沖擊鉆施工優(yōu)勢(shì)及特殊情況處理

摘 要：本文結(jié)合施工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)介紹特大橋沖擊鉆機(jī)灌注樁施工中遇特殊地質(zhì)的及特殊情況的處理。

關(guān)鍵詞：沖擊鉆；優(yōu)勢(shì)；特殊情況；處理

本橋橋質(zhì)地質(zhì)條件復(fù)雜，選用的樁基施工機(jī)具有多種，如旋挖鉆、反循環(huán)鉆機(jī)和沖擊鉆，但沖擊鉆在本橋樁基施工中表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，在總數(shù)1678根樁基礎(chǔ)中，沖擊鉆機(jī)施工1345根，旋挖鉆機(jī)施工182根，反循環(huán)鉆機(jī)施工151根。之所以沖擊鉆機(jī)在本橋樁基礎(chǔ)施工中占主導(dǎo)地位，這得益于其良好的綜合性能。本文針對(duì)沖擊鉆的綜合性能以及在施工過程中易產(chǎn)生的特殊情況及解決辦法作出總結(jié)。

1 沖擊鉆機(jī)適用的條件

1.1 基巖強(qiáng)度高的地質(zhì)

基巖強(qiáng)度高，也就是通常所說的巖層較硬。通常來說，基巖強(qiáng)度超過600kpa時(shí)沖擊鉆機(jī)就顯示出其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)了。以本橋180#-182#墩臺(tái)樁基施工為例，樁底基巖強(qiáng)度σ0﹥600kpa，曾用旋挖鉆機(jī)以及反循環(huán)鉆機(jī)等利用鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土的機(jī)具鉆進(jìn)，在粘粒土以及細(xì)圓粒土中鉆進(jìn)較沖擊鉆機(jī)快，但遇基巖時(shí)無(wú)法有效的破碎巖石，達(dá)不到鉆進(jìn)效果。即使能緩慢鉆進(jìn)，但施工進(jìn)度過慢且極易磨損鉆頭耗費(fèi)成本較高。后來選用沖擊鉆機(jī)，以其反復(fù)沖擊作用能輕易破碎基巖達(dá)到理想的施工效果。

本橋153#墩臺(tái)樁位在前期勘探取樣時(shí)發(fā)現(xiàn)，地下存在大塊鐵礦石，初步估計(jì)基巖強(qiáng)度大于2000kpa，旋挖鉆、反循環(huán)鉆機(jī)無(wú)法施工，采用沖擊鉆施工成孔，平均每個(gè)樁成孔時(shí)間約為10天。

1.2 厚砂層和地下水豐富的地質(zhì)

在砂層較厚和地下水豐富的地質(zhì)條件在鉆孔時(shí)，如果不能有效的加固孔壁會(huì)很容易造成塌孔，這是樁基礎(chǔ)施工中的最大難點(diǎn)。本橋130#-151#墩臺(tái)樁基施工過程中即遇到此類問題。由于此區(qū)間內(nèi)地勢(shì)低洼、地下水位較高，且經(jīng)初步勘探砂層較厚，礫砂和細(xì)圓粒土厚度普遍大于6.0m，給樁基施工造成巨大難題。以131#墩臺(tái)為例，設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)明自原地面以下4.1m-7.1m為細(xì)圓礫土層，7.1m-10.4m為礫砂層，砂層厚度6.3m，自原地面以下10.4m以下為混合巖。前期曾用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，但是由于流沙嚴(yán)重而經(jīng)常造成塌孔，最后經(jīng)過沖擊鉆機(jī)進(jìn)行試打，順利成孔且成功灌注混凝土，本橋130#-151#墩臺(tái)樁基均采用沖擊鉆機(jī)施工。

