橋梁項目超長鉆孔灌注樁在復(fù)雜地層中的施工方案探究

陳 浪

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

鉆孔灌注樁即借助機(jī)械鉆進(jìn)行樁機(jī)掘進(jìn)，將鋼筋籠置于樁孔內(nèi)灌入混凝土從而形成灌注樁[1]。該工藝在眾多工程項目施工中廣泛應(yīng)用。眾多學(xué)者對鉆孔灌注樁相關(guān)工藝進(jìn)行了分析研究。有學(xué)者對風(fēng)化巖地基應(yīng)用大直徑長螺旋鉆孔灌注樁方案的地基承載力進(jìn)行了研究。有學(xué)者對加固區(qū)形態(tài)分布與水泥漿擴(kuò)散方式間的關(guān)系進(jìn)行了分析。還有學(xué)者利6根鉆孔灌注樁應(yīng)用抗壓樁、負(fù)摩擦樁、頂拔樁三種不同模式的剪切特性加以分析，并進(jìn)行了現(xiàn)場加載試驗。以往鉆孔灌注樁相關(guān)研究多以理論研究為主，筆者基于某橋梁樁基工程特點(diǎn)，分析了復(fù)雜地層應(yīng)用超長鉆孔灌注樁方案的可行性，并對其工藝參數(shù)、施工要點(diǎn)加以探究，旨在為指導(dǎo)現(xiàn)場施工提供了參考。

1 工程概況

某橋梁項目為四跨下承式鋼拱梁組合橋，南北側(cè)引橋分別為2 m×25 m與（30+28+32）m鋼箱梁結(jié)構(gòu)，橋梁全長407.6 m，共9跨，橋面寬度為43 m，主橋墩樁徑為1.5 m，橋墩為3~5號，其余橋墩樁徑為1.2 m，下部結(jié)構(gòu)以承臺結(jié)構(gòu)聯(lián)合鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的方式承重。樁基均為C30水下混凝土灌注樁，合計122根，最大樁徑1.5 m，最長樁46.2 m，0號墩臺與9號墩臺為20根1.0 m樁徑，3號墩、4號墩、5號墩樁徑為1.5 m，余者墩樁樁徑為1.2 m。樁位布置情況如圖1所示。

圖1 樁位布置（單位：cm）

2 鉆孔灌注樁生產(chǎn)性試驗

2.1 試驗?zāi)康?/h3>

復(fù)雜地層中，水上灌注樁鉆孔施工中，需保持pH值、泥漿黏度、相對密度、含砂率等指標(biāo)合規(guī)，樁基可正常施工[2]。

2.2 試驗位置及參數(shù)說明

試驗位置選定6號墩水中樁基作為試驗樁基，固定pH值在7.0~9.0范圍內(nèi)，泥漿相對密度1.06~1.20范圍、黏度在18~28 Pa·s范圍內(nèi)，施工中鉆孔工藝選擇沖擊成孔法，現(xiàn)場對試驗樁基進(jìn)行荷載箱式靜載檢測、高應(yīng)變檢測和聲測試驗，確保施工順利進(jìn)行。

2.3 試樁結(jié)論

靜載試驗檢測結(jié)合高低應(yīng)變檢測，證實了試驗樁樁基為I類樁基，符合規(guī)范要求，達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3 鉆孔灌注樁施工工藝

3.1 施工工藝流程

鉆孔灌注樁的施工工藝流程如圖2所示。

圖2 鉆孔灌注樁施工工藝流程

3.2 施工工序控制要點(diǎn)

（1）用全站儀對業(yè)主和設(shè)計單位提供的控制樁點(diǎn)進(jìn)行施工復(fù)測，遵循市政橋涵施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，確保內(nèi)業(yè)計算、外業(yè)測量符合標(biāo)準(zhǔn)，利用控制樁進(jìn)行平面控制網(wǎng)布設(shè)，并完成高程加密。復(fù)測后將測量結(jié)果呈交監(jiān)理工程師，核實無誤后方可進(jìn)行后續(xù)施工。

（2）以10 mm厚鋼板卷制作樁基鋼護(hù)筒，內(nèi)徑、樁徑差約為0.2 m，制備完畢后埋設(shè)岸上樁基鋼護(hù)筒（0，7，8，9號），參考地質(zhì)勘察結(jié)果，將2 m長鋼護(hù)筒埋設(shè)后，保持頂面高出地面30 cm。于測量放樣孔中心位置四周埋入保護(hù)樁，便于后續(xù)復(fù)測，采用人工配合機(jī)械開挖的方式定樁回填[4]。樁孔內(nèi)置入鋼護(hù)筒，底部以黏性土填充并壓實，外壁采用黃泥密封或用泥漿堵實，對鋼護(hù)筒下放后的樁位進(jìn)行復(fù)測，確保無誤后需保持其與頂面平高，鉆機(jī)上不得壓放重物避免影響其性能，不利于鉆機(jī)對中定位[5]。

