關(guān)于橋梁大直徑鉆孔樁施工技術(shù)應(yīng)用

李 莉

(山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概況

某橋梁工程總長約10.136 km，按雙向八車道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)采用大直徑鉆孔樁，南、北岸分別為20根和130根。其中，北岸鉆孔樁的樁徑為3.8 m，在B13#～B47#墩與B53#～B82#墩分布，樁長分為3種，分別為105、108、111 m，均為摩擦樁，樁頂標(biāo)高相同，為-3.0 m。考慮到該橋梁鉆孔樁的樁徑與樁長都很大，故需要采用大扭矩鉆機(jī)，此次采用的是KTY-4000動(dòng)力頭鉆機(jī)，其技術(shù)性能為：①鉆孔直徑：在強(qiáng)度低于120 MPa的巖層中，鉆孔直徑為2.0～4.0 m，在強(qiáng)度低于200 MPa的巖層中，鉆孔直徑為2.0～3.5 m；②最大鉆孔深度可達(dá)130 m；③動(dòng)力頭鉆速在0～15 rpm；④動(dòng)力頭扭矩為300 kN·m；⑤鉆桿直徑和長度分別為300、3 000 mm；⑥總功率為285 kW；⑦外形尺寸為7 380 mm×7 470 mm×8 160 mm；⑧主機(jī)重量為44 t；⑨鉆具系統(tǒng)重量為130 t?，F(xiàn)以該橋梁工程為例，對(duì)其大直徑鉆孔樁施工技術(shù)進(jìn)行以下分析。

2 施工工藝

2.1 鋼護(hù)筒埋設(shè)

為起到防腐的作用，從-35.0 m標(biāo)高處開始向上設(shè)置鋼護(hù)筒，此次設(shè)置的鋼護(hù)筒為永久鋼護(hù)筒，其內(nèi)徑比樁徑大0.3 m，即4.1 m，采用Q345C型鋼板，板厚分為兩種，分別為32.0 mm和27.0 mm，到平臺(tái)的頂端鋼護(hù)筒的總長度為45 m。將整個(gè)鋼護(hù)筒分成3節(jié)均在施工現(xiàn)場制造，制造完成后運(yùn)輸?shù)绞┕の恢眠M(jìn)行焊接接長與埋設(shè)。各節(jié)護(hù)筒的起吊借助200 t履帶吊進(jìn)行，埋設(shè)采用2臺(tái)振動(dòng)打樁機(jī)進(jìn)行聯(lián)合振動(dòng)插打，期間采用平臺(tái)的鋼管樁作為導(dǎo)向，這樣能起到降低起吊高度的作用。因鋼護(hù)筒的接長對(duì)接焊引入了自動(dòng)焊，且每個(gè)工序所使用的施工方法均合理得當(dāng)，所以鋼護(hù)筒埋設(shè)整個(gè)過程都非常順利，為各墩埋設(shè)2根鋼護(hù)筒只需要36 h左右的時(shí)間，而且所有技術(shù)指標(biāo)都能達(dá)到要求。

2.2 鉆機(jī)擺放

對(duì)于鉆機(jī)現(xiàn)場擺放，需要充分考慮以下兩點(diǎn)：①鉆機(jī)的受力要和平臺(tái)結(jié)構(gòu)良好匹配，使底座的支點(diǎn)盡可能處在鋼管樁處，同時(shí)要與鉆機(jī)的移位、拆除及后續(xù)灌注施工相統(tǒng)籌，以盡可能地為施工提供方便；②將鉆機(jī)組裝到位以后，鉆機(jī)底座應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定并保持水平，同時(shí)鉆架的中心、鉆機(jī)動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)中心與鉆頭、鉆桿及樁徑的中心必須處于同一條鉛垂線，這是確?？孜粶?zhǔn)確無誤且保持順直的基礎(chǔ)。一般情況下，偏位不能超過50 mm，傾斜度不能超過1/200。