在這種地質(zhì)情況下，沖擊鉆鉆進(jìn)采取的方法有兩種：第一種方法是長(zhǎng)護(hù)筒法，即鉆孔前在確定樁位后用挖掘機(jī)埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒，護(hù)筒長(zhǎng)度超過砂層打入巖層，但鑒于埋設(shè)護(hù)筒較為困難，且成本上不劃算，故此種方法有其局限性；第二種方法為泥漿護(hù)壁法，即在鉆孔過程中向孔內(nèi)注入粘土、火堿或膨脹劑調(diào)節(jié)過的泥漿，泥漿的作用為保持水頭高度控制和平衡地層壓力，形成泥皮防止孔壁坍塌并冷卻和潤(rùn)滑鉆具鉆頭，達(dá)到鉆進(jìn)效果。基于長(zhǎng)護(hù)筒的制作成本較高、埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒需額外增加人工費(fèi)及專業(yè)機(jī)械使用費(fèi)和基于護(hù)筒周轉(zhuǎn)使用次數(shù)的考慮，以及比較于泥漿護(hù)壁的經(jīng)濟(jì)成本，本段施工均采用泥漿護(hù)壁法。

2 泥漿池選定與泥漿指標(biāo)

公路上樁基多為單排樁，用沖擊鉆施工可設(shè)較小泥漿池。本橋?yàn)楦咚勹F路特大橋梁，墩臺(tái)樁基設(shè)計(jì)為多排群樁，樁基個(gè)數(shù)分8根、10根、12根、21根等多種。墩臺(tái)8根樁基鉆渣方量約為100方以上，21根樁鉆渣方量約為850方以上，如此巨大的鉆渣方量對(duì)泥漿池的位置選擇及泥漿質(zhì)量提出很高要求。

2.1 泥漿池位置的選擇及防護(hù)

本橋樁基用泥漿池位置因考慮節(jié)省成本一般選擇在相鄰的兩個(gè)墩臺(tái)之間，開挖時(shí)不靠近將來承臺(tái)開挖的基坑以及施工便道，否則在承臺(tái)開挖時(shí)會(huì)造成基及便道塌方，在工程進(jìn)度、安全和經(jīng)濟(jì)上均不為劃算。泥漿池分為沉淀池和循環(huán)池，中間設(shè)過濾措施，泥漿池周圍設(shè)圍擋以及安全警示牌，防止作業(yè)人員與其他人員或動(dòng)物誤入泥漿池。樁基礎(chǔ)施工完成后應(yīng)將泥漿與鉆渣運(yùn)走，將泥漿池回填。

2.2 泥漿的制備

在鉆孔灌注樁施工中，泥漿質(zhì)量控制的好壞直接影響鉆進(jìn)速度、成孔質(zhì)量和樁底沉渣厚度等。

鉆孔用泥漿相對(duì)比重宜控制在1.2-1.4，粘度22～30s，含沙率<4%，針對(duì)不同的地質(zhì)情況選擇適宜指標(biāo)的泥漿。泥漿比重過小，不利于穩(wěn)固孔壁和浮渣。泥漿比重過大，會(huì)增加鉆孔阻力磨損鉆頭，鉆渣上浮慢。泥漿配置用土宜選擇專業(yè)膨脹土，如果受條件限制也可選用粘土，特殊情況下也可像泥漿池內(nèi)添加水泥調(diào)節(jié)。

基于節(jié)約成本考慮，本橋樁基用泥漿大部分采用黃土加水調(diào)制而成，黃土取自沈丹項(xiàng)目征地紅線內(nèi)、土質(zhì)較粘且砂性顆粒含量少的黃土，配置出來的泥漿滿足施工要求。在本橋137#墩臺(tái)樁基施工時(shí)，由于地下砂層較厚，在泥漿循環(huán)過程中，用黃土配置的泥漿粘度稍有不足，鉆渣不能很好的循環(huán)出來，后向泥漿內(nèi)摻入適量水泥以調(diào)節(jié)，效果較好。

清孔后泥漿相對(duì)比重一般宜控制在1.03-1.10 ，粘度17～20s，含砂率<2% 。但在特殊地質(zhì)（如砂層較厚）可略增大泥漿比重保證孔壁內(nèi)外壓力，減小塌孔的可能性。清孔時(shí)間不能過長(zhǎng)，本橋樁基清孔時(shí)間大約為成孔后泥漿循環(huán)4-6小時(shí)，檢測(cè)孔深、含沙率和孔底沉渣厚度合格后立即