大直徑樁基兩次成孔法在橋梁基樁中的應(yīng)用

孫建民

1 概述

所謂大直徑樁,按國內(nèi)外習慣,往往指樁徑大于80 cm的樁基,多在較硬持力層埋深不大或樁較長時,為保證其長徑比L/d不致過大的情況下采用。

橋梁樁基設(shè)計中,樁徑在120 cm～150 cm較為多見,施工中已有成熟可行的經(jīng)驗。但對于部分大橋中出現(xiàn)的樁徑180 cm,200 cm的大直徑樁基,普遍存在成樁效率低,成孔時間長,以致加大塌孔的可能等問題。

某高速公路施工中,我們根據(jù)工程實際,通過試樁施工,采用了兩次成孔法,效果顯著。

2 工程概況

山西某公路工程,雙向四車道高速公路標準建設(shè)。其中某大橋,橋長245 m,橋梁基樁采用樁長 60 m、樁徑 200 cm的大直徑灌柱樁基礎(chǔ)。

基樁區(qū)域主要地質(zhì)情況為黏土層、黏土與粉細砂互層,樁底標高持力層為粉質(zhì)黏土層。

3 大直徑樁兩次成孔法及現(xiàn)狀分析

3.1 成孔工藝的選擇

橋址所在區(qū)域地下水位約在樁頂標高下20 m處,施工采用泥漿護壁成孔工藝。

同時,考慮設(shè)計樁長、樁徑對于成孔機械性能的要求,采用旋挖鉆機進行成孔作業(yè)。

3.2 旋挖鉆機一次成孔工藝及現(xiàn)狀分析

3.2.1 旋挖鉆機一次成孔工藝

1)鉆機就位。首先做好場地的平整,使主機左右履帶板處于同一水平面上,動力頭施工位置朝履帶順直方向布置,調(diào)整好機身前后左右的水平。同時將鉆機桅桿調(diào)整至垂直于孔口的水平面,使鉆頭中心置于護筒內(nèi)的樁中心位置。2)鉆孔。開孔時將護筒內(nèi)注入足夠的泥漿(即保證高出地下水1 m～2 m),然后用旋挖鉆斗將孔內(nèi)鉆渣依次挖出,并在成孔中間隨時補充泥漿,保證護筒內(nèi)泥漿水頭壓力,安排裝載機將鉆斗挖出的鉆渣清理到場外。3)清孔。鉆至設(shè)計標高時用帶有活門的筒形鉆清理沉渣,即一次清孔。

當孔壁泥漿皮沉淀較厚時,可用掃孔鉆頭上下往復,掃刷孔壁。

清孔后提出鉆頭,由質(zhì)量員和工程監(jiān)理進行孔徑、孔深、垂直度檢測,驗收合格后,移走鉆機,蓋好蓋板,進行下道工序施工。

3.2.2 旋挖鉆機一次成孔現(xiàn)狀分析

1)成孔效率。施工過程中對于樁徑2 m的灌注樁,若采用旋挖鉆機、主要地質(zhì)情況為黏土層、黏土與粉細砂互層時,成孔效率約為 50 m/d～55 m/d(三班連續(xù)作業(yè))。缺點:成孔效率低,成孔作業(yè)時間長,有限工期條件下機械設(shè)備投入量大。2)成孔質(zhì)量控制難點。大直徑、長樁前提下,成孔過程中最容易發(fā)生的質(zhì)量問題就是鉆孔偏斜和孔壁坍塌。

鉆孔偏斜一般發(fā)生在有傾斜的軟硬地層交界處鉆進或鉆出過程中遇到較大孤石或探頭石時,施工過程中只要根據(jù)鉆頭鉆進速度、鉆具平穩(wěn)狀況等進行判斷,然后針對前一種情況采取低速鉆進、隨時校正鉆桿的垂直度來預防,針對后一種情況,采用巖石鉆頭鉆碎孤石后再正常鉆進的方式進行處理。但對于塌孔現(xiàn)象,則明顯與作業(yè)時間長短、設(shè)計孔壁暴露時間長短直接相關(guān)。

