阿夸依博州23.3公路項目NDIYA橋樁基承壓水分析及處理

在阿夸依博州23.3公路項目NDIYA橋樁基施工過程中遇到較強的承壓水。在施工過程中根據(jù)現(xiàn)場實際地質情況采用了“排”和“壓”的方法來解決承壓水的問題并獲得了成功。通過這兩種方法的結合使用很好的解決了在有強承壓水的地質條件下進行鉆孔灌注樁的施工問題，保證了施工質量并且大大的提高了鉆孔灌注樁的施工成功率。

工程概況

NDIYA橋位于K6+100處，為1跨33米中橋，主梁采用預應力混凝土，兩個橋臺下各有9根直徑1米的樁基支撐，設計樁長37米。所跨河流為季節(jié)性河流，旱季水位較低清澈見底，雨季水量充沛。兩岸植被茂盛，多小灌木。

工程地質情況

阿夸依博州23.3公路項目NDIYA橋位于尼日利亞東南部沿海地區(qū)距離海邊僅15公里，屬于海相沉積地質，黏土層、砂層淤泥層層疊分布。根據(jù)現(xiàn)場地質勘察報告，樁位處各地質層主要為粉質粘土層、粉砂層、有機質淤泥層、細砂層和粗砂層。

根據(jù)現(xiàn)場鉆孔情況，確定承壓水層位于兩層砂層之間，距離地面20-30處，水層內含有大量的黑褐色有機質和細砂。噴涌承壓水量40方/小時。

承壓水情況分析

1. 承壓水情況簡述

2014年1月份27日，NDIYA橋第一根樁開始施工，施工方法采用旋挖鉆機成孔法。當鉆至細砂層時發(fā)現(xiàn)孔內出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。為準確測出涌水量，項目部決定采用加高加大護筒的方法觀測承壓水的涌出情況。在涌水孔處放置高2米直徑2米的大護筒，經過一天的觀測，發(fā)現(xiàn)最終平均涌水速度為40方/小時。

2.承壓水水壓高度分析

測量出準確的承壓水水頭高度是制定鉆孔方案的首要任務。根據(jù)測出的涌水量，決定先采用打泄水井的方式為承壓水減壓。在樁基承臺外側打泄水井1，泄水井鉆至承壓水層時由于涌水的巨大壓力使得鉆頭無法下鉆。為防止泄水井塌孔，采用25米長內徑50厘米的鋼管護壁，在鋼管底部2米范圍內設置直徑2厘米的滲水孔，并在外側圍上鋼絲網(wǎng)。將15-22毫米碎石灌入到泄水井內鋼管外側至原地面，在鋼管頂部開方孔以利于排水。

1號泄水井施工完成后排水量同樣為40方/小時。兩天后水量逐漸減少，但此時大護筒內的承壓水依然外流，此時判斷承壓水的水頭高過原地面2米以上。無法知道承壓水的水頭高度，2月6日開始2號泄水井的施工，鉆至25米深處，出現(xiàn)承壓水，壓力依然很大，且大護筒內的承壓水依然外涌。2月9日開始第三個泄水井的施工，鉆至42米，半小時后塌孔至20米大護筒內水面開始穩(wěn)定，此時1號2號泄水井排水量逐漸減小，3號泄水井排水量很大達到35方/小時。

據(jù)此承壓水水頭與目前承壓水壓力基本持平，可將三個泄水井釋放后的承壓水壓力與目前大護筒內的水壓力視為壓力平衡臨界狀態(tài)，此狀態(tài)下承壓水頭高度為高出原地面2米。

3.承壓水理論分析

根據(jù)上述方法確定的承壓水水頭高度為2米，如圖1距離淤泥質粉砂層的高度為：

圖1

H水=27.490-9.24+2=20.250米

正常打樁護筒采用直徑1.2米的圓形鋼護筒，護筒高出原地面0.5米，護筒內泥漿的換算高度仍然以淤泥質粉砂頂面為準。

護筒內泥漿頂高程：h1=27.490+0.50=27.990米

護筒內泥漿底高程：h2=9.24米

泥漿換算水頭高度為：h泥=（h1-h2）X r泥 = （27.990-9.240）X1.35=23.313米

r泥=1.35（泥漿比重）

泥漿換算水頭高度與承壓水水頭高度差：

h泥-h水=23.313-20.250=5.063米。

以上計算表明：泥漿產生的壓力大于承壓水產生的壓力，可以避免出現(xiàn)涌水現(xiàn)象產生。

現(xiàn)場實踐證明，采用上述理論計算出的結果符合現(xiàn)場施工要求，所有樁基都順利鉆至設計標高，未出現(xiàn)塌孔。

承壓水的控制

1.泥漿的選擇

為確保泥漿壓力足夠阻止承壓水的涌出，故把泥漿比重適當調大。由于先前采用的鉆井助劑未能有效的保護孔壁，至塌孔現(xiàn)象頻發(fā)，考慮到鉆井助劑本身的比重問題，所以最終采用膨潤土和火堿（NaoH）混合體作為護壁泥漿。具體配比如下：膨潤土比例為1：7-1：5；火堿使用比例1：1000；最終確定泥漿比重為1.35

