沖擊鉆孔咬合樁在橋梁深基坑防護中的應(yīng)用

周舟

（攀枝花公路建設(shè)有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

科學(xué)技術(shù)手段的大幅提升，使基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)面臨的不良地質(zhì)問題得以解決。但在實際工程施工建設(shè)階段，相關(guān)建設(shè)者并未充分掌握現(xiàn)有科技成果的作用原理與價值，這就導(dǎo)致其效果無法充分發(fā)揮。為此，文章以橋梁深基坑防護工程建設(shè)為例，分析了沖擊鉆孔咬合樁的施工工藝原理，并提出了優(yōu)化應(yīng)用措施方法。運用該技術(shù)，能夠有效解決水下環(huán)境與巖土復(fù)雜問題影響，便于橋梁深基坑防護工作順利進行，提高基坑開挖止水與防護效果。業(yè)內(nèi)人士應(yīng)將其重視起來，以使各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的服務(wù)與可靠效果充分發(fā)揮，進而推動所處地區(qū)的現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展。

1 沖擊鉆孔咬合樁在橋梁深基坑防護中應(yīng)用的現(xiàn)實意義

現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)水平提升，對各類基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)使用需求增加。此背景下，工程項目建設(shè)的規(guī)模擴大，所面臨的地質(zhì)環(huán)境日趨復(fù)雜。特別是橋梁深基坑工程，不僅需要解決不良地質(zhì)問題，還需要面對涌水量問題。因此，需要采用基坑圍護支擋結(jié)構(gòu)來提高建設(shè)使用的安全可靠性。鉆孔咬合樁，借助套管鉆機，通過切削先施工的混凝土樁來達到樁體間的咬合目標(biāo)。然而，隨著咬合樁作業(yè)深度作用巖層環(huán)境，鉆孔設(shè)備套管鉆機無法達到預(yù)期的支撐防護作用。因此，應(yīng)加大沖擊鉆孔咬合樁的應(yīng)用研究力度，通過與實際建設(shè)情況充分結(jié)合，來使深基坑開挖防護施工作業(yè)效果達到預(yù)期。這是提高基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)使用質(zhì)量與安全性的重要課題，應(yīng)引起更多重視，以服務(wù)于地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展需求[1]。

2 橋梁深基坑防護中沖擊鉆孔咬合樁的施工工藝原理

鉆孔咬合樁是一種機械成孔技術(shù)，使各個樁身與樁身形成咬合布置，從而構(gòu)成一個大型深基坑支護結(jié)構(gòu)。為了保證構(gòu)筑的穩(wěn)定性，在開挖過程中必須事先確定樁柱的布置形式。一般來說，樁是一根素混凝土樁（a樁）和一根鋼筋混凝土樁（b 樁）間隔布置而成，也有個別工程采用了全素混凝土灌注樁。在工程實踐中，咬合樁的施工順序為先a 后b。對于a 樁施工，應(yīng)采用超緩凝混凝土作為樁身材質(zhì)；在b 樁施工方面，利用套管鉆機進行掏槽，使其和鄰近的a 樁相咬合。此種施工工藝采用常規(guī)的沖擊鉆打孔，為了提高鉆孔的精度，必須確保a 樁在鉆孔過程中實現(xiàn)均勻受力，如果鉆孔偏移，則應(yīng)重新灌樁打孔。a 樁施工完畢后，在以間隔狀態(tài)進行b 樁施工。為保證b 樁施工作業(yè)的均勻性，應(yīng)對其工藝順序進行嚴格控制。即在間隔施工作業(yè)狀態(tài)下，兩側(cè)咬合樁數(shù)量應(yīng)保持基本一致[2]。

3 沖擊鉆孔咬合樁在橋梁深基坑防護中的應(yīng)用實例分析

某橋梁工程全長約為380m，橋臺設(shè)計為明挖擴大基礎(chǔ)，除了主墩基礎(chǔ)為挖井，其余均為樁基礎(chǔ)。其中5#墩基礎(chǔ)設(shè)計為挖井基礎(chǔ)，一邊是水下，一邊是臨近道路。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，濱岸灘面的覆蓋物厚度不大，屬中低強度的強風(fēng)化～弱風(fēng)化泥巖，其中以砂泥巖為主，屬于軟質(zhì)地基，最初基坑防護結(jié)構(gòu)設(shè)計為鋼筋混凝土薄壁圍堰，但其存在制作周期長的問題，無法在枯水期完成基礎(chǔ)施工作業(yè)。如汛期到來，會嚴重影響施工作業(yè)與建設(shè)效果。再加上，圍堰下沉施工用水量增加，施工難度大，開挖會對處于運行狀態(tài)的公路安全造成很大影響。因此，本項目提出了一種新型的具有良好止水和保護作用的鉆井咬合樁支護施工方案。以下內(nèi)容為具體應(yīng)用控制措施。