2.3 泥漿配制與技術(shù)指標(biāo)控制

泥漿利用淡水進(jìn)行配制，通過按照適當(dāng)?shù)谋壤龑?duì)PHP、膨潤土與CMC進(jìn)行混合而成，為適應(yīng)該橋梁所在地區(qū)的地質(zhì)條件，泥漿性能指標(biāo)需達(dá)到以下要求：①基漿(由膨潤土和堿混合而成)：比重應(yīng)小于1.05 g/cm3，粘度在20～22 Pa·s，含砂率應(yīng)小于0.3%，膠體率應(yīng)大于98%，失水率應(yīng)小于15 mL/30 min，泥皮厚度為1.5 mm/30 min，pH值為9～10，靜切力為2～4 Pa；②新漿(通過在基漿中添加PHP制成)：比重應(yīng)小于1.065 g/cm3，粘度在25～30 Pa·s，含砂率應(yīng)小于0.3%，膠體率為100%，失水率應(yīng)小于10 mL/30 min，泥皮厚度不超過1.0 mm/30 min，pH值為10～12，靜切力為4～6 Pa；③鉆進(jìn)泥漿(由新漿和鉆屑混合而成)：比重應(yīng)小于1.20 g/cm3，粘度在25～30 Pa·s，含砂率應(yīng)小于10.0%，膠體率為96%，失水率應(yīng)小于18 mL/30 min，泥皮厚度為2.0 mm/30 min，pH值為7.5～9，靜切力為3～5 Pa；④回流泥漿(即鉆進(jìn)泥漿通過凈化或補(bǔ)充新漿后得到的泥漿)：比重應(yīng)小于1.15 g/cm3，粘度在19～25 Pa·s，含砂率為0.5%～2.0%，膠體率為98%，失水率應(yīng)小于15 mL/30 min，泥皮厚度為1.5 mm/30 min，pH值為7.5～9，靜切力為3～5 Pa；⑤清孔泥漿(即回流泥漿和新漿的混合)：比重在1.06～1.13 g/cm3，粘度在17～22 Pa·s，含砂率不超過0.50%，膠體率為98%，失水率應(yīng)小于10 mL/30 min，泥皮厚度應(yīng)小于1.0 mm/30 min，pH值為7.5～9，靜切力為3～5 Pa；⑥當(dāng)泥漿達(dá)到以下指標(biāo)時(shí)，需棄用：比重大于1.3 g/cm3，粘度超過42 Pa·s，含砂率超過10%，膠體率小于90%，失水率大于25 mL/30 min，泥皮厚度超過5 mm/30 min，pH值小于7或大于14，靜切力小于1 Pa。

2.4 鉆進(jìn)成孔

根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件，為每臺(tái)鉆機(jī)均配備了籠式刮刀鉆頭，并準(zhǔn)備滾刀牙輪鉆作為備用，鉆進(jìn)參數(shù)由于地層的不同而有所不同，具體為：在砂層時(shí)，鉆壓按150～200 kN控制，轉(zhuǎn)數(shù)為3～4 rpm，進(jìn)尺速度為2～3 m/h；在礫砂層時(shí)，鉆壓按200～300 kN控制，轉(zhuǎn)數(shù)為4～5 rpm，進(jìn)度速度為0.5～1.5 m/h；對(duì)于鋼護(hù)筒底部端口處的地層，鉆壓應(yīng)小于150 kN，轉(zhuǎn)數(shù)為3～4 rpm，進(jìn)尺速度為0.5～1.0 m/h；在黏土層時(shí)，鉆壓應(yīng)小于250 kN，轉(zhuǎn)數(shù)為5～7 rpm，進(jìn)尺速度為0.15～0.40 m/h；在風(fēng)化巖層時(shí)，鉆壓按400～600 kN控制，轉(zhuǎn)數(shù)為5～6 rpm，進(jìn)尺速度為0.10～0.25 m/h。鉆進(jìn)成孔時(shí)必須嚴(yán)格按照以上參數(shù)進(jìn)行控制。經(jīng)施工實(shí)踐可知，以上鉆進(jìn)參數(shù)和所有技術(shù)指標(biāo)都與工程實(shí)際情況相符，在15～18 d周期內(nèi)完成成孔。鉆孔完成且經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)合格后，應(yīng)盡快開始清孔，清孔的方法為換漿法，并借助彎頭細(xì)泥濘機(jī)，使孔底沉渣厚度達(dá)到要求。

2.5 鋼筋籠制安

鋼筋籠的安裝應(yīng)達(dá)到鉆孔底部，其總重量為82 t，為了使鋼筋籠保持穩(wěn)定，在鋼筋籠制作過程中需按照3 m的間隔距離設(shè)置環(huán)形加強(qiáng)箍，采用角鋼通過彎制而成，并為每個(gè)鋼筋籠均配備足夠的壓漿管與探測管。所有鋼筋籠均在現(xiàn)場通過臺(tái)座的設(shè)置進(jìn)行生產(chǎn)，由于長度過大，所以按12.0 m長進(jìn)行分節(jié)，并采用直螺紋進(jìn)行連接。將鋼筋籠吊放到孔內(nèi)后，于孔口處采用型鋼平臺(tái)將其拉住，以免鋼筋籠在后續(xù)的施工中發(fā)生下沉或上浮。