2. 泄水井設置的理論分析

在鉆孔過程中泥漿的作用是保護孔壁避免塌孔，在鉆孔過程中泥漿量隨著鉆進深度的增加而增大，當泥漿遇到承壓水后，承壓水是否對泥漿的濃度產生較大的影響而導致塌孔現(xiàn)象。泄水井在不間斷的排水過程中，灌注混凝土時是否會將水泥漿帶走發(fā)生“洗澡”現(xiàn)象。這兩種現(xiàn)象的產生與承壓水流量和水流對孔壁產生的壓力有關，泄水井的排水流量越大，產生的滲透壓力就越大，反之則越小，故可按以下假定計算如圖2 圖3：

圖2

（1）泄水井在泄水過程中沿四周相同半徑的斷面上流量是相同的；

（2）鉆孔灌注樁位于距泄水井半徑為12米的圓弧上；

（3）處于承壓水區(qū)域的鉆孔樁部位與同一半徑上的其它部位流量相同；

距離泄水井半徑為12米的圓周長為：L1=2X12X3.14=75.36米

鉆孔樁部位的弧長為L2=（5/360）X75.36=1.05米

泄水井流量，在1號2號泄水井流水量很小的情況下，3號泄水井的流量35方/小時，則鉆孔樁部位的承壓水總流量為

Q總=35X1.05/75.36=0.488方/小時，承壓水部位總厚度為12米，則鉆孔樁部位每平米斷面上的流量為

Q’=0.488/（12X1）=0.0406方/（小時平米）=40.6/60=0.676千克/（分鐘平米）

承壓水在鉆孔樁部位的水壓力計算：

圖3

P水=P泄+P滲

P泄=（27.49-9.24+6）X γ水=242.5kN/m2（為承壓水層的中間部位在泄水井處產生的壓力）；

P滲為從鉆孔樁至泄水井段的滲透壓，由以上計算知，Q甚小，故可視P滲=0 則

P水=242.5kN/m2

鉆孔樁內泥漿產生的壓力計算（取平均值，即承壓水層的中間部位）：

P泥=（27.49+0.5-9.24+6）X 1.35X γ水=334.1kN/m2>P水

從上述計算可以看出，此流量為極弱流水，且鉆孔樁內的泥漿壓力大于承壓水產生的壓力，可以認為鉆孔樁內的泥漿不會受到泄水井的影響，而只是鉆孔樁泥漿護壁外周存在弱流水現(xiàn)象。

施工方案實施

1.核對圖紙，確定透水層厚度及所處位置；

2.核實護筒頂高程及平面位置；

3.鉆機就位鉆孔，并采取如下措施：

①加大泥漿密度；

②護筒加高，護筒埋置深度7-10米；

③鉆至透水層附近鉆速減慢，并投入黏土塊，反復不進尺旋轉，進一步增強泥漿護壁效果；

④鉆至樁底后靜置1 小時，若水位、沉渣厚度無明顯變化，則下放鋼筋籠、安放導管，為混凝土灌注做準備。

⑤增加填土，降低承壓水上涌壓力，樁基范圍內比原地面增加了2.4米的紅土。

4.清孔

由于泥漿比重的加大勢必造成沉渣厚度的增大，一般成孔后泥漿厚度為70cm，靜置1小時候沉渣厚度超過1.5米。采用正循環(huán)法對沉渣進行清理，清孔后沉渣厚度降至50cm后下放鋼筋籠進行混凝土澆筑。

5.灌注水下樁身混凝土

混凝土配合比：水：水泥：砂：石料=0.5：1：1.83：2.98，緩凝劑比例為水泥的0.8%，混凝土控制到場塌落度為18cm-22cm，嚴格控制發(fā)車間隔，避免混凝土等待時間過長。由于泥漿采用的比重較大在灌注過程中也會有沉渣不斷沉積，故混凝土一般超灌1米-1.5米。

施工中采取的措施如圖4所示。

結語

阿夸依博項目群橋梁項目主要位于尼日利亞東南沿海地區(qū)，采用“排”“壓”的方法能夠很好的解決承壓水對樁基施工的影響，在進一步的施工實踐中發(fā)現(xiàn)該區(qū)域范圍內普遍存在承壓水且分布不均，上述對承壓水的理論探討和實踐應用對后續(xù)施工起到了很好的指導作用。

（作者單位：中國土木工程集團有限公司）