深厚淤泥層橋梁鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

李樹文 LI Shu-wen

（中鐵十七局集團第二工程有限公司，西安 710000）

1 工程概述

新建珠海至肇慶高速鐵路江機段睦州水道特大橋設(shè)計起點里程為DK0+362.687，終點里程為DK7+153.367，全橋長6.791km。全橋鉆孔灌注樁共計2279根，樁徑1m、1.25m、1.5m、1.8m、2.2m、2.5m不等，樁長32～50m不等。睦州水道特大橋共設(shè)24m預制簡支梁23孔、32m預制簡支梁156孔、連續(xù)梁4聯(lián)，橋梁在DK1+678.002～DK2+068.502段采用（94+168+94）m連續(xù)剛構(gòu)上跨睦州水道，為全橋控制性工程。

睦州水道特大橋橋址區(qū)域?qū)僦榻侵逈_積平原地貌，河道縱橫交錯，地形平坦、地勢較低，地面自然標高-1～4m，多為良田及魚塘。

橋址區(qū)域及周邊數(shù)百米地表水體發(fā)育，主要為西江、江門水道，區(qū)內(nèi)水塘及渠水眾多，水量隨季節(jié)變化較大。地下水類型分為孔隙水和基巖裂隙水，水量較豐富，埋藏淺，水位較穩(wěn)定，主要靠大氣降雨及側(cè)向徑流補給，以蒸發(fā)排泄為主，動態(tài)變化較大，穩(wěn)定地下水水位埋深為0.20～1.90m，穩(wěn)定水位標高為-2.20～1.61m。

睦州水道特大橋橋址范圍內(nèi)地質(zhì)主要為淤泥層（層厚2.3～26.3m）、黏土層（層厚0.7～12.1m）、砂層（層厚0.8～11.1m）、風化砂巖層（層厚0.50～36.10m）。其中淤泥層呈流～軟塑狀，全橋均有分布，厚度大、含水量高、透水性差、強度低、高壓縮性、中等～高靈敏性等特征。當淤泥層受震動時土層結(jié)構(gòu)易受破壞，抗剪強度和承載力大幅度降低，不利于鉆孔灌注樁施工。

2 樁基施工質(zhì)量問題

淤泥層主要特性是天然含水率高于液限，孔隙比多大于1，干密度小，壓縮性特別高，強度極低，常處于流動狀態(tài)，很容易造成泥漿護壁坍塌，鉆孔灌注樁成孔比較困難。基于全橋樁基樁長為32～50m不等，并且存在1.8～2.5m大樁徑樁基，樁基從鉆孔到成樁施工周期長，對泥漿護壁要求較高。同時在施工過程中容易出現(xiàn)護筒下沉、鉆機移位和傾斜、樁位偏移、縮頸、擴孔、塌孔等現(xiàn)象，難以保證成樁質(zhì)量。

3 施工質(zhì)量控制措施

3.1 場地準備

由于橋梁所處區(qū)段多為良田及魚塘，特別是魚塘段，地質(zhì)條件差，場地內(nèi)地基承載力不足，無法滿足鉆機等機械施工需求，樁基施工范圍內(nèi)采用山皮石填筑施工平臺。填筑施工平臺時，篩選塊徑不超15cm的山皮石進行填筑，避免因填料塊徑過大造成護筒無法埋設(shè)，選用山皮石填筑能有效擠壓淤泥增強施工平臺的穩(wěn)定性。

施工平臺填筑厚度一般為2～5m（良田段為2～3m、魚塘段為3～5m），填筑標高以高出魚塘水面0.5m為準。平臺填筑時每填筑50cm，使用12t鋼輪壓路機對平臺進行碾壓，碾壓遍數(shù)為3～4遍，每碾壓完一層填筑下一層，直至分層填筑碾壓至既定標高。平臺填筑完成后靜置5～7天自然沉降，趨于穩(wěn)定后開始樁基施工。（圖1、圖2）

圖1 山皮石填筑施工平臺示意圖

圖2 山皮石擠淤處理示意圖

考慮到廣東沿海降雨頻繁，且施工區(qū)域地勢偏低，降雨容易積水，施工平臺受到雨水浸泡和鉆機震動影響容易造成開裂、沉降等不穩(wěn)定的情況。在鉆機就位前，在護筒周圍及鉆機位置，鋪設(shè)聚合物纖維板以擴大孔口周圍平臺的受力面積，減少局部區(qū)域荷載，防止鉆機偏移、傾斜，保證鉆孔垂直度。

