雙套護(hù)筒在處理深水鉆孔樁穿孔中的應(yīng)用

李冠東

1 工程概況

連江縣粗蘆島大橋?yàn)橐蛔绾４髽颍靥庨}江口岸，位于連江縣頭鎮(zhèn)東南角，東起于下塘山，西終于北山，全長(zhǎng)559.5 m;橫跨閩江烏豬港進(jìn)入粗蘆島，地處福州海積平原邊緣地帶。橋位水深一般為8 m～24 m，水面寬為430 m，受潮汐影響較大，潮汐性質(zhì)屬半日潮型，潮差較大。根據(jù)測(cè)量資料統(tǒng)計(jì):最高潮位4.5 m，最低潮位在-2.00 m，平均高潮位2.51 m，平均低潮位-1.59 m，最大潮差6.5 m，最小潮差1.14 m，平均潮差 4.10 m。潮流運(yùn)動(dòng)形式為往復(fù)流，漲潮流速最大為 1.03 m/s～1.65 m/s，最強(qiáng)潮在高潮前3 h，落潮時(shí)流速最大為0.82 m/s～1.29 m/s。

在進(jìn)行該橋鉆孔樁基礎(chǔ)施工中，10號(hào)-1鉆孔樁基礎(chǔ)直徑為1.8 m，鋼護(hù)筒直徑為 2.0 m，總長(zhǎng) 21 m，入土深度3.3 m(黏土)，水深17.0 m，護(hù)筒鉆孔樁鉆孔深度達(dá)到53.5 m時(shí)出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。

2 穿孔原因分析

樁基鉆進(jìn)過程中，鋼護(hù)筒內(nèi)泥漿流失較快，通常肉眼可看到孔內(nèi)水位高度明顯下降，甚至降到正常海面以下時(shí)的現(xiàn)象通常稱為穿孔現(xiàn)象;在樁基鉆進(jìn)到護(hù)筒底部以下一定位置，由于停電、造漿材料缺乏，孔內(nèi)泥漿補(bǔ)充不及時(shí)使孔內(nèi)泥漿比重達(dá)不到規(guī)定指標(biāo)，護(hù)壁出現(xiàn)塌孔從而穿孔的現(xiàn)象通常稱為反穿孔現(xiàn)象。穿孔現(xiàn)象部分是由于孔內(nèi)外壓力不平衡造成的，部分因?yàn)殇撟o(hù)筒底偏位較大(護(hù)筒半徑加大10 cm滿足不了)造成的。當(dāng)孔內(nèi)壓力大于孔外壓力出現(xiàn)穿孔時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，此時(shí)筒內(nèi)泥漿不斷流失，直到最低潮孔內(nèi)外壓力一樣時(shí)結(jié)束(低潮時(shí)孔內(nèi)水位低于海面3 m～5 m)。孔內(nèi)由于泥漿的流失沉渣迅速沉淀、孔底部泥漿比重加大。漲潮時(shí)(潮差6 h)孔內(nèi)水位不變，孔外水位迅速增加，使鋼護(hù)筒在孔外水壓遠(yuǎn)大于孔內(nèi)壓力的情況下變形。實(shí)際施工中，主要以孔內(nèi)泥漿比重較大，孔外壓力無法平衡孔內(nèi)壓力出現(xiàn)的穿孔現(xiàn)象較為突出。在14號(hào)-2，12號(hào)-2鉆孔樁施工中出現(xiàn)穿孔的原因主要是孔內(nèi)泥漿比重超過了設(shè)計(jì)容許的泥漿比重，使孔內(nèi)外水頭失去平衡，從而出現(xiàn)穿孔。10號(hào)-1鉆孔樁鋼護(hù)筒埋設(shè)時(shí)出現(xiàn)一定程度的傾斜，沖擊鉆在鉆進(jìn)過程中鉆頭與鋼護(hù)筒底腳處經(jīng)常摩擦，破壞鋼護(hù)筒埋設(shè)深度范圍內(nèi)土體的穩(wěn)定性，從而出現(xiàn)穿孔。

