阜陽泉河大橋超長大直徑鉆孔樁施工技術

胡金山

(中鐵四局集團有限公司，安徽合肥 230009)

1 工程概況

阜陽泉河大橋位于安徽省阜陽市城區西北向南京路上。該橋全長710m，主橋為(77+110+77)m三跨V形墩單箱斜腹板連續剛構橋，梁寬15 m。大橋主跨跨泉河，邊跨跨南北兩岸大堤。大橋為左右分離的雙幅橋，單幅寬度15 m，主墩為9號，10號墩，單墩設計鉆孔樁數量為6根，樁徑1.8 m，設計樁長75.15 m;成孔樁長9號墩84.2 m，10號墩83.6 m。設計樁底標高 －55.00 m。單樁C25混凝土191.25 m3。

2 地基情況及鉆機選型

泉河大橋9號，10號墩位于泉河大堤以內，采用人工填土作為鉆機施工平臺，填土厚度2 m～4 m。自填土底到樁底地層情況分布見表1。

表1 泉河大橋主橋樁基地質情況表

樁基主要穿過粘土、亞砂土、亞粘土等土層。根據鉆機的性能和適用范圍故選擇反循環旋轉鉆。因為反循環旋轉鉆排除鉆渣連續性好，速度較快，功率較高，護壁效果好。此鉆機最大鉆孔孔徑可達300 cm，深度可達80 m～120 m。針對泉河大橋直徑為1.8 m、鉆孔樁長為80 m左右的樁基，鉆機主要采用GPS-22反循環旋轉鉆。正常情況下，該鉆機鉆孔時間平均為3 d/根～4 d/根，平均成樁時間為5 d/根～6 d/根，加之移機就位時間，至少需要7 d可完成一個成樁循環。根據現場實際情況和工期要求，9號，10號墩各配備3臺GPS-22反循環旋轉鉆機。

3 技術質量控制要點

施工單位在施工中能對最薄弱的環節予以關注，予以加強，就能收到事半功倍的效果。根據大直徑超長鉆孔灌注樁的特點，結合泉河大橋主橋大直徑超長鉆孔灌注樁施工中易存在的問題及控制要點評述如下。

3.1 孔的豎直度

鉆孔灌注樁的豎直度是保證樁基承載能力的重要一環，樁身較長、樁徑大，樁的豎直度不僅影響樁基單根承載力，而且有可能造成相鄰樁之間的影響，所以在施工中要加強控制。為避免鉆孔傾斜影響樁基承載力，泉河大橋鉆孔樁主要從四個方面進行控制:

1)填筑施工平臺:選用砂粘土并保證填筑質量。迎水面采用短木樁加草袋圍堰護岸。木樁完成后在木樁背面用竹笆圍擋后，分層填土壓實，并定時觀測其土體穩定情況。

2)對同一墩臺鉆孔樁施工嚴格控制鉆孔順序，采用跳打法施工。

3)鉆機就位前，對鉆孔前的各項準備工作進行檢查，包括主要機具設備的檢查和維修，鉆機安裝就位后，鉆機轉盤保持水平，底座和頂端應平穩，不得產生位移和沉陷，鉆機轉盤中心與護筒中心位置偏差不得大于±50 mm。

4)鉆孔過程中，要隨時校核轉盤水平、鉆桿垂直度，發現傾斜及時糾正，并根據土質情況控制鉆孔速度。通過以上控制泉河大橋大直徑超長鉆孔樁垂直度得到了有效的控制，鉆孔樁傾斜率均不大于1%。

3.2 縮孔

由于本橋樁基主要穿過粘土、亞砂土、亞粘土等土層，且樁長長、孔徑較大，鉆進時間較長，易產生縮孔現象。縮孔造成的最直接影響是導致探孔器鋼筋籠無法下放，更為過者甚至塌孔。該橋防治的主要措施是加強對孔徑的檢測與控制，提高泥漿質量，增大泥漿比重，同時減少空孔時間。