2.6 混凝土灌注

樁身采用強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土，摻加適量防腐外加劑，考慮到基樁的樁徑與樁長都很大，單根基樁的灌注量就可以達(dá)到1 300 m3，故必須做好混凝土拌和工作，本次采用2個(gè)生產(chǎn)能力不低于180 m3/h的拌和站，以滿足樁身連續(xù)灌注要求。在拌和站拌和完成的混凝土采用攪拌車通過棧橋盡快運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，然后卸料至輸送泵當(dāng)中，經(jīng)由漏斗及溜槽連續(xù)輸送至導(dǎo)管中進(jìn)行灌注。采用這樣的方式，可滿足首灌不低于40 m3的要求。灌注時(shí)使用的導(dǎo)管在第一次埋設(shè)過程中，埋深需達(dá)到3.0 m，中間則可以按照6～10 m控制。導(dǎo)管在每次使用之前都要進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)，包括壓力試驗(yàn)與水密試驗(yàn)?；炷恋墓嘧r(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制在13 h以內(nèi)。

3 問題防范與處理

考慮到本次大直徑鉆孔樁的施工環(huán)境比較惡劣，且地質(zhì)條件復(fù)雜，故在施工開始前應(yīng)針對(duì)所有可能產(chǎn)生的問題進(jìn)行深入分析，然后采取有效措施加以防范。實(shí)際施工中，通過科學(xué)的調(diào)度與嚴(yán)格的防控，發(fā)生了以下幾個(gè)問題，但都得到了有效解決。

1)包鉆。在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中，稍不注意就有可能發(fā)生包鉆。對(duì)此，施工中應(yīng)適當(dāng)增加泥漿的實(shí)際循環(huán)量，并使用比重相對(duì)較低且粘度較小的泥漿，同時(shí)借助吸泥機(jī)及時(shí)將大塊黏土吸出；若黏土將鉆頭完全包死，則需要將鉆頭從鉆孔中提出，將包裹在鉆頭上的土塊徹底清除，然后再繼續(xù)下鉆。

2)漏漿。這一問題多產(chǎn)生于護(hù)筒底部端口-35.0 m附近，當(dāng)漏漿情況嚴(yán)重時(shí)，鉆孔中的泥漿會(huì)伴隨江水的起落而大幅起伏。針對(duì)這一問題，可通過對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行接高并回填黃黏土的方法來解決。

3)堵管。樁身灌注過程中導(dǎo)致堵管的原因包括：導(dǎo)管損壞、導(dǎo)管和孔底之間的距離過小、二次清孔結(jié)束后等待時(shí)間過長、隔水栓的設(shè)置不合理、混凝土存在質(zhì)量問題或灌注時(shí)導(dǎo)管埋深過大。為防止堵管現(xiàn)象的發(fā)生，施工中注意以下幾點(diǎn)：導(dǎo)管安裝前由專人進(jìn)行檢查，確定是否存在損傷與破裂；外觀檢查合格的導(dǎo)管，在使用前還要進(jìn)行各類試驗(yàn)，如抗拉拔試驗(yàn)與水密承壓試驗(yàn)。在水密試驗(yàn)過程中，水壓應(yīng)達(dá)到孔內(nèi)水壓1.3倍以上；導(dǎo)管底部和鉆孔底部之間的距離應(yīng)控制在300～500 mm，當(dāng)出灌量足夠時(shí)，可取較大值；嚴(yán)格按照要求制作和安裝隔水栓，隔水栓的橢圓度與直徑都應(yīng)達(dá)到要求，同時(shí)長度不能超過200 mm；在二次清孔結(jié)束后，盡快開始灌注，若因故無法立即施工，需在施工前再次清孔。

4)鋼筋籠上浮。樁身灌注過程中導(dǎo)致鋼筋籠上浮的原因包括：混凝土初凝或終凝時(shí)間過短，導(dǎo)致孔內(nèi)混凝土提前硬化結(jié)塊，伴隨孔內(nèi)混凝土液面不斷上升，將鋼筋籠托起；清孔過程中孔內(nèi)存在大量懸浮砂粒，導(dǎo)致灌注時(shí)砂粒發(fā)生回沉，形成砂層，伴隨混凝土液面不斷升高，導(dǎo)致鋼筋籠的底部被托起；將混凝土灌注到鋼筋籠的底部時(shí)，因灌注的速度過快，導(dǎo)致鋼筋籠發(fā)生上浮。為避免這一問題的發(fā)生，不僅要保證灌注用混凝土的質(zhì)量和做好清孔，在將混凝土灌注到與鋼筋骨架底部還有1 m的距離時(shí)，需減慢灌注速度；同時(shí)在混凝土液面到達(dá)鋼筋籠底部上方4 m的位置后，開始適當(dāng)提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管的底部比鋼筋籠的底部高至少2 m，之后方可將灌注速度恢復(fù)至正常值。

