海灣灘涂區(qū)大直徑鉆孔灌注樁成孔探究

文 / 中交四航局總承包分公司 葉瑞玉 韓志文

228國道蒼南龍沙至岱嶺段赤溪港特大橋，橋梁樁基大部分位于海灣灘涂區(qū)，樁基清孔施工受潮汐影響明顯，潮汐沖刷作用較強(qiáng)烈，泥漿護(hù)壁容易受擾動，造成泥漿含砂率指標(biāo)偏高，無法進(jìn)行下步工序施工，影響施工進(jìn)度及質(zhì)量。本文通過對水文地質(zhì)條件、施工記錄、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、成孔檢測結(jié)果等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析,總結(jié)了海灣灘涂區(qū)水文地質(zhì)復(fù)雜的條件下大直徑鉆孔灌注樁清孔過程對成孔質(zhì)量的影響,介紹了采取的改進(jìn)措施及效果,為類似工程施工提供一些借鑒和參考。

前言

在海灣地區(qū)橋梁樁基施工中采用大直徑鉆孔灌注樁時，由于水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，土層物理力學(xué)指標(biāo)差異較大，因而成孔質(zhì)量不容易保證，其中清孔工藝的控制對成孔質(zhì)量的影響至關(guān)重要。

工程概況

工程簡介

228國道蒼南龍沙至岱嶺段工程位于溫州市蒼南縣，全長約26.845km，其中赤溪港特大橋共有樁基礎(chǔ)112根，按照受力形式劃分為摩擦樁和端承樁，樁徑為2.0m、2.5m，樁長為11.69m～50.4m不等，其中2#～25#墩位于海灣灘涂內(nèi)，1#墩、26～30#墩均位于陸上。

地質(zhì)概況

赤溪港特大橋兩側(cè)橋頭位于丘陵區(qū)，其余樁基大部分位于海灣灘涂區(qū)，低潮水位時灘涂出露，漲潮時為海水淹沒，根據(jù)海洋水文站長期的實(shí)測統(tǒng)計，最高潮位4.45m，最低潮位出露灘涂面，平均潮位2.37m，平均海面0.20m，平均漲潮歷時6h02min，平均落潮歷時，6h24min，水位受潮汐影響明顯，潮汐沖刷作用較強(qiáng)烈。橋址地下水類型以松散巖類孔隙潛水、孔隙微承壓水和基巖裂隙水為主 ，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。灘涂上部分海積淤泥、淤泥質(zhì)黏土，厚度10m～19m；其下分布第四系沖海積、海積及沖積成因的圓礫、卵石及粉質(zhì)黏土等，總厚度16m～25m；以下為洪坡積含碎石粉質(zhì)黏土、碎塊石及粉質(zhì)黏土夾層等，厚度大于15m；下伏全-微風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。兩岸斜坡分布?xì)埰路e粉質(zhì)黏土、含黏性土碎石，厚度2m～3m，局部為填土，厚約1.0m，下伏全-微風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。全風(fēng)化巖局部分布，強(qiáng)風(fēng)化巖較破碎；中-微風(fēng)化基巖青灰色，堅硬，較完整，物理力學(xué)性質(zhì)良好。

主要施工工藝

護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒采用14mm厚Q235鋼板卷制而成，內(nèi)徑2.7m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)3m，首根樁鋼護(hù)筒標(biāo)高7.24m，下放長度達(dá)到18m（入土深度10.76m），完全穿透淤泥層，保證垂直度在0.5%以內(nèi)。

成孔

采用沖擊成孔方法，沖程控制在0.8m左右，采用膨潤土加纖維素配置的優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，施工過程隨時對泥漿比重進(jìn)行抽查。

鋼筋籠制作及吊裝

鋼筋籠分節(jié)制作、運(yùn)輸,采用五點(diǎn)抬吊、分節(jié)下籠、節(jié)段間機(jī)械連接的方法安裝。

清孔

采用泥漿正循環(huán)法清孔。成孔后進(jìn)行一次清孔,鋼筋籠吊裝、導(dǎo)管下放后進(jìn)行二次清孔。清孔泥漿通過泥砂分離器完成砂泥凈化后,進(jìn)行置換泥漿清孔、清渣。

混凝土澆筑

采用導(dǎo)管水下灌注法澆筑水下混凝土。

樁基成孔檢測結(jié)果及質(zhì)量問題分析

樁基成孔檢測結(jié)果

對前期成孔的5根樁采用成孔檢測儀進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果顯示均出現(xiàn)局部擴(kuò)孔較大現(xiàn)象，且孔底成渣厚度均大于5cm。根據(jù)成孔檢測報告分析,各樁可能因清孔時間過長導(dǎo)致出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。各孔成孔檢測結(jié)果及清孔時間如表1所示。

表1 樁基成孔檢測結(jié)果及清孔時間統(tǒng)計表

清孔時間較長不僅會對施工工期產(chǎn)生影響，更會對成孔質(zhì)量產(chǎn)生影響，并進(jìn)一步影響到樁基成樁質(zhì)量，因此有必要采取有效措施改進(jìn)清孔施工工藝，提高清孔速度，加快樁基施工進(jìn)度。

質(zhì)量問題分析

根據(jù)對樁基成孔檢測結(jié)果、地質(zhì)情況及施工原始記錄等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析,泥漿質(zhì)量、沖孔過程等均符合設(shè)計及規(guī)范要求,質(zhì)量缺陷的出現(xiàn)主要有以下幾方面可能的原因:

