求，應(yīng)設(shè)置必要的安全警示標(biāo)志。

2.4.1鳴笛標(biāo)

鳴笛標(biāo)尺寸按《內(nèi)河助航標(biāo)志及外形尺寸》(GB 5863-1993)規(guī)范執(zhí)行。在該橋址上游400m處、下游200m處各設(shè)置鳴笛標(biāo)一座，指示船舶通過橋區(qū)時(shí)鳴笛。

2.4.2圍堰警示燈

在筑島圍堰順?biāo)畟?cè)護(hù)欄上設(shè)置紅色警示燈4 盞，迎水側(cè)設(shè)置1 盞，防止船舶夜間誤撞圍堰。

2.5 超長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

2.5.1 采用小鉆機(jī)引孔進(jìn)行加長(zhǎng)鋼護(hù)筒埋設(shè)施工

主墩樁基施工采用填土筑島圍堰作為鉆孔平臺(tái)，為防止鉆孔過程中塌孔，定制了10m 加長(zhǎng)鋼護(hù)筒，使護(hù)筒底端能夠插進(jìn)河床。由于圍堰為新填土，且潁河為水源保護(hù)區(qū)，大功率振動(dòng)錘不適用，因此，采用小鉆機(jī)引孔，埋設(shè)加長(zhǎng)鋼護(hù)筒。

鉆機(jī)引孔選用鉆頭為1800mm，引孔至9.5m，開始埋壓長(zhǎng)護(hù)筒。通過精準(zhǔn)定位對(duì)中，靠鋼護(hù)筒的自重下沉一部分深度，測(cè)量護(hù)筒的垂直度，直至護(hù)筒埋設(shè)到位，然后對(duì)護(hù)筒口周邊進(jìn)行加固，重新檢測(cè)護(hù)筒平面位置，確保按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆孔。

2.5.2鉆機(jī)選型

由于本工程鉆孔灌注樁從平臺(tái)至孔底深達(dá)103m，選用提升能力較強(qiáng)的GF-350大型反循環(huán)鉆機(jī)。

2.5.3泥漿制備及泥漿循環(huán)

①泥漿制備及性能要求

根據(jù)本項(xiàng)目地勘資料，在26#、27#主墩樁基位置的土層是由淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、黏土組成的，深度較厚，且所鉆孔大而深，因此在鉆孔中護(hù)壁泥漿及泥漿指標(biāo)控制十分重要。在實(shí)際工程中采用低固相、不分散且高黏度的膨潤(rùn)土制備泥漿，效果良好。

②泥漿循環(huán)

每臺(tái)鉆機(jī)設(shè)一個(gè)泥漿池和一個(gè)沉淀池，沉淀池容積不小于100m3，滿足灌注過程中泥漿置換要求。泥漿池與沉淀池設(shè)置位置距離河岸邊必須大于20m，且做好防滲處理，防止泥漿滲漏造成河道污染。

2.5.4鉆機(jī)安裝

鉆機(jī)就位時(shí)必須保證平正、穩(wěn)固，保證不出現(xiàn)傾斜、移位情況。在開鉆前，確保鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤、鉆頭、天車及樁中心線在同一垂線上，并經(jīng)專業(yè)工程師檢查驗(yàn)收后方可鉆孔。

2.5.5鉆進(jìn)成孔

成孔過程分以下三個(gè)階段。

第一階段為護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)階段。鉆孔初期應(yīng)慢速鉆進(jìn)，保證慢速輕壓、平穩(wěn)推進(jìn)，當(dāng)鉆頭或者導(dǎo)向部位均進(jìn)入地層后，為防止黏土糊鉆，需提速鉆進(jìn)；當(dāng)鉆頭鉆入軟硬變換地層時(shí)，需輕壓慢轉(zhuǎn)，每小時(shí)進(jìn)尺控制在3m～4m。

第二階段為土層內(nèi)鉆進(jìn)階段。在距離護(hù)筒底端上部2m 處，需慢速鉆進(jìn)，進(jìn)尺應(yīng)控制在每小時(shí)0.5m 左右，從而形成穩(wěn)定的孔壁；超過護(hù)筒底端5m 后，進(jìn)尺可提升至每小時(shí)2m～3m，穿過深厚淤泥質(zhì)黏土層后，進(jìn)尺可控制在每小時(shí)3m左右；整個(gè)鉆進(jìn)過程中，護(hù)筒內(nèi)水位應(yīng)始終高于河道最高水位1.5m～2.0m。

第三階段為清孔階段。當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將鉆頭提至距離孔底10cm～20cm 位置空轉(zhuǎn)，將純泥漿壓入孔內(nèi)，用以置換出浮碴。清孔前，應(yīng)檢查孔深及孔徑是否符合要求，成孔后采用自動(dòng)成孔檢測(cè)儀對(duì)樁長(zhǎng)、樁徑及沉渣厚度進(jìn)行檢測(cè)，合格后下放接長(zhǎng)鋼筋籠。