3.2 護筒選用及埋設(shè)

樁基施工平臺使用山皮石填筑，平臺填料碾壓較為密實，普通8～10mm厚鋼護筒埋設(shè)困難且易變形偏位，無法滿足施工要求，故采用壁厚14mm鋼板制作，直徑大于設(shè)計樁徑15cm。

掘進動載荷影響階段，巷道頂板下沉約240 mm，兩幫移近約130 mm，變形得到有效控制。綜合錨索受力及變形看，掘進引起的動載影響50～70 m，遠大于一般條件下無沖擊性動載荷的實體煤巷道(圖13)。

由于橋址范圍內(nèi)淤泥層較厚，采用短護筒容易造成護筒變形、下沉。為防止平臺填筑高度范圍內(nèi)山皮石在鉆孔過程中進入孔內(nèi)，同時防止鋼護筒在淤泥層自然下沉（6～7m處淤泥為硬塑狀，不易下沉），結(jié)合實際情況選用6～7m長鋼護筒。為確保鋼護筒不自然下沉，在護筒頂四周加設(shè)4塊耳板，耳板20cm長、15cm高，耳板焊接于從護筒頂往下30cm。同時考慮到鋼護筒反復埋設(shè)周轉(zhuǎn)使用，為避免護筒損壞，護筒頂部使用10mm厚鋼板包邊，包邊高度為15cm。

圖3 護筒防下沉耳板示意圖

為控制護筒埋設(shè)位置準確，采用振動錘振動下壓的方式進行施工，護筒埋設(shè)高度以高于施工平臺30cm為準。振壓過程中在護筒四周設(shè)置護樁，通過護樁控制護筒的垂直度，保證護筒傾斜度不大于1%。護樁采用鋼板和鋼筋加工，鋼板底部設(shè)置壓入式鋼筋，以便很好地與地面連接，防止人為晃動變形。護樁在鉆孔過程中繼續(xù)保留，以用于監(jiān)測護筒是否偏位。

3.3 鉆孔

根據(jù)本工程所處地質(zhì)條件，綜合成樁質(zhì)量、混凝土超耗、施工進度等因素，鉆孔采用沖擊鉆+反循環(huán)鉆接力形式，即在淤泥層段使用沖擊鉆成孔，淤泥層以下地層使用反循環(huán)鉆接力成孔。

3.3.1 淤泥層段沖擊鉆鉆孔

沖擊鉆在開孔時低錘密擊，待鉆頭完全進入護筒后開始正常沖進。在淤泥層中正常沖進時采用中沖程（1.0～2.0m）沖擊，保持6次/min速度緩慢沖進，盡量減少對周圍淤泥層擾動。在沖進過程中若遇到“彈簧土”類淤泥層時，填入大塊徑山皮石沖進。沖進過程中泥漿比重保持在1.35～1.45g/cm3范圍內(nèi)，反復循環(huán)保持泥漿護壁。

3.3.2 淤泥層段以下反循環(huán)鉆鉆孔

待沖擊鉆鉆孔穿過淤泥層進入砂層后，換用反循環(huán)鉆進行鉆孔。

反循環(huán)鉆開鉆時選用低檔慢速鉆進，開始鉆進時先啟動泥漿泵，再啟動鉆機空吸泵，當循環(huán)正常并持續(xù)5min左右時，即可開始正常鉆進。砂層中鉆進時控制鉆機轉(zhuǎn)速在15r/min左右，風化巖層中鉆進時控制鉆機轉(zhuǎn)速在10r/min左右。鉆進過程中接換鉆桿時鉆頭均勻起落，不得碰撞孔壁，接換鉆桿動作應快速。連接好后的鉆桿逐個檢查接頭，每次接換完鉆桿后重新鉆進前將鉆頭提離孔底20～30cm，待泥漿循環(huán)正常后下落鉆進。鉆孔至設(shè)計樁底高程時，將鉆頭提離孔底5～10cm，轉(zhuǎn)盤勻速旋轉(zhuǎn)，泥漿繼續(xù)保持循環(huán)，至泥漿分離器基本無鉆渣時停機檢孔。

特別注意的是，反循環(huán)鉆在進入砂層后調(diào)整泥漿比重至1.3～1.4g/cm3范圍。在進入風化巖層后，由于風化巖層對泥漿護壁依賴度不高，為減少孔底沉渣和清孔時間，將泥漿比重調(diào)整至1.2～1.3g/cm3范圍。

