大直徑深長鉆孔樁成孔施工技術

李海生

1 工程概況

漢宜鐵路彭市漢江特大橋全長8060.91 m,全橋主橋設計為大跨連續剛構及連續梁。主橋部分在跨漢江東河堤及主河道處設計為主跨168 m連續剛構,在跨河灘及漢江西河堤處設計為主跨100 m連續梁。主墩采用18根φ 200 cm鉆孔樁,單根樁長為129 m,橋址處地層相對單一,主要由粉質黏土、粉土、粉砂、淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土、細砂、粉細砂、礫砂構成。

2 施工方案

根據橋址地質情況,本工程鉆孔施工采用減壓、回旋鉆進氣舉反循環,孔內自造漿及使用黏土、淡水制漿護壁。

根據鉆進工藝流程及施工計劃的整體安排,結合現場平面布置,擬安排3臺鉆機同時施工,同時為不影響吊機的運轉,又能使空壓機和泥漿凈化器滿足施工的需要,先將其布置在兩側。施工用的其他的物資可根據現場的實際情況靈活布置,樁位編號見圖1。

每臺鉆機成孔的樁位順序如下:1號鉆機:⑨→①→?→④→?→⑥ ;2 號鉆機 :?→?→?→?→?→ ?;3 號鉆機 :⑦→ ③→⑩→②→⑧→⑤。

3 施工方法及工藝

3.1 施工現場準備情況

1)施工場地:棧橋及鉆孔平臺已搭設完畢。2)施工用水:取自附近河道,經檢驗合格。3)施工用電:兩個主墩各配置2臺500 kVA變壓器,再布置電網至每個施工作業點。4)施工便道:已完成施工便道填筑。

3.2 泥漿循環系統

根據實際情況,鉆孔施工利用泥漿池或鋼護筒形成泥漿循環池,并配備泥漿凈化器,鉆進過程中加強泥漿的凈化及處理。施工過程中主要采用自然過濾及機械過濾相結合的方法進行凈化,采用氣舉反循環鉆進將鉆機的出漿管泥漿經過過濾筒預篩處理,預篩處理過的泥漿再通過泥漿凈化器處理,處理過的泥漿經過管路回流至鉆孔施工的護筒內,分離出的鉆渣排至指定地點。

3.3 鉆孔施工

1)設備安裝調試。空壓機、泥漿分離器是整機,只要接駁電源即可。鉆機為組合機,需現場組裝,拼裝前備好起重用的各種型號的鋼絲繩和卸扣(吊整機用4根φ 38鋼絲繩、4只17 t卸扣,其他用φ 21.5鋼絲繩,各種吊裝均使用雙繩)。

2)鉆機就位。鉆機就位時,底盤必須水平、穩固。鉆塔與底盤保持垂直狀態,根據樁位中心及護筒垂直度,在偏差允許范圍內調整鉆孔中心,定位偏差不大于2 cm。定位時,根據測量的位置,先用十字交叉線定出樁位中心,在鉆盤中心掛一線錘,用水平尺、千斤頂等工具調整鉆機的機底座,墊實找平,保持動力頭中心與護筒中心在同一垂線上,同時底盤必須保持水平穩固狀態,在鉆進過程中及結束時對底盤四角點不間斷進行校核。

3)鉆進成孔。φ 2.0 m 刮刀鉆頭(配重10 t、法蘭螺栓連接后還必須用2 cm～3 cm厚U形卡焊接),采用氣舉反循環鉆進,在鉆孔過程中充分利用黏土層及時調整護壁泥漿指標(泥漿比重1.25～1.30,粘度不小于20 s,含砂率不大于4%),鉆進過程中應控制鉆進速度,每小時進尺不得超過2 m。

4)氣舉時置換風包鉆桿的應用。鉆孔時風包鉆桿設置位置如下:第一鉆孔階段風包加設在配重上端約40 m;第二鉆孔階段的第一個風包加設在配重上端約40 m,隨著孔深的增加,在60 m的位置加設第二個風包鉆桿,空壓機的能力能夠繼續使用第一個風包鉆進至100 m的孔深位置;此時第二個風包已埋入泥漿中40 m,反循環系統已經能夠正常工作,空壓機的能力可以使用滿足第二個風包鉆進至140 m的孔深位置;縮短了單孔作業的輔助時間。

5)鉆孔成孔質量標準見表1。

表1 鉆孔成孔質量標準

4 質量控制措施

4.1 鉆孔垂直度控制

1)開孔時必須用水平尺四方校正鉆盤、保持水平,交接班時每班都必須用水平尺進行檢查,發現傾斜立即糾正;2)采用大配重、減壓鉆進,始終讓加在孔底的鉆壓小于鉆具總重的50%。

4.2 樁徑的控制

1)鉆頭直徑要嚴格檢查,直徑應與樁徑相適應。施工過程中要及時檢查和修復,保證鉆頭的鋒利。2)加強護筒內壁掃孔,確保護筒內的泥皮充分剝落。

4.3 孔深控制

1)開鉆前準確量測鉆具尺寸并記錄,終孔時用測繩測定孔深,并用校對鉆具總長度的方法核定孔深。2)鉆進終孔前通知監理人員,鉆進達設計孔深后會同監理人員驗收。

4.4 確保成孔質量的措施

提高護壁泥漿配制質量和管理:配備ZX-200型泥漿凈化器,鉆進過程中定時對孔內泥漿進行指標測定,確保鉆孔過程中的泥漿各項指標均符合要求,減少清孔時間。根據我單位樁基施工的經驗,并結合鉆孔地質情況,采用二階段泥漿凈化系統。第一階段采取設置泥漿循環沉淀池、延長泥漿在沉淀池的循環路徑等措施,利用粉細砂的重力,從而達到了粉細砂自然沉淀、分離的良好效果。第二階段利用泥漿凈化器的除渣能力,將泥漿里的沉砂清除干凈,把沉渣控制到要求的指標內。

4.5 清孔

1)鉆孔過程中嚴格控制泥漿指標,減少終孔后二次清孔時間。2)第一次清孔階段:第二階段鉆進前及時進行反循環鉆進清孔,加快第一次清孔的時間。清孔時旋轉鉆具,將孔底鉆渣清除干凈。清孔后孔內泥漿指標參數如表2所示。

表2 清孔后孔內泥漿指標參數

5 鉆進過程中注意事項

1)在50 m以內采用正循環鉆進,同時做好泥漿的調制工作。2)加接鉆桿時,鉆桿連接螺栓應擰緊牢固,前10根鉆桿連接螺栓必須使用雙螺帽,認真檢查密封圈,以防鉆桿接頭漏水漏氣,使反循環無法正常工作。3)鉆孔過程應連續操作,不得中途長時間停止,盡可能縮短成孔周期。

6 結語

百米深樁施工難度大,工藝復雜,但施工過程中幾項高新工藝技術的應用(如:氣舉反循環鉆機的配型、鉆頭、置換風包鉆桿等的應用及護壁泥漿質量控制),大大提高了成樁質量,節約了施工時間,取得了顯著的經濟效益。

[1]黃家偉.鉆孔灌注樁施工工藝及質量控制[J].山西建筑,2007,33(14):111-112.