3 穿孔處理方案

在10號(hào)-1鉆孔樁施工中出現(xiàn)穿孔后，對(duì)出現(xiàn)穿孔的原因進(jìn)行分析，主要是10號(hào)-1鉆孔樁位于河流中部，水深(18 m以上)、水流急，鋼護(hù)筒安裝時(shí)，護(hù)筒底腳處偏位大于10 cm(護(hù)筒半徑比樁半徑大10 cm，護(hù)筒底部偏位不得大于10 cm)。在沖擊鉆施工時(shí)下落和提升鉆頭不斷的對(duì)鋼護(hù)筒底部進(jìn)行碰撞，使鋼護(hù)筒和土體的穩(wěn)定性遭到不同程度的破壞，從而出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。選擇低潮時(shí)在鋼護(hù)筒低潮位置向上1.0 m左右切開一個(gè)10 cm×5 cm矩形孔，使海水漲潮時(shí)能通過矩形孔流入孔內(nèi)，平衡孔內(nèi)外壓力，確保鋼護(hù)筒不變形。在原有鋼護(hù)筒外重新安裝一直徑為2.2 m的鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒下沉深度比原有鋼護(hù)筒深1.5 m以上。

4 施工方法

4.1 對(duì)穿孔位置進(jìn)行填塞處理施工

1)穿孔一旦發(fā)生立即派專人觀測(cè)孔內(nèi)水頭，確保孔內(nèi)水頭高度，當(dāng)孔內(nèi)水頭高于孔外水頭高度時(shí)，采用泥漿泵將孔內(nèi)泥漿抽入泥漿池，以防穿孔進(jìn)一步擴(kuò)大，加大處理難度。在孔內(nèi)水頭低于孔外水頭時(shí)，用泥漿泵將泥漿池中的泥漿抽入到孔內(nèi)，防止鋼護(hù)筒在外力作用下變形。

2)現(xiàn)場(chǎng)備黏土和河砂。向孔內(nèi)投土填至地面以上2.0 m左右，確保孔內(nèi)泥漿不再流失。

3)派潛水員熟悉水下穿孔情況，用船只將黏土袋、河砂袋運(yùn)至出現(xiàn)穿孔的墩位處，通過吊在鉆孔平臺(tái)的滑輪將黏土袋、河砂袋放入孔底。

4)采用沖擊鉆機(jī)對(duì)孔內(nèi)黏土實(shí)行小沖程沖擊。緩慢的鉆進(jìn)，到鉆錘再次鉆出護(hù)筒底2.0 m左右后，向孔內(nèi)投入水泥0.5 t，充分拌勻后靜置12 h，開始正常鉆進(jìn)。

4.2 外套護(hù)筒的施工

1)經(jīng)潛水員下水對(duì)鋼護(hù)筒變形情況進(jìn)行探測(cè)，護(hù)筒在水深中部變形最大、焊縫部分?jǐn)嚅_，向上或向下逐漸減小;護(hù)筒在地面以上4.0 m左右沒有變形，護(hù)筒上口向下4.5 m左右沒有變形。

2)安排潛水員實(shí)行水下切割。

3)潛水員將鋼護(hù)筒切除完成、出水面后，用起吊設(shè)備將鋼護(hù)筒提起，放在駁船上，運(yùn)回岸邊，用吊車吊起放到適宜的位置。將鉆孔平臺(tái)上的鉆機(jī)移出，移動(dòng)鉆孔平臺(tái)上原有工字鋼到合適位置，重新測(cè)量孔樁中心點(diǎn)，制作井字架作為導(dǎo)向架，簡(jiǎn)易導(dǎo)向架的大小比外套鋼護(hù)筒的大1 cm。導(dǎo)向架的中心與孔位中心位置重合。

4)購(gòu)置直徑為2.2 m，壁厚8 mm的鋼護(hù)筒，在加工廠焊成節(jié)長(zhǎng)為 9 m，6 m，3 m，1.5 m 不同長(zhǎng)度，每節(jié)鋼護(hù)筒采用對(duì)接焊，同時(shí)在每一條焊縫的周圍用20 cm×10 cm×1 cm厚的鋼板每間隔1.0 m焊一個(gè)連接片，確保鋼護(hù)筒在下沉過程中和鉆孔過程中不會(huì)出現(xiàn)焊縫脫焊斷開，在鋼護(hù)筒底端50 cm～100 cm范圍，外貼1 cm厚同樣弧度的加強(qiáng)鋼板，防止振動(dòng)沉入時(shí)卷邊變形。用汽車吊將鋼護(hù)筒堆放在岸邊，船吊隨時(shí)能起吊的位置。