（3）采用定制鋼護(hù)筒進(jìn)行水中樁基埋設(shè)，固定后于臨時平臺搭設(shè)后放置入水。1~6號墩樁基為水上墩，以10 mm厚鋼板卷制備而成，需保持內(nèi)徑與樁基樁徑差為0.2 m，按照2 m標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行護(hù)筒設(shè)計，每個護(hù)筒設(shè)置為2節(jié)，均為10.5 m，使其發(fā)揮永久性保護(hù)作用。鋼護(hù)筒加工完畢后，焊接內(nèi)撐，避免轉(zhuǎn)運(yùn)中變形，定位下放時將內(nèi)撐去除。保持鋼護(hù)筒加工直徑誤差在2 cm以內(nèi)，于刃腳30 cm處焊接鋼板補(bǔ)強(qiáng)，下放時，需借助導(dǎo)向架進(jìn)行水上墩樁基鋼護(hù)筒定位，導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 導(dǎo)向架示意

（4）下放鋼護(hù)筒前，借助導(dǎo)向架進(jìn)行放樣，根據(jù)測量結(jié)果將其置于施工平臺，隨后由汽車式起重機(jī)配合振動錘，完成鋼護(hù)筒下放工序，需保持鋼護(hù)筒兩節(jié)均處于同一垂直線，借助導(dǎo)向架進(jìn)行鋼護(hù)筒角度調(diào)整，避免移位，需控制鋼護(hù)筒平面偏差小于5 cm，垂直度小于5/1 000，下放完畢后，需保持護(hù)筒頂面與施工平臺平面高程差50 cm。

（5）鉆機(jī)就位后，檢查其性能是否良好，確保無異?；蚬收蟍6]。通過待測樁位定位確定鉆機(jī)位置，鉆孔前需保持鉆機(jī)穩(wěn)定，確定鉆機(jī)及鉆桿位置，保持鉆桿垂直，借助自動控制系統(tǒng)進(jìn)行校正，確保鉆機(jī)垂直后方可施工操作。

3.3 鉆進(jìn)成孔技術(shù)

3.3.1 泥漿制備

施工現(xiàn)場泥漿池容量約為鉆孔容積的1.5~2倍，底部與四周以塑料布覆蓋避免泥漿外漏，也可采用其他措施加以封閉[7]?，F(xiàn)場常用的泥漿制備設(shè)備包括水力攪拌器和泥漿攪拌機(jī)，前者多用于黏土造漿，后者常用于膨潤土造漿。

造漿完畢后，進(jìn)行性能檢測。鉆孔施工中進(jìn)行含砂率、泥漿密度等指標(biāo)檢測，將檢測數(shù)據(jù)如實填寫在泥漿試驗記錄表中，根據(jù)地質(zhì)變化進(jìn)行泥漿性能指標(biāo)的適度調(diào)整，確保性能達(dá)標(biāo)，符合施工規(guī)范。施工現(xiàn)場設(shè)置回收池進(jìn)行泥漿回收，沉淀凈化后將其輸送至儲漿池。多重工序回收處置后，并檢測合格，方可重復(fù)利用。

3.3.2 鉆進(jìn)

（1）鉆機(jī)就位后將其持平，并牢固支墊前支點(diǎn)。成孔施工操作中需對鉆機(jī)水平度及時檢測，發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)前支點(diǎn)下沉?xí)r，及時調(diào)整并將其頂起，鉆機(jī)平整且達(dá)標(biāo)后方可繼續(xù)進(jìn)鉆。

（2）鉆孔前，保持鉆頭位置居中，拉起鉆頭保持護(hù)筒頂面與其平齊，于鋼護(hù)筒護(hù)樁上綁十字線并確定樁位是否與鉆頭吻合，及時調(diào)整鉆頭避免偏差，確保鉆頭中心、基樁中心與鉆機(jī)吊繩保持一致[8]。嚴(yán)格遵循施工圖紙、技術(shù)指標(biāo)，鉆孔中采集鉆渣樣本，判斷鉆孔土層與地質(zhì)勘測結(jié)果是否保持一致。

（3）堅持“減壓鉆進(jìn)”原則，嚴(yán)格控制鉆孔施工。鉆孔樁剛進(jìn)入巖面或挺進(jìn)巖石交界處對沖程加以控制，與巖層平穩(wěn)接觸后調(diào)整進(jìn)鉆速度。

（4）鉆孔樁到達(dá)指定標(biāo)高后，及時將巖樣取出并根據(jù)取樣特征結(jié)合鉆進(jìn)速度判斷是否達(dá)標(biāo)[9]。

（5）終孔后，及時采集渣樣判斷樣本是否符合持力層要求，并采用鉆具推算法、測繩法進(jìn)行樁基成孔深度檢查，定期檢查鉆孔過程中的偏位狀況，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并加以糾正。

