淺水區軟弱地層超長鉆孔樁施工技術

朱興禮

1 工程概況

1)橋型簡介。沿海高速公路青鋒農場樞紐互通立交橋,主線橋1座/1.737 km,匝道橋 8座/1.532 km。本橋上部結構采用裝配式部分預應力混凝土連續箱梁及現澆預應力混凝土連續箱梁兩種形式;下部結構采用柱式墩、肋板臺、樁基礎。本橋鉆孔灌注樁共有494根,最大樁徑1.8 m,最大樁長65 m。

2)地質條件。本橋路線穿越區為海相及海陸交互沉積地貌,地層結構主要為粉質黏土、粉細砂、軟土、軟弱土、粉土、黏土等,多呈互層狀分布,埋深4 m～20 m范圍內有軟土、軟弱土透鏡體分布。

3)水文特征。路線所在區域水系十分發育,屬于水網地帶。本橋幾乎全部位于有水區域,水深一般在1.5 m左右。

2 施工操作要點

2.1 施工準備

本合同段的橋梁全部位于有水區域,樁基施工前須先行施工擋水圍堰,隨后在擋水圍堰的保護下進行樁基鉆孔平臺施工。即施工前先利用水陸兩用挖掘機沿施工區域修筑初期圍堰,圍堰頂寬1.5 m,高出附近水面50 cm～80 cm。圍堰修筑完成后,抽干堰內積水,然后用普通挖掘機將圍堰頂部加寬至3 m,并視實際情況在圍堰迎水面鋪設防水土工布。圍堰迎水面邊坡坡度按1∶1.5,背水面邊坡坡度1∶1控制,用挖掘機斗將坡面夯實。最后根據橋梁樁位情況利用推土機清理掉表層淤泥,分層回填50 cm厚8%石灰土,從而形成鉆孔施工平臺。鉆孔平臺如圖1所示。

2.2 埋設護筒

本橋橋位處地表結構層多為黏土或粉質黏土,層厚為1.2 m～1.9 m,其下為粉砂或粉土,層厚一般約為1.4 m,而粉砂土極易液化,護筒埋深過淺易造成護筒底漏漿和坍孔,故采用厚度10 mm的鋼板制作成整體鋼護筒,直徑2 m,長度 4 m,此類護筒強度高,剛度大,適應性強,有利于實現機械化作業,能加快施工進度。護筒埋深要求在地面以下不小于3.7 m,頂端高出地面0.3 m。鉆機就位前,用長臂挖掘機開挖至護筒埋設底標高并吊裝護筒,然后檢查護筒中心和垂直度,符合要求后四周分層回填黏土。

2.3 泥漿制備

橋位處地質情況為軟土,軟弱土層較厚,且粉砂層、粉細砂層與黏土層按互層狀排布,在鉆進過程中,護壁不好極易坍孔,故采用了粘結性強的膨潤土造漿。膨潤土泥漿具有相對密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、穩定性強、固壁能力高、鉆具回轉阻力小、鉆進率高、造漿能力大等優點。而且本項目沿線地表水均屬于中性～弱堿性水,pH值位于7～9之間,能增加水化膜厚度,提高泥漿的膠體率和穩定性,降低失水量。鉆孔泥漿的性能指標如表1所示。

表1 泥漿各項性能指標表

2.4 鉆機就位

鉆機調平并對準樁孔中心,調直鉆桿,將鉆頭中心與樁位對齊,保證插鉆正確,防止鉆孔偏斜。平臺部分位置承載力比較低,為避免地基局部受力產生不均勻沉陷,影響鉆機穩定性和對孔壁產生壓力,鉆機在就位時均在其底鋪放枕木,以增大受力面積。

2.5 鉆孔

軟弱地層條件下,鉆孔施工必須要迅速、安全,爭取在最短時間內完成,否則極易縮頸甚至坍孔,根據本項目施工情況,鉆進時要注意以下幾點:1)開始鉆進時,尤其是護筒刃腳處時,應低擋慢速鉆進,使刃腳處有堅固的泥皮護壁。鉆至刃腳下1 m以后,可按土質以正常速度鉆進。2)在黏土中鉆進,由于泥漿粘性大,鉆錐所受阻力也大,易糊鉆。宜采用中等轉速,稀泥漿鉆進。3)在砂土或軟土層鉆進時,易塌孔。宜進尺稍慢,輕壓低擋慢速,稠泥漿鉆進。4)鉆進過程中,必須注意檢查鉆機是否傾斜、移位,檢查方法為利用十字護樁檢查鉆桿中心位置,用鉛垂和水平尺檢查鉆桿是否垂直,轉盤是否水平;同時通過從泥漿溝中撈取鉆渣樣品,查明土類并記錄,與設計資料核對,及時調整進尺速度,優化鉆孔施工技術。