3.1 明確設(shè)計使用要求

根據(jù)工程建設(shè)場地實際情況，5#墩支護結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足阻水防滲，以及抗壓的要求。要達到防滲目的，就必須將基坑與周圍的區(qū)域隔絕開來，為工程建設(shè)提供不漏水的工作環(huán)境。為了提高抗壓性能，還需要防護工程承擔(dān)公路荷載、土壤以及水壓力。故而，布置鉆孔咬合樁應(yīng)為環(huán)形，將樁中心連線為圓形，并預(yù)留出咬合樁與挖井基礎(chǔ)的凈距。

3.2 地基處理施工

首先，要做的是工程找平，清理表面的附著物，拆除地面和架空管道的障礙物。尤其要加強對鉆井平臺進行加固處理，采取開挖筑島表層土，鋪設(shè)軌枕等方法進行強化加固。這樣，既可避免因軟土地層而造成設(shè)備傾斜，又能提高孔位精度和鉆孔垂直度。

3.3 測量放線施工

在開展橋梁深基坑施工工作之前，需要結(jié)合工程現(xiàn)場實際情況，做好勘察工作，根據(jù)勘察結(jié)果，確定施工計劃。在測量放樣施工過程中，采用計算方式布置樁位平面，施工采用環(huán)形閉合形式來進行樁體施工。此外，通過放樣測量，來提高樁中心位置的精確性。

3.4 護筒埋設(shè)施工

根據(jù)放樣的地點，對護筒進行定位。在進行素混凝土灌注樁時，其埋深一般在2m 左右。在1m 深的基礎(chǔ)上進行加固處理，將鋼筋混凝土樁置于兩根素混凝土樁之間。做好素混凝土樁澆筑作業(yè)后，應(yīng)對其樁頭進行平整處理，以為護筒埋設(shè)位置的準確性提供條件。樁帽的中心位置應(yīng)與原設(shè)計的樁心對齊，誤差不超過5mm。

3.5 鉆機就位，鉆孔施工

對已安裝好的護筒位置進行檢驗，確認無誤后方可進行鉆機施工。此處使用的是一般的沖擊式鉆機。素混凝土灌注樁成孔的地質(zhì)條件為：砂土地層，鉆孔流速為8～9cm/h。對于泥質(zhì)地層，鉆孔的平均轉(zhuǎn)速宜為9～12cm/h[3]。在鉆孔灌注樁時，要確保樁和樁的咬合效果，這就需要在鉆孔時掌握好鉆速和垂直度。如果鉆孔的進度過快，或者有偏斜的情況，必須及時糾正處理。

3.6 鉆孔垂直度

在鉆孔的垂直度控制方面，可以利用全站儀裝置，具體操作是沿對角線布設(shè)測點，對整個施工過程進行垂直度監(jiān)測。在鉆架到位之后，可以用涂料把原來的座標(biāo)和高度標(biāo)出來。為保證樁位垂直度與準確性，施工過程，應(yīng)選用小沖程作業(yè)方式。每鉆進1m 就要對可能存在的鉆機位置偏移問題進行測量處理。除全站儀外，還應(yīng)進行孔內(nèi)檢查，每節(jié)套管壓后安裝下一節(jié)套管之前，都要停下來用“測環(huán)”或“線錘”進行孔內(nèi)垂直檢查。如偏差較小，可小幅度移動鉆機來恢復(fù)。如偏差較大，則要運用黏土對成孔1m 范圍內(nèi)位置進行回填，而后，在對鉆機位置進行糾正。