5)樁身強(qiáng)度不足或離析。導(dǎo)致這一問題發(fā)生的原因包括：施工時(shí)對(duì)混合料配合比沒有進(jìn)行嚴(yán)格的控制、混凝土攪拌不充分或水泥存在質(zhì)量問題。對(duì)此，為避免這一問題的發(fā)生，首先要嚴(yán)格把關(guān)水泥質(zhì)量，并對(duì)混凝土配合比進(jìn)行嚴(yán)格控制，按照要求的時(shí)間進(jìn)行攪拌，保證混凝土和易性。

6)樁身夾渣或斷樁。導(dǎo)致這一問題發(fā)生的原因包括：混凝土的初灌數(shù)量不足，導(dǎo)致導(dǎo)管埋深較淺或根本無法進(jìn)入到初灌的混凝土當(dāng)中；灌注時(shí)對(duì)導(dǎo)管提升長度的控制不準(zhǔn)確，將導(dǎo)管從混凝土中拔出；灌注所用混凝土的初凝時(shí)間或終凝時(shí)間過短，或灌注持續(xù)了太長的時(shí)間，導(dǎo)致上部混凝土硬化結(jié)塊；清孔過程中孔內(nèi)存在大量砂粒，灌注時(shí)這些砂粒發(fā)生回沉，產(chǎn)生砂層，不僅影響混凝土液面上升，而且如果混凝土將砂層沖破，則砂?；蚋≡鼘⑦M(jìn)入到混凝土當(dāng)中，導(dǎo)致混凝土硬化后產(chǎn)生斷樁。對(duì)此，首先要對(duì)導(dǎo)管埋深予以嚴(yán)格控制，一般不能超過2～6 m，同時(shí)根據(jù)理論灌入量通過計(jì)算確定孔內(nèi)混凝土液面高度，由此對(duì)導(dǎo)管提升長度進(jìn)行控制，保證導(dǎo)管埋深始終不低于2 m。另外，灌注施工持續(xù)時(shí)間不能超過初凝時(shí)間的1.5倍。

7)樁頂不密實(shí)或強(qiáng)度無法達(dá)到要求。導(dǎo)致這一問題發(fā)生的主要原因?yàn)槌喔叨炔蛔?、浮漿過多或?qū)變?nèi)混凝土液面高度的測定不準(zhǔn)確。因此，當(dāng)樁徑小于1 000 mm時(shí)，超灌高度要達(dá)到樁長4%以上；而當(dāng)樁徑大于1 000 mm時(shí)，超灌高度需達(dá)到樁長5%以上。另外，在樁頂10 m范圍內(nèi)灌注的混凝土，需對(duì)其配合比做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如通過增加碎石的含量來控制浮漿數(shù)量。在樁身灌注到達(dá)最后階段時(shí)，應(yīng)采用硬桿筒式取樣法對(duì)孔內(nèi)混凝土液面的實(shí)際高度進(jìn)行測定，以保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

8)灌注因故中斷。導(dǎo)致灌注中斷的原因有很多，若采取應(yīng)急措施后依然無法恢復(fù)，則需采取下列方法處理：剛開灌不久時(shí)，因孔內(nèi)的混凝土數(shù)量還比較少，所以可將導(dǎo)管去除，并吊起鋼筋籠，再通過重新鉆孔到達(dá)原孔底，吊放鋼筋籠并清孔，重新開始灌注施工；將導(dǎo)管快速取出，并清理導(dǎo)管中殘留的混凝土，對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，重新對(duì)導(dǎo)管與隔水栓進(jìn)行安裝，然后按照標(biāo)準(zhǔn)方法開始灌注；拔除鋼筋籠，在灌注的混凝土實(shí)際強(qiáng)度不低于C15時(shí)，用同等級(jí)別的鉆頭重新進(jìn)行鉆孔，同時(shí)將之前灌注時(shí)產(chǎn)生的浮漿清理干凈，之后用500 mm鉆頭沿樁中心垂直向下鉆進(jìn)300～500 mm深，以此完成接口處理，最后按照標(biāo)準(zhǔn)程序繼續(xù)灌注即可。

4 結(jié) 論

該橋梁大直徑鉆孔樁施工現(xiàn)已完成70根，其中對(duì)65根進(jìn)行了無損檢測，檢測結(jié)果表明均達(dá)到I類樁標(biāo)準(zhǔn)。從當(dāng)前的實(shí)際情況看，基樁施工進(jìn)展十分順利，印證了以上施工工藝方法的合理性與可行性。然而，大直徑鉆孔樁仍存在臨時(shí)設(shè)施數(shù)量較多、安全風(fēng)險(xiǎn)大和施工難度高的特點(diǎn)，還需要通過不斷的實(shí)踐來進(jìn)一步總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，從而為今后其他工程的施工提供技術(shù)參考。

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