5)鋼護(hù)筒安裝采用船吊起吊、振動(dòng)錘配合人工進(jìn)行。安裝第一節(jié)鋼護(hù)筒時(shí)，盡量選擇水位降至底層井字架后，避免鋼護(hù)筒破壞底層井字架。當(dāng)下沉鋼護(hù)筒的長(zhǎng)度與切除鋼護(hù)筒長(zhǎng)度相當(dāng)時(shí)，必須放慢下沉速度，使現(xiàn)有鋼護(hù)筒能將切除鋼護(hù)筒出露地面部分全部套入現(xiàn)有護(hù)筒內(nèi)。鋼護(hù)筒入土必須選擇在平潮時(shí)進(jìn)行，以防鋼護(hù)筒受水流作用底部發(fā)生偏位現(xiàn)象。鋼護(hù)筒在靠自重沉入地面一定深度不再下沉?xí)r，用船吊起吊振動(dòng)錘，首先靠振動(dòng)錘的重量下沉。在振動(dòng)錘和護(hù)筒自重作用下仍無法繼續(xù)下沉?xí)r，開啟振動(dòng)錘電源，振動(dòng)錘的振動(dòng)力由護(hù)筒傳遞給土體，使鋼護(hù)筒沉入到設(shè)計(jì)深度。檢查鋼護(hù)筒的豎直度、焊縫情況等，符合要求后將鋼護(hù)筒固定在鉆孔平臺(tái)上，按照正常的鉆孔作業(yè)方法進(jìn)行鉆孔樁施工。

4.3 雙套護(hù)筒的施工

1)當(dāng)鉆孔樁出現(xiàn)穿孔后，停止鉆孔作業(yè)，人工在鋼護(hù)筒低潮水位以上1.0 m左右切除10 cm×5 cm矩形孔，確保漲退潮自動(dòng)控制孔內(nèi)水頭，防止鋼護(hù)筒變形。

2)根據(jù)原有鋼護(hù)筒埋置深度，定制鋼護(hù)筒的直徑和鋼護(hù)筒長(zhǎng)度，以便保證能及時(shí)進(jìn)行鋼護(hù)筒安裝和鉆孔樁的施工。鋼護(hù)筒采用在加工廠焊成節(jié)長(zhǎng)為9 m，6 m，3 m，1.5 m的不同長(zhǎng)度，每節(jié)鋼護(hù)筒采用對(duì)接焊，同時(shí)在每一條焊縫的周圍用20 cm×10 cm×1 cm厚的鋼板每間隔1.0 m焊一個(gè)連接片，確保鋼護(hù)筒在下沉過程中和鉆孔過程中不會(huì)出現(xiàn)焊縫脫焊斷開，在鋼護(hù)筒底端50 cm～100 cm范圍，外貼1 cm厚同樣弧度的加強(qiáng)鋼板，防止振動(dòng)沉入時(shí)卷邊變形。同時(shí)，移動(dòng)鉆機(jī)，將原有用來保證鋼護(hù)筒豎直度的井字架進(jìn)行改裝，井字架作為簡(jiǎn)易導(dǎo)向架的大小比外套鋼護(hù)筒的大小大1 cm。導(dǎo)向架的中心與孔位中心位置重合。

3)鋼護(hù)筒埋置采用船吊、振動(dòng)錘配合人工進(jìn)行。護(hù)筒安設(shè)前，將原有鋼護(hù)筒割開的矩形孔用鋼板焊好，及時(shí)進(jìn)行外護(hù)筒的埋設(shè)。安裝第一節(jié)鋼護(hù)筒時(shí)，盡量選擇水位降至底層井字架后，避免鋼護(hù)筒破壞底層井字架。鋼護(hù)筒入土必須選擇在平潮時(shí)進(jìn)行，以防鋼護(hù)筒受水流作用底部發(fā)生偏位現(xiàn)象。鋼護(hù)筒在靠自重沉入地面一定深度不再下沉?xí)r，用船吊起吊振動(dòng)錘，首先靠振動(dòng)錘的重量下沉。在振動(dòng)錘和護(hù)筒自重作用下仍無法繼續(xù)下沉?xí)r，開啟振動(dòng)錘電源，振動(dòng)錘的振動(dòng)力由護(hù)筒傳遞給土體，使鋼護(hù)筒沉入到設(shè)計(jì)深度。檢查鋼護(hù)筒的豎直度和焊縫，符合要求后將鋼護(hù)筒固定在鉆孔平臺(tái)上，按正常鉆孔樁進(jìn)行施工。

5 結(jié)語

在10號(hào)-1樁的處理中，安全和質(zhì)量都得以有效的保證，克服安全、質(zhì)量隱患，同時(shí)也有效的控制了成本。雙套護(hù)筒在處理穿孔問題上具有較為明顯的安全、質(zhì)量效果和節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)。

[1] 孫新華.鉆孔灌注樁施工工藝及常見缺陷處理[J].山西建筑，2008，34(7):141-142.