1.地質(zhì)條件: 樁身穿越地層自上而下分別為淤泥、卵石/圓礫、粉質(zhì)黏土、卵石、黏土、卵石/圓礫、全風(fēng)化晶屑熔接凝灰?guī)r、中風(fēng)化晶屑熔接凝灰?guī)r。根據(jù)樁基成孔檢測報告結(jié)果顯示,5根樁中,多數(shù)樁身成孔缺陷部位處于卵石層或卵石層與其它地層交界處。排除潮汐影響、混凝土質(zhì)量及導(dǎo)管質(zhì)量、拆管及回插方面的原因后，卵石層塌孔而造成夾泥(砂)或氣泡是導(dǎo)致質(zhì)量缺陷的直接原因。

2.成孔工藝:沖孔速度較慢，時間較長，可排除因沖孔速度過快或錘擊引起的振動造成的卵石層局部塌孔。

3.清孔工藝:本次成孔檢測5根樁清孔時間最短6天,最長13天。本批樁基施工二清均采用正循環(huán)清孔,清孔效率較低，且由于泥漿分離器功率較小，分離砂礫的效果較差，含砂率較難控制，為減少比重較大砂礫回落,且保證沉渣厚度達(dá)到設(shè)計要求, 必須反復(fù)循環(huán)清孔；清孔時間長,影響孔壁穩(wěn)定,造成卵石層局部塌孔的可能性較大。

4.鋼筋籠下放:鋼筋籠吊裝下放時,鋼筋籠不居中可能造成保護(hù)層墊塊刮蹭孔壁,泥團(tuán)粘附在鋼筋籠上,導(dǎo)致樁身出現(xiàn)夾泥現(xiàn)象。

質(zhì)量改進(jìn)措施及效果

質(zhì)量改進(jìn)措施

針對前期施工出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,提出以下改進(jìn)措施:

1.泥漿質(zhì)量控制:在卵石層段加大泥漿比重,泥漿比重控制在1.20～1.25g/cm3,以增加泥漿的粘度和降低含砂率,使泥漿所產(chǎn)生的液柱壓力可以平衡地下水壓力,并對孔壁有一定的側(cè)壓力, 成為孔壁的一種液態(tài)支撐,從而起到防止塌孔、保護(hù)孔壁的作用。

2.更換大功率泥漿分離器:清孔采用大功率泥漿分離器以提高泥砂分離效果，避免比重較大砂礫回落，有效降低含砂率，減少反復(fù)循環(huán)清孔次數(shù)，從而大大縮短清孔時間。

3.針對成孔后0.5h內(nèi)，樁底沉渣厚度達(dá)到30cn以上的樁基采用氣舉反循環(huán)清孔工藝:氣舉反循環(huán)清孔工藝是利用空壓機(jī)的壓縮空氣,通過安裝在導(dǎo)管內(nèi)的風(fēng)管送至樁孔內(nèi),高壓氣與泥漿混合,在導(dǎo)管內(nèi)形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物,漿氣混合物因其比重小而上升,在導(dǎo)管內(nèi)混合器底端形成負(fù)壓,底部的泥漿在負(fù)壓的作用下上升,并在氣壓動量的聯(lián)合作用下,不斷補(bǔ)漿,上升至混合器的泥漿與氣體形成氣漿混合物后繼續(xù)上升,從而形成流動,因?yàn)閷?dǎo)管的內(nèi)斷面積遠(yuǎn)小于導(dǎo)管外壁與樁壁間的環(huán)狀斷面積,便形成了流速、流量極大的反循環(huán),攜帶沉渣從導(dǎo)管內(nèi)反出,排出導(dǎo)管以外。該工藝操作簡單,清孔效果明顯,可有效縮短清孔時間,大幅度降低塌孔幾率。

4.鋼筋籠下放控制:鋼筋籠下放前嚴(yán)格檢查,確保鋼筋籠垂直度合格且位置居中;采用圓 盤形可轉(zhuǎn)動混凝土保護(hù)層墊塊,避免或減少下放過程中掛壁夾泥的發(fā)生。

5.加強(qiáng)工序監(jiān)督管理:加強(qiáng)技術(shù)人員對各道工序的質(zhì)量掌控和監(jiān)督,落實(shí)三級交底制度和三檢制度,保證技術(shù)方案和改進(jìn)措施的執(zhí)行落實(shí)。

質(zhì)量改進(jìn)效果

通過采取各項改進(jìn)措施,樁基成孔質(zhì)量得到明顯的提高。更換大功率泥漿分離器、針對基底沉渣厚度的樁基改進(jìn)清孔施工工藝后,有效降低了卵石層塌孔造成的樁身質(zhì)量缺陷,樁基清孔時間較改進(jìn)之前顯著減少(見表2顯示），保障了工程進(jìn)度，同時在后續(xù)的樁基超聲波檢測本橋梁已實(shí)施的21根樁基均為Ⅰ類樁。

表2 樁基工藝改進(jìn)前后清孔時間對比統(tǒng)計表

結(jié)語

在海灣灘涂區(qū)大直徑鉆孔灌注樁施工過程中,及時對成孔質(zhì)量問題進(jìn)行分析,查找原因并采取有效的調(diào)整措施,是保證施工質(zhì)量和進(jìn)度、節(jié)約成本的重要方法。因清孔時間過長導(dǎo)致卵石層坍塌，從而造成夾泥或氣泡是樁身產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的直接原因,通過更換大功率泥漿分離器、針對基底沉渣厚度較大的樁基采用氣舉反循環(huán)法進(jìn)行清孔等措施可大幅縮短清孔時間,有效減少卵石層塌孔現(xiàn)象,從而提高灌注樁施工進(jìn)度，并保障樁基施工質(zhì)量。