通過以上措施,在鉆孔施工中,單臺鉆機平均25 h便可以完成一根長度為60 m的鉆孔樁施工,并且成樁質量較好。

2.6 清孔換漿

當使用正循環回轉鉆進終孔后,停止進尺,稍提鉆頭離孔底20 cm空轉,并保持泥漿正常循環,以中速壓入比重為1.1～1.2的較純泥漿,把鉆孔內懸浮鉆渣較多的泥漿換出,進行第1次清孔,根據鉆孔直徑和深度,換漿時間約為4 h～6 h。第2次清孔在鋼筋籠下放完后進行,灌注前泥漿可以達到比重1.07～1.10;粘度18 s～20 s;含砂率小于1%;膠體率大于98%。

2.7 鋼筋籠制作與入孔

鋼筋籠在加工場統一加工,采用自動滾焊成型機制作,通過自制雙輪拖車運輸到樁位,再使用汽車起重機起吊入孔。鋼筋籠下放時須采用直徑75 mm(混凝土保護層75 mm)的4根鋼管在護筒頂部均勻分布懸掛協助鋼筋籠定位,待混凝土澆筑至頂后再拔除;同時將鋼筋籠4根主筋延長,使其露在孔內水面以上,然后恢復樁位進行對中,對中好后再用吊筋懸吊;鋼筋籠頂部通過鋼筋與護筒口焊接相連,以預防鋼筋籠在混凝土灌注過程中上浮。

2.8 水下混凝土灌注

灌注混凝土前,檢測孔底沉淀厚度,大于規定,則采用導管加特制彎管作為進漿管再次清孔。混凝土采用拌合站生產,混凝土攪拌運輸車送至現場。因鉆孔平臺承載力不高,灌注過程中反復輪壓勢必需要隨時修筑,耽擱時間較長,不利于混凝土成樁質量,故采用鉆機提升導管,混凝土泵車灌注的方案。采用這一方案,一根混凝土方量在120 m3左右的樁僅需3 h即可灌注完成。

3 特殊情況處理

1)漏漿。孔內漏漿多發生在護筒刃腳位置,如護筒土質松軟發現漏漿時,可向孔中倒入適量水泥或膨潤土,停止泥漿循環,讓鉆頭空轉,使濃漿液擠入孔壁堵住漏漿孔隙,穩住泥漿后再繼續鉆進。

2)縮孔。縮孔是因地層中有遇水膨脹的軟土、黏土泥巖造成的,應采用失水率小的優質泥漿護壁。已發生縮孔時,宜在該處用鉆錐上下反復掃孔以擴大孔徑。

3)擴孔。正循環回轉鉆深孔時,一般從主吊鉤以下提引水籠頭,此時鉆桿到鉆錐全部鉆具重量都作用于鉆孔底部,則細長的鉆桿容易受壓而彎曲,從而造成鉆錐擺動引起擴孔的現象。為避免此現象須采用減壓鉆進,即將主吊鉤稍提起一些,使孔底承受的鉆壓不超出鉆具總重量扣除浮力后的80%,這樣可使鉆桿不受壓力,而且還受一部分拉力,在整個鉆進過程中因受拉而維持垂直狀態,使鉆錐回轉平穩,避免或減少了斜孔、彎孔和擴孔現象。

4)塌孔。塌孔不嚴重時,可回填至塌孔位置以上,并采取改善泥漿性能、加高水頭等措施處理;塌孔嚴重時,應立即將鉆孔全部用砂或小礫石夾黏土回填,暫停一段時間后,重新鉆進。塌孔部位不深時,可采取深埋護筒法,將護筒周圍土夯實,重新鉆孔。

4 樁基檢測

樁基檢測方法為:當樁長不大于50 m時采用小應變無破損檢測;當樁長大于50 m時采用超聲波法進行檢測。本橋主線橋全部采用超聲波法進行檢測,目前已經檢測完成70%,全部為Ⅰ類樁。

5 結語

本橋494根鉆孔灌注樁已經全部施工完成,選擇上述施工工藝既保證了樁基成樁質量,又加快了工程施工進度,起到了不可替代的作用。實踐也證明,在瀕海地段淺水區域軟弱地層條件下,采用整體長護筒,膨潤土泥漿墻護壁,泵吸正循環工藝快速施工超長鉆孔樁的方案是正確的。

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