每根樁鉆孔完成后進行“隔樁跳打”，避免鉆機對地層擾動影響已成樁基成樁質(zhì)量。

3.4 泥漿指標

鉆孔灌注樁泥漿護壁成孔的關(guān)鍵就是泥漿在孔壁所形成的泥皮，泥皮作用原理為泥漿相對密度大于水的密度，泥漿的靜水壓力比水大，在靜水壓力的作用下泥漿在孔壁上形成，其作用在于阻隔孔內(nèi)外滲流，保護孔壁，防止塌孔造成質(zhì)量事故，特別是在清孔過程中深厚淤泥層能有效地防止孔壁收縮，避免形成質(zhì)量缺陷。

結(jié)合本工程地質(zhì)情況，泥漿選用塑性指數(shù)大于25，粒徑小于0.005mm的粘粒含量大于50%的粘土制備，同時加入火堿、纖維素增加泥漿的粘度，在鉆孔過程中根據(jù)鉆孔情況調(diào)整泥漿比重。

根據(jù)實際施工實踐，在不同地質(zhì)層要實時調(diào)整泥漿比重。在淤泥層部位沖擊鉆鉆進時，由于地層較為軟弱，泥漿比重調(diào)至1.35～1.45g/cm3、泥漿粘度25～35Pa·s，保持泥漿循環(huán)通暢，使泥漿有效護壁，防止孔壁失穩(wěn)造成塌孔、縮頸等情況；在進入砂層后調(diào)整泥漿比重至1.3～1.4g/cm3范圍；在進入風化巖層后，由于風化巖層對泥漿護壁依賴度不高，為減少孔底沉渣和清孔時間，將泥漿比重調(diào)整至1.2～1.3g/cm3范圍。

3.5 清孔指標

根據(jù)《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準》TB 10752-2018中鉆孔灌注樁質(zhì)量驗收標準，清孔后孔內(nèi)泥漿比重為1.03～1.10g/cm3，但因為深厚淤泥層中地層較弱，1.03～1.10g/cm3的泥漿比重不足以保證良好的泥漿護壁效果，存在混凝土灌注過程中塌孔、縮頸等風險，故驗標中參數(shù)不能絕對性的作為清孔后泥漿比重參考值。

經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗，清孔后泥漿比重控制在1.10～1.20g/cm3較為合理。在清孔過程中，在鋼護筒出漿口使用濾網(wǎng)撈出懸浮鉆渣，并加強泥漿比重檢測頻率，必要時在排渣過程中緩慢加水調(diào)試泥漿比重，切不可加水過多導致泥漿比重過小影響護壁質(zhì)量。清孔時排渣與泥漿調(diào)試同步進行，為加快清孔效率，需要安排責任心強的人員把握好各道工序操作時間，全程盯控。

4 施工成果

本工程開始施工時選定睦州水道特大橋5#墩作為試驗樁，5#墩設(shè)計樁徑1.5m，樁長40.5m，設(shè)計鉆孔灌注樁10根。通過實際多次試驗，施工成果如表1。

表1 鉆孔灌注樁施工成果表

實際施工成果表明，睦州水道特大橋5#墩樁基施工采用“沖擊鉆+反循環(huán)鉆”接力鉆孔形式后，樁基混凝土充盈系數(shù)由1.20～1.32降低為1.06～1.10，避免不必要的混凝土超耗。此外在成孔時長上，“沖擊鉆+反循環(huán)鉆”接力鉆孔相比沖擊鉆鉆孔節(jié)省2倍以上的時間，加快了施工進度，節(jié)約施工成本。

5 結(jié)語

綜上所述，深厚淤泥層樁基施工采用“沖擊鉆+反循環(huán)鉆”接力鉆孔，一方面解決了混凝土超耗問題，節(jié)省施工成本。另一方面加快了施工進度，提高了有效工效，間接性減低了機械費、管理費成本，利于項目成本管控。同時文中確定的鋼護筒、泥漿、鉆孔、清孔等詳細技術(shù)參數(shù)，完全可以滿足深厚淤泥層中樁基施工質(zhì)量要求。

文中充分闡述了深厚淤泥層樁基施工工藝，解決了深厚淤泥層樁基施工質(zhì)量控制的技術(shù)難題，降低了施工成本，提高了工作效率，形成深厚淤泥層鉆孔樁施工較為成熟的技術(shù)措施，防止施工過程中擴孔、縮徑、塌孔等質(zhì)量問題的發(fā)生，保證樁基成樁質(zhì)量，對沿海區(qū)域深厚淤泥層樁基施工具有一定的推廣意義。