3.3 大直徑樁兩次成孔法施工工藝及優(yōu)勢

3.3.1 旋挖鉆機兩次成孔工藝

1)初次鉆孔。鉆機就位后,開孔時將護筒內(nèi)注入足夠的泥漿(即保證高出地下水1 m～2 m),然后采用直徑1.5 m旋挖鉆頭,按一次成孔的工藝成孔,鉆進出渣,并在成孔中間隨時補充泥漿,保證護筒內(nèi)泥漿水頭壓力。2)二次成孔。初次成孔至孔底標高后,換用直徑2.0 m鉆頭,再次按一次成孔的工藝成孔,重新鉆進出渣,至設(shè)計樁底。3)采用帶有活門的筒式鉆頭清理沉渣,進行一次清孔。

3.3.2 大直徑樁兩次成孔法施工優(yōu)勢

1)采用兩次成孔法的最大優(yōu)勢,就是提高施工效率,在同等工作量、同等工期要求下,可減少設(shè)備投入量,從而提高經(jīng)濟效益。2)由于提高成孔效率,縮短了孔壁暴露時間,且只有二次成孔過程中,才有可能出現(xiàn)塌孔影響,同時,設(shè)計孔壁暴露時間縮短至原來的1/4左右,最大限度地降低了出現(xiàn)塌孔的可能。

4 兩次成孔法與一次成孔法的對比

4.1 成孔效率

以樁長60 m,樁徑200 cm的灌注樁為例,若主要地質(zhì)情況為黏土層、黏土與粉細砂互層的樁基,采用旋挖鉆機作業(yè)時:一次成孔平均作業(yè)時間為連續(xù)28 h成孔一個;兩次成孔平均作業(yè)時間為連續(xù)15 h成孔一個;平均每根樁提高效率 13 h。

4.2 成孔質(zhì)量控制

由于提高成孔效率,且首次成孔后由于孔徑遠小于設(shè)計孔徑,設(shè)計孔壁實際暴露時間僅僅為6 h～7 h,為一次成孔孔壁暴露時間的1/4,也明顯地減少了孔壁坍塌的可能,有力地保證了成孔質(zhì)量。

由于其他原因引起的塌孔,可通過以下措施預防:1)由于泥漿指標不符合要求,起不到護壁作用造成的塌孔。根據(jù)現(xiàn)場施工條件和地層情況,在基本配合比的基礎(chǔ)上進行調(diào)配試驗,直到泥漿各種指標都符合要求后才能正式施工。施工過程中,應(yīng)隨時測定泥漿的各種指標,出現(xiàn)偏差,及時調(diào)整。2)由于鉆具提升、下降速度過快,沖刷孔壁形成坍孔。同時,在快速上提鉆斗時,在其下方可能產(chǎn)生負壓,而導致孔壁坍塌。施工中應(yīng)按孔徑大小及土質(zhì)情況來調(diào)整鉆斗的升降速度。3)由于鉆進流砂、軟塑淤泥質(zhì)土層或松散砂層等易塌孔地層進尺太快,孔壁來不及形成泥膜,造成塌孔。根據(jù)不同的地層采用不同的鉆速,一般黏土層,每鉆進尺50 cm左右,在松散砂礫、砂層中鉆進時,每鉆進尺35 cm左右,并適當加大泥漿密度。

5 施工成果

1)目前,該樁基工程已交工驗收,現(xiàn)場各項檢測均滿足設(shè)計要求。2)兩次成孔經(jīng)驗已被本項目其他標段施工過程中借鑒采用,效果良好。

6 結(jié)語

我們采用以上所述的樁基兩次成孔法,成功地進行了超大直徑樁基工程的成孔作業(yè),實現(xiàn)了橋梁樁基施工的高效、優(yōu)質(zhì)、安全可靠的施工目標,取得了很好的施工效果。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 《樁基工程手冊》編寫委員會.樁基工程手冊[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3] 呼延鋒.旋挖成孔灌注樁施工[J].山西建筑,2009,35(21):124-125.