3.7 混凝土灌注施工

鉆進至目標(biāo)位置后，開展終孔測量工作，以保證孔位與成孔作業(yè)目標(biāo)達成。為滿足咬合厚度要求，采用直接灌注方式進行素混凝土樁施工。其配合比采用普通水下混凝土配合比。鋼筋混凝土樁施工，因可靠性要求加高，為保證防護效果采用鋼筋籠分節(jié)吊裝作業(yè)。灌注前，應(yīng)保證混凝土與a 樁素混凝土樁保持密貼。對于兩次澆筑混凝土泥漿層厚度過大問題，為避免滲水問題出現(xiàn)，應(yīng)做好清孔處理，以降低鉆孔內(nèi)部泥漿相對密度值。因灌注b 樁混凝土密度為1.05 較小，施工技術(shù)人員應(yīng)盡可能縮短施工時長，以提升作業(yè)安全性。在混凝土澆筑時，將混凝土管道放置于混凝土表面以下約2m 左右，當(dāng)?shù)谝淮位炷翝仓戤吅?，將灌注管道拉出，緩速上拉，每次起拔量不大?0cm，并隨之查看鋼筋籠的上浮情況，如果出現(xiàn)有跟管上浮的情況，則及時進行反壓，如果沒有問題，則再上拉。每次完成一斗或一車混凝土后都進行起拔，并進行質(zhì)量檢查，也是要緩速起拔。在澆筑至第一節(jié)鋼套筒一段深度后，將套管拔除，然后進行下一個樁的灌注，在拔下最后一根外套筒的時候，需要先將混凝土導(dǎo)管保留在樁孔中，等到外套管全部拔下并將其徹底拔出，最后再進行質(zhì)量檢驗，檢查灌注是否達到標(biāo)高，并根據(jù)實際情況進行補灌，達到設(shè)計要求后將混凝土導(dǎo)管拆除。每次澆筑完一個混凝土樁后都要對混凝土管道進行沖洗，以便不會影響下一樁的混凝土灌注。

3.8 樁頂冠梁施工

在本項目中，在樁定設(shè)置混凝土冠梁結(jié)構(gòu)，采用C30 鋼筋混凝土?；又車?.2m 的工作場地，坡度為1:0.75，待樁基礎(chǔ)檢查通過后，將樁頂預(yù)留的鋼筋校正，將銹皮、水泥等污垢清掃干凈，確定冠梁中心線，于樁頂劃十字線，標(biāo)明冠梁標(biāo)高并劃線。然后在確定好的位置固定冠梁，在頂梁中預(yù)插入預(yù)埋件，焊接冠梁的面筋，安裝模板，再進行混凝土的分層澆筑和振搗，混凝土凝固后，進行1 周的養(yǎng)護。

3.9 鋼筋混凝土圈梁施工

在鉆孔咬合樁施工中，待其混凝土強度達80%以上時，方可進行下一步施工。要沿咬合樁的內(nèi)緣方向進行基坑開挖，設(shè)備選用CAT 型長臂挖掘機。為強化施工作業(yè)安全效果，以提升防護工程建設(shè)整體性，應(yīng)將鋼筋混凝土圈梁作用于樁頭與底部位置。最后，采用C20 片石混凝土對挖井基礎(chǔ)施工的咬合樁空隙進行回填處理[4]。

4 施工中的主要問題及其應(yīng)對策略

4.1 問題

4.1.1 成孔過程中的涌沙問題

本工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，在距樁頂4m 的地方，既有軟弱的粉質(zhì)黏土，又有粉質(zhì)黏土，容易發(fā)生滲漏。在鉆孔施工完成后，本工程在進行下一步的施工時，在混凝土澆筑之前經(jīng)測量成孔深度，發(fā)現(xiàn)到了大量的沉渣，通常是2～4m，最高的可達5m，隨著施工的進行，其沉渣會變得越來越厚。經(jīng)過檢測，發(fā)現(xiàn)這些沉積物都是粉砂，由具有同類工程經(jīng)驗的專業(yè)人員結(jié)合工程實際情況，得出了以下結(jié)論：這種情況是因為鉆孔底部處于粉砂的土層中，再加上施工過程中使用了套管護壁，再用抓斗掘開，導(dǎo)致孔中的水頭高度沒有達到預(yù)期，套管的內(nèi)部和外部存在比較大的壓差，因此造成粉土、細沙等被地下水帶入孔中，造成了大量的淤泥質(zhì)粉砂沉積問題。

4.1.2 工程中出現(xiàn)的“拔樁”問題

在咬合樁施工中，常會出現(xiàn)“拔樁”的情況，即在混凝土澆筑至某一深度后，提起護套的時候，同時將護套與混凝土及鋼筋籠一起拉了出來。這一問題與樁長、灌注時間、混凝土質(zhì)量和拔出時間等因素有關(guān)，本工程在施工中也偶有此類問題的發(fā)生。