（6）根據(jù)鉆頭鉆具長度、護(hù)筒頂標(biāo)高，進(jìn)行孔底標(biāo)高的計算，并利用鉆具推算法或繩測法獲取成孔深度，計算鉆孔孔底標(biāo)高、鉆孔深度、持力層均符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)方可終孔，并定期以鋼尺復(fù)測，減少測量誤差[10]。

3.3.3 終孔

鉆孔至設(shè)計深度后，對鉆孔周邊區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行核查，對比地質(zhì)柱狀圖與鉆孔取樣鉆渣，判斷地質(zhì)形狀是否達(dá)標(biāo)。不符合勘察設(shè)計資料標(biāo)準(zhǔn)者，及時通知現(xiàn)場設(shè)計代表或監(jiān)理工程師處置。符合要求者，進(jìn)行孔徑、孔深、孔型等基本信息的確認(rèn)。

采用測控儀對終孔孔徑、孔壁、垂直度、孔深等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，成孔后鉆機(jī)顯示界面的鉆孔深度、測繩測量所得鉆孔深度數(shù)據(jù)分別記為L1和L2，若L2＜L1，則更換清底探頭后進(jìn)行孔深復(fù)測。各項指標(biāo)均符合設(shè)計要求，將相關(guān)數(shù)據(jù)提交至監(jiān)理工程師驗收，驗收合格后及時進(jìn)行清孔。鉆孔樁基成孔質(zhì)量檢測指標(biāo)如表1所示。

表1 鉆孔樁基成孔質(zhì)量檢測指標(biāo)

4 施工方案調(diào)整

該橋梁項目陸地施工區(qū)域，橋梁下部結(jié)構(gòu)樁基均能順利成孔且完成灌樁，但由于水下底層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水中灌注樁樁基成孔施工中易出現(xiàn)卡鉆、塌孔現(xiàn)象，對樁基施工工期產(chǎn)生影響，由于打撈鉆頭、重復(fù)施工，導(dǎo)致施工成本明顯增加，項目支出遠(yuǎn)高于普通灌注樁造價。為解決這些施工難點(diǎn)，該項目對施工方案進(jìn)行了適度調(diào)整，增設(shè)鋼護(hù)筒并合理延長其長度，確保高效成孔，保障灌注樁質(zhì)量。調(diào)整后方案如下：

（1）鋼護(hù)筒直徑為1.2 m，埋設(shè)于不透水層深度大于2倍的鋼護(hù)筒直徑；鋼護(hù)筒直徑1.5 m，埋設(shè)于不透水層深度大于1.5倍鋼護(hù)筒直徑。根據(jù)試打情況，直徑不足1.5 m的鋼護(hù)筒厚度為12 mm，直徑1.5 m以上的鋼護(hù)筒厚度為14 mm。

（2）鉆頭鉆進(jìn)卵石層后，調(diào)整泥漿相對密度為1.3。

（3）完成樁基管樁后，鋼護(hù)筒埋深約4 m，難以拔出且拔出后會對樁頭混凝土質(zhì)量產(chǎn)生影響，所以采取承臺下部分鋼護(hù)筒永久保留的措施，承臺上區(qū)域于承臺拆除后清理的方案。

（4）鋼護(hù)筒埋設(shè)采用120 kW雙夾振樁錘配合80 t履帶式起重機(jī)同步施工，確保鋼護(hù)筒埋設(shè)垂直度，保障現(xiàn)場施工得以順利進(jìn)行。

5 結(jié)論

綜上所述，文章對某橋梁復(fù)雜地層應(yīng)用超長鉆孔灌注樁施工方案進(jìn)行了分析，總結(jié)出以下施工要點(diǎn)：

（1）因樁基土層土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，超長鉆孔灌注樁鉆孔施工前，需根據(jù)項目特點(diǎn)、現(xiàn)場要求提前做好人工造漿工序，為成孔提供循環(huán)泥漿。

（2）嚴(yán)格控制黏度、相對密度等人造泥漿參數(shù)，實現(xiàn)可循利用目標(biāo)。

（3）嚴(yán)格控制鉆孔速度，結(jié)合不同土層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)置鉆進(jìn)速度，砂層需采取低速鉆進(jìn)策略以確保護(hù)壁穩(wěn)定，砂層較厚地質(zhì)需對成孔后首次清孔質(zhì)量嚴(yán)格控制，以避免鉆孔沉渣大量沉淀[11]。

（4）控制鋼筋籠加工工藝參數(shù)，控制預(yù)拼裝精度，并于運(yùn)輸、起吊、安裝等過程中做好防護(hù)，避免鋼筋籠變形。

（5）超長鉆孔灌注樁施工方案的關(guān)鍵在于水下混凝土灌注，施工現(xiàn)場應(yīng)用大料斗配合攪拌車進(jìn)行連續(xù)灌注，嚴(yán)格控制施工進(jìn)度避免延誤工期。

（6）結(jié)合項目實際和工藝特點(diǎn)，通過增設(shè)鋼護(hù)筒的方式使施工速度明顯加快，同時避免了對地層擾動，確保施工順利進(jìn)行。