2.5.6成樁施工

①鋼筋籠制作

鋼筋籠采用全自動(dòng)鋼筋籠滾焊機(jī)在加工廠集中加工。主筋通過剝肋直螺紋套筒進(jìn)行連接，且每個(gè)斷面接頭數(shù)量≤50%，相臨接頭斷面間距≤1.5m。為進(jìn)行樁基無損檢測(cè)，提前將聲測(cè)管固定于主筋上，且其接頭盡量與主筋接頭錯(cuò)開。為保證鋼筋籠在灌注混凝土?xí)r無上浮，應(yīng)將其固定于專用定位架上。

②二次清孔

若成孔內(nèi)的沉渣厚度與泥漿指標(biāo)超過允許值，應(yīng)通過氣舉式清空方式進(jìn)行二次清孔。

③水下灌注混凝土

a.混凝土制備

制備混凝土所需的水泥、砂子、碎石等原材料均需有出廠合格證書且通過試驗(yàn)檢驗(yàn)。按混凝土的配合比設(shè)計(jì)添加高效緩凝型減水劑，制備C30混凝土，所需材料數(shù)量需監(jiān)理工程師審批后才可使用。

b.水下混凝土澆注

灌注水下混凝土所使用的導(dǎo)管直徑為300mm，每節(jié)長(zhǎng)3.0m，底管4.0m，以及1～2 節(jié)1.0m 和0.5m 的 調(diào) 整 管，共110m，且需將導(dǎo)管進(jìn)行編號(hào)，組裝完成后，應(yīng)測(cè)導(dǎo)管的實(shí)際長(zhǎng)度。

在灌注水下混凝土前，應(yīng)檢查導(dǎo)管是否存在變形、漏氣以及漏水的情況，并且檢查兩根導(dǎo)管的連接部分是否牢固。定期需要對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行水密性試驗(yàn)，試水壓力設(shè)置為0.8MPa，導(dǎo)管之間需采用橡膠密封圈進(jìn)行連接。應(yīng)按編號(hào)將導(dǎo)管進(jìn)行下放，需將其單個(gè)長(zhǎng)度及下放的總長(zhǎng)度做好記錄，首次封底混凝土導(dǎo)管埋置深度大于1.0m，灌筑混凝土?xí)r埋置深度控制在2m～6m。

在灌注混凝土之前，混凝土與泥漿之間需要用料斗的底端部位的隔離閥進(jìn)行隔離。將鋼絲繩拴在隔離閥的頂部使其與吊車掛鉤相連。等到混凝土裝滿料斗后，吊車將隔離閥吊起，可使混凝土沿著導(dǎo)管一次性灌入孔內(nèi)，第一次灌注的混凝土量需要保證導(dǎo)管底部的埋深≥1.0m。

灌注混凝土在開始后，不可中斷，應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，并且始終保證導(dǎo)管的埋深在2m～6m 內(nèi)，以確保拆卸導(dǎo)管后其埋深滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。在混凝土灌注接近尾聲時(shí)，應(yīng)對(duì)混凝土灌入數(shù)量進(jìn)行校核，以檢驗(yàn)所測(cè)量的混凝土高度的準(zhǔn)確性，在確定混凝土頂面標(biāo)高達(dá)到要求后，應(yīng)立即停止灌注，并及時(shí)拆除進(jìn)行灌注的導(dǎo)管。此時(shí)混凝土面應(yīng)高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.8 m ～1.0m，進(jìn)而保證樁頭位置混凝土的質(zhì)量。

2.5.7樁基檢測(cè)

混凝土灌注的頂面應(yīng)高于設(shè)計(jì)樁頂0.8m～1.0m，從而保證混凝土的強(qiáng)度。若超出設(shè)計(jì)標(biāo)高，應(yīng)將高出部分鑿除，鑿樁頭時(shí)應(yīng)防止損壞樁身，樁頭應(yīng)無松散層。最后需對(duì)樁基進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，合格后即可進(jìn)入下道工序。

3 結(jié)語

本文利用筑島圍堰取代常規(guī)大噸位鋼平臺(tái)、引孔埋設(shè)加長(zhǎng)鋼護(hù)筒、大功率鉆機(jī)成孔及優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁、專用定位架定位鋼筋籠、成孔檢測(cè)儀測(cè)定指標(biāo)等一系列措施，解決了深厚淤泥質(zhì)黏土層超長(zhǎng)大直徑樁基高效率施工關(guān)鍵技術(shù)問題，保證了成樁質(zhì)量，該方法對(duì)于近水橋梁樁基礎(chǔ)乃至建筑工程深厚軟土樁基礎(chǔ)施工，均具有推廣和借鑒意義。該施工技術(shù)成本低、可操作性強(qiáng)、容易掌握且綠色環(huán)保，能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。