4.1.3 開挖時出現(xiàn)變形過大的問題

咬合樁這類樁體的配筋加固不同于常規(guī)的灌注樁，如果采用常規(guī)的灌注樁配筋加固，那鋼筋籠間距通常都會很短，而本項目采用的咬合樁，且工程還在咬合樁之間加入了素混凝土樁，所以使得加固后的鋼筋籠間距增大，導(dǎo)致整個支撐的剛性可能會弱于常規(guī)樁。另外，由于本工程的基坑有較大的跨度，使得鋼管支架的施工進度緩慢，以及長期處在無支撐的狀態(tài)裸露在外，引起了樁頂和深部的大變形。在施工后檢測出鉆孔的最大沉降量為16.5m，隨基坑開挖程度的增大，其深部的水平變位也隨之增大，且表現(xiàn)為“踢腳狀”，也就是上部位置朝基坑外，下部朝基坑內(nèi)的傾斜沉降。

4.2 施工對策

4.2.1 應(yīng)對涌沙現(xiàn)象的施工對策

針對具體情形，可采取如下措施：①鉆孔時要控制力度，緩速進行，從而減少鉆孔對地層的影響。②增加套管的埋深，在埋設(shè)時，要比開挖表面深出2m，并且要在開挖結(jié)束后，使其超出開挖深度至少1m 的深度。③在鉆孔施工時，加入壓水措施，在排沙時將水泥或水注入套管中值，使其內(nèi)部的水位能夠一直都保持在管道外側(cè)的地下水水位以上，不會形成朝內(nèi)的水位差。

4.2.2 應(yīng)對拔樁問題的施工對策

對策具體如下：①在進行第一次澆筑混凝土后，經(jīng)起吊外套管，并且在整個施工期間，伴隨著澆筑高度的升高始終保持外套管埋入孔內(nèi)混凝土面的2m 以下深度。②對施工中的配合比對進行嚴密的檢測，并確保整個樁基的整體灌注時間，且不能延誤每一次的灌注。③掌握套管埋設(shè)深度與埋設(shè)深度之間的對應(yīng)規(guī)律，在施工過程中進行多次觀測，并適時拔出管套。

4.2.3 應(yīng)對開挖變形過大的施工對策

（1）在進行土石方工程時，一定要控制適當(dāng)?shù)钠露?，不能在工程中形成高斜坡，因為本工程的地質(zhì)偏軟，邊坡本身就很難保持穩(wěn)定，加上要承受大量的工程設(shè)備，那么就更難以保證穩(wěn)定。為防止由于坑底土的滑動引起的土地沉降、基坑的大范圍的變形，所引起的造成樁基的位移增加問題，需要進行邊坡開挖。

（2）搭建支撐件是減少樁基變形的一項關(guān)鍵技術(shù)，但在大跨深的基坑工程中卻是一個比較困難的問題。該項目因大范圍深而難以安裝支架。針對這一問題，本工程決定在施工過程中，盡量將受壓區(qū)內(nèi)的土當(dāng)作反力面，在施工過程中，首先進行中部開挖，然后在兩側(cè)開挖時邊挖邊撐。

5 施工效果

本工程采用上述沖擊鉆鉆孔咬合樁施工技術(shù)，把控施工中的各細節(jié)，以及針對施工中遇到的問題，制定了具有針對性的施工對策，取得了理想的施工成果。鉆孔樁的樁長平均為15m，入巖深度為3m，基坑穩(wěn)定，且沒有出現(xiàn)滲水問題，滿足了施工設(shè)計要求。本施工技術(shù)在實際應(yīng)用中得到了很好的應(yīng)用效果，具有理想的經(jīng)濟價值，值得在同類工程中推廣應(yīng)用[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，沖擊鉆孔咬合樁，能夠解決橋梁深基坑復(fù)雜的水文地質(zhì)負面影響問題。施工技術(shù)人員應(yīng)在明確設(shè)計使用要求情況下，開展測量放樣、鉆機就位、鉆進以及混凝土灌注等施工作業(yè)。如此，鉆孔垂直度、混凝土防滲以及圈梁安全效果才能以高效、穩(wěn)定狀態(tài)作用，進而達到橋梁工程建設(shè)使用的整體性控制目標(biāo)。