橋梁工程大直徑嵌巖鉆孔灌注樁施工技術(shù)探討

張振明

橋梁工程的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件往往十分復(fù)雜，基礎(chǔ)承載面變化大，并且往往存在危害橋梁安全的其他附帶條件的變化。對于此類情況，施工效率和施工質(zhì)量會(huì)受到一定的影響，因此必須對橋梁施工過程中采用的鉆孔施工技術(shù)進(jìn)行探討，以利于項(xiàng)目施工的進(jìn)展和項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 工程概況

1)覆蓋層。橋塔處覆蓋層為第四系松散層，厚度38.8 m～40.0 m。強(qiáng)度低，易縮頸、塌孔。埋深 31.0 m～34.4 m的厚度內(nèi)以層狀軟土為主，局部夾薄層狀粉砂或亞砂土。下部為全新世早期沖洪積亞黏土，含卵礫中粗砂。

2)基巖。該地段基巖為花崗巖、花崗斑巖、花崗質(zhì)碎裂巖，上部分布有強(qiáng)風(fēng)化層、弱風(fēng)化層、微風(fēng)化層。基巖頂板標(biāo)高-35.51 m～-37.70 m，整體由東向西微向上傾。風(fēng)化層厚薄不均，致使微風(fēng)化層頂面變化較大，標(biāo)高-49.32 m～-56.30 m，塔西側(cè)自南向北逐漸變深，東側(cè)自西北往東南逐漸變深。微風(fēng)化層均為花崗巖，硬度大，巖石強(qiáng)度58.3 MPa，鉆孔作業(yè)困難。

3)施工難點(diǎn)。a.水上鉆孔平臺(tái)有限，泥漿循環(huán)系統(tǒng)難以按常規(guī)布設(shè)。b.地質(zhì)條件復(fù)雜，上部淤泥類土中大量夾砂，圓礫、漂石層最厚處達(dá)20 m，且粒徑變化大;鉆進(jìn)時(shí)泥漿中鉆渣多，難以凈化。c.鋼筋籠主筋連接接頭多達(dá)240余個(gè)，若采用常規(guī)電焊方法連接，孔口安裝時(shí)間長，也不利于樁孔安全。d.單樁水下混凝土灌注量大，一般都超過300 m3，灌注時(shí)間長。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 鉆孔平臺(tái)搭設(shè)及鉆孔順序的確定

由于施工場地全部系魚塘回填而成，地基承載力很低，采用鋼管樁作為平臺(tái)的基礎(chǔ)，鋼管樁直徑為80 cm、壁厚10 mm，共30根，樁頂高程4.5 m，25根主承載樁入土深度為14 m，5根輔樁入土深度為5 m，主樁用于承載平臺(tái)及鉆機(jī)的荷載，輔樁用于邊樁鉆孔時(shí)放置鉆機(jī)泵站等。

因受場地條件限制，若要在鉆孔平臺(tái)外圍搭設(shè)“龍門”作為鉆孔的輔助起重設(shè)備，占地面積大，地基處理時(shí)間長，費(fèi)用也高。根據(jù)現(xiàn)場情況及鉆機(jī)到場次序，具體的鉆孔施工順序安排如下:

在護(hù)筒埋設(shè)完成后，先搭設(shè)中間兩排樁的鉆孔平臺(tái)，將外排樁位處用毛石回填作為鉆孔輔助起重設(shè)備——吊車(東塔區(qū)為200 t履帶吊，西塔區(qū)為65 t履帶吊)的行走便道，在中間兩排樁施工完成后，挖除外排樁護(hù)筒中回填的毛石，將平臺(tái)的底層貝雷接長，平移頂層貝雷至外排樁位處，重新拼裝鉆機(jī)，施工兩邊外排樁。

2.2 護(hù)筒埋設(shè)及護(hù)筒標(biāo)高確定

護(hù)筒埋設(shè)方法:人工在樁位處按護(hù)筒輪廓線挖深1 m，利用鋼管樁平臺(tái)設(shè)置導(dǎo)向架，護(hù)筒吊裝就位，采用DZ150振動(dòng)錘沉設(shè)，65 t的履帶吊車配合作業(yè)。在沉設(shè)過程中，用經(jīng)緯儀沿十字軸線控制其垂直度，精度控制在1%。護(hù)筒頂面標(biāo)高按反循環(huán)孔內(nèi)水位大于地下水2 m的要求設(shè)定，實(shí)際標(biāo)高:護(hù)筒頂+5.8 m、最高地下水位+3.32 m。同時(shí)，護(hù)筒頂面高出地面不小于30 cm。

2.3 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)的精確就位對控制樁孔平面位置和垂直度非常重要。首先在鉆孔平臺(tái)上放出樁位中心線，鉆機(jī)就位后用千斤頂調(diào)整鉆機(jī)底盤，使鉆盤中心與樁位中心重合，然后測量鉆機(jī)底盤頂面四角的高差，用50 t千斤頂對鉆機(jī)底盤進(jìn)行調(diào)平，使高差控制在3 mm之內(nèi)，最后復(fù)核中心、高差無誤后即可固定好鉆機(jī)，安裝鉆具準(zhǔn)備開鉆。

2.4 泥漿配制與泥漿循環(huán)方式

1)泥漿配制。配制泥漿的主要原料為膨潤土和水，并摻入適量的純堿和CMC。配制后的泥漿指標(biāo)為:比重 1.06～1.07，稠度18 s～20 s，含砂率小于1%，膠體率大于95%，失水量小于15 mL，pH值8～10;泥漿配制的加料順序?yàn)?先加水再加膨潤土和堿，攪拌3 min后，加CMC再攪拌1 min，總攪拌時(shí)間為5 min。新漿泵入儲(chǔ)備池后，待泥漿與堿作用24 h后投入使用。