1)在鉆孔前及加桿過程中嚴格檢查鉆頭直徑，以保證其不小于設計樁徑。

2)在孔口人工回填土土層施工時，投入少量粘土，放慢鉆進速度。

3)在粘土層施工時，適當加快鉆進速度，采用自制泥漿控制泥漿比重，防止泥比過大導致鉆頭被卡。

4)在進入砂層鉆孔時，投入優質粘土，控制鉆進速度，保證砂層處的泥漿護壁質量。

5)在成孔經檢查達到設計孔徑和樁長時，及時進入下道工序施工，以縮短空孔時間。

通過上述處理方法，泉河大橋大直徑超長鉆孔樁孔徑得到了有效的控制，鉆孔樁縮孔不超過規范要求。

3.3 鋼筋籠制作與安裝

由于大直徑超長鉆孔樁鋼筋籠骨架直徑較粗、長度較長，防止骨架在運輸、吊放中變形更為困難。

1)鋼筋籠的制作:大直徑鉆孔樁鋼筋籠制作同一般鉆孔樁在鋼筋加工場地進行分節制作。超聲波檢測管與鋼筋籠同時加工制作，每根樁埋設三根，成等邊三角形布置在鋼筋籠內側，并用鐵絲與鋼筋籠固定在一起。聲測管應下端封閉，上端加蓋，管內無異物;聲測管連接處應光滑過渡，采用螺紋連接或“U”形卡焊接的方式。管口應高出樁頂0.5 m，且各聲測管管口高度宜一致。

2)鋼筋籠的分節與連接:由于鋼筋籠長達70 m，截面接頭數量為φ25的鋼筋50根，因此鋼筋籠的分節與連接將直接影響到樁基的空孔時間。a.根據鋼筋籠特點，泉河大橋針對大直徑超長鉆孔樁對鋼筋籠長度分節見表2。b.鋼筋籠首先采用單面焊接，但為了加快進度，本橋對大直徑超長鉆孔樁鋼筋籠采用冷擠壓連接，冷擠壓連接較單面焊接時間略快，但冷擠壓連接上下對稱要求較高，由于鋼筋籠主筋為50根，所以連接起來非常困難，一旦上下對不上，調整相當費時，且該連接成本較高。故該橋采用單面焊接及加大鋼筋籠加工長度的方法以縮短下籠時間和保證下籠質量。

表2 鋼筋籠分節長度

3)鋼筋籠的吊裝:為了保證骨架起吊時不變形，泉河大橋針對主橋大直徑超長鉆孔樁骨架特點，鋼筋籠吊裝使用50 t吊車采用兩點起吊法:第一點設在骨架的下部，第二點設在骨架的中點到上三分點之間。

3.4 沉渣與沉淤

為保證樁的質量，混凝土灌注前進行正確的清孔方式是十分重要的。泉河大橋針對大直徑超長鉆孔樁采用如下清孔方法:

1)確定終孔后，鉆頭提高距孔底20 cm～30 cm，空鉆2 h～3 h，然后不停地進行換漿、撈渣。然后安放導管進行二次清孔，直至達到灌注混凝土前的泥漿質量指標:泥漿比重不大于1.1、含砂率不大于2%和孔底沉淤不大于20 cm為止。2)灌注前抽吸2 min左右，一方面抽出一定的沉渣，另一方面泥漿的抽吸作用導致一部分沉渣、沉淤上浮，而且短時間內不會沉淀。然后進行混凝土灌注，混凝土墜落的巨大沖擊力還能濺除最后殘余的部分沉渣與沉淤，此方法可基本上將孔底沉渣清除干凈。