2)泥漿循環(huán)方式。在承臺(tái)東、西兩側(cè)每臺(tái)鉆機(jī)各建一個(gè)450 m3的泥漿池，并分隔成沉淀池三個(gè)，循環(huán)池一個(gè)，新漿儲(chǔ)備池一個(gè)。同時(shí)，每個(gè)泥漿池配置制漿機(jī)2套、1 m3清渣挖機(jī)1臺(tái)、BS200型泥漿泵2臺(tái)等。正循環(huán)鉆孔時(shí)，泥漿從循環(huán)池由BS200型泥漿泵經(jīng)鉆桿泵入孔底，鉆渣隨泥漿上浮順泥漿槽流入沉淀池Ⅰ;反循環(huán)時(shí)，泥漿以氣舉方式(或泵吸)排入沉淀池Ⅰ，通過沉淀池自然沉淀，并經(jīng)循環(huán)池作必要的調(diào)整后，由輸漿槽流入孔內(nèi)，進(jìn)行補(bǔ)漿。

3 鉆孔作業(yè)

1)覆蓋層。針對短護(hù)筒保護(hù)孔口的方案和覆蓋層多為淤泥質(zhì)亞黏土、亞砂土，鉆孔時(shí)易塌孔和縮頸的特點(diǎn)，嚴(yán)格按照表1控制鉆孔工藝等措施。鉆孔工藝:正循環(huán)、小鉆壓、高轉(zhuǎn)速、進(jìn)尺速度不大于3 m/h，同時(shí)，上下反復(fù)掃孔，消除縮頸現(xiàn)象。

2)強(qiáng)風(fēng)化巖層。開始進(jìn)入巖層時(shí)，采取小鉆壓、低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，避免因巖面傾斜或不平整造成斜孔或出現(xiàn)鉆具跳動(dòng);待鉆尖進(jìn)入巖層50 cm～100 cm，并形成良好的導(dǎo)向后，改正循環(huán)為反循環(huán)，逐步加大鉆壓、提高轉(zhuǎn)速，增大風(fēng)量，促進(jìn)泥漿的循環(huán)與排渣，提高鉆進(jìn)速度。

3)弱風(fēng)化、微風(fēng)化巖層。該層巖石強(qiáng)度高，鉆孔作業(yè)困難，采用大鉆壓、低轉(zhuǎn)速，同時(shí)增加泥漿沖洗量，降低泥漿的比重及粘度，以提高攜渣率和鉆進(jìn)速度。

4)鉆孔時(shí)基巖風(fēng)化程度的判定。設(shè)計(jì)對32根樁基中的15根進(jìn)行了地質(zhì)鉆探。由于基巖的風(fēng)化層厚度變化較大，而且強(qiáng)度不均，巖層分布復(fù)雜，為準(zhǔn)確判定基巖的風(fēng)化程度，在施工過程中，對設(shè)計(jì)遺留的17根樁進(jìn)行地質(zhì)鉆探，采集巖樣，探明了各樁位的巖層分布、風(fēng)化程度、力學(xué)性質(zhì)、裂隙狀況等，為設(shè)計(jì)與施工提供可靠的依據(jù)。

5)鉆進(jìn)參數(shù)。各土層鉆進(jìn)參數(shù)見表1。

6)鉆進(jìn)效率分析。鉆孔準(zhǔn)備階段，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和鉆機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)，結(jié)合試樁經(jīng)驗(yàn)，對各巖層的鉆壓、鉆頭轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)速度、洗孔系數(shù)、泥漿流量、風(fēng)量等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)劃的進(jìn)尺速度為:覆蓋層進(jìn)尺速度不大于3 m/h，采用正循環(huán)鉆進(jìn);強(qiáng)風(fēng)化巖層0.2 m/h～0.3 m/h，采用反循環(huán)鉆進(jìn);微風(fēng)化巖層小于0.2 m/h，采用反循環(huán)鉆進(jìn)。

表1 各地層鉆進(jìn)參數(shù)表

7)清孔。至終孔標(biāo)高前15 cm開始調(diào)整泥漿指標(biāo)，終孔后提起鉆頭30 cm～50 cm采取換漿法清孔。

8)檢孔。成孔后對孔深、傾斜度、孔徑、沉淀厚度等進(jìn)行檢測。孔底高程的檢測，以鉆桿(包括鉆頭)長度為準(zhǔn)，待鉆機(jī)移位后，再用鋼絲測繩進(jìn)行孔深測量，鉆桿長度減去測量孔深為沉淀層厚度。孔徑、孔形和傾斜率的檢測，采用了JJC-A型鉆孔灌注樁檢測設(shè)備。

4 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1)合理的鉆孔施工順序及施工組織，避免了大口徑群樁施工樁機(jī)移位必須搭設(shè)龍門。2)復(fù)雜地基覆蓋層中大口徑鉆孔灌注樁施工，采用淺護(hù)筒埋置，優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁配合以合理的鉆孔控制措施取得成功，大大節(jié)省了成本，縮短了工期。3)合理選擇鉆機(jī)鉆具、鉆頭、鉆進(jìn)方法，提高鉆機(jī)班組的操作水平，對鉆進(jìn)效率的影響很大。4)施工過程中采取了正確的施工工藝和配置了高質(zhì)量的泥漿，引入等強(qiáng)度直螺紋套筒連接技術(shù)，縮短了超深、超大直徑鋼筋籠井口連接時(shí)間，確保了工程的質(zhì)量和較高的施工效率。

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