3.5 混凝土灌注

混凝土灌注是最后一道也是最關鍵的一道工序。首先必須嚴格按設計強度配制混凝土。在保證混凝土質量合格的前提下，導管法水下灌注混凝土質量難以控制的主要原因是:1)不能像上部結構施工那樣逐層振搗;2)由于導管埋在泥漿和混凝土中，混凝土的灌入阻力是相當大的。要克服很大的灌入阻力保證混凝土樁身質量，必須有相當大的沖擊力，沖擊力越大，完成每一斗混凝土灌注的時間越短，混凝土樁身越均勻。由于混凝土是由水泥、砂、石子配制的混合料，不同材料、不同粒徑則摩擦系數不一樣，因此僅靠靜力平衡產生的超壓力緩慢流淌，則易造成混凝土粗骨料在樁芯堆積，隨半徑增大而遞減。樁身不勻，則影響樁的抗壓強度。

鑒于以上原因，泉河大橋大直徑超長鉆孔樁水下混凝土灌注從以下三點加強對首批混凝土和終孔混凝土的控制:

1)導管安裝。混凝土導管接頭為卡口式，直徑300 mm，壁厚8 mm，分節長度2.5 m，底節長5 m。導管在使用前必須進行過球、水密和承壓試驗。待試驗合格后方可使用，導管下放過程中應保持導管位置居中，軸線順直，逐步沉放，防止卡掛鋼筋籠和碰撞孔壁。導管底部距孔底應有350 mm～500mm的空間。導管在安裝過程中，派工程技術人員現場指揮并做好記錄。

2)控制首批混凝土量。首批混凝土灌注數量應使導管埋深不小于1 m，及現場應配備一個的漏斗，并在漏斗內設置一間距為10 cm×10 cm的過濾網。物體的沖擊能量與質量和速度有關，在速度相同的情況下就取決于質量。根據動量原理可得自由落體的平均沖力公式如下:

其中，m為落體質量;t為作用時間;h為落體高度;g為重力加速度。假設首灌大斗方量為6m3，混凝土容重為24 kN/m3，則m約為14.4 t，假設 h=80 m，t=1.0 s，由公式求得 F=7 113.300 kN。平均沖力是混凝土自重的49倍，實際瞬時沖力的峰值比平均沖力高達一倍以上。在巨大沖力的作用下，樁底沉渣、沉淤被濺開，樁端與持力層能較好地結合，這樣不但滿足了首盤封底的要求，而且也確保了鉆孔樁端承力的發揮。

但由于孔徑越大，首批灌注的混凝土量越多，由于混凝土量多，攪拌時間長，因此可能出現離析現象，首批混凝土在下落過程中，由于和易性變差，受的阻力變大，常出現導管中堵滿混凝土，甚至漏斗內還有部分混凝土，此時應加大設備的起重能力，以便迅速向漏斗加混凝土，然后再稍拉導管，若起重能力不足，則應用卷揚機拉緊漏斗晃動，這樣能使混凝土順利下滑至孔底，下灌后，繼續向漏斗加入混凝土，進行后續灌注。

3)灌注終孔混凝土控制。為防止大直徑超長樁頂混凝土浮漿多，在混凝土灌注終孔時，混凝土面應高出設計樁頂1.0 m～1.5 m，以保證鉆孔樁頂的混凝土質量。水下混凝土灌注完成后，護筒不應立即拔出，應在水下混凝土達到2.5 MPa后方可拆除。水下混凝土灌注完畢，待樁上部混凝土初凝后，即解除鋼筋籠的固定，使鋼筋隨混凝土收縮，避免粘結力的損失，并將孔洞內填砂或覆蓋木板至原地面，以防引起人身安全意外事故。

4 結語

通過對以上對策的實施，我項目樁基鉆孔、灌注施工質量得到了很好的控制，其孔徑、孔深、垂直度均在施工中控制良好，開挖后中心線、樁頂高程等均符合設計及規范要求，樁基檢測合格率達100%，其中一類樁達91.7%。

［1］交通部第一公路工程總公司.橋涵(上冊)［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］中鐵大橋局集團有限公司.大直徑深孔鉆(挖)孔灌注樁施工講義［Z］.2005.

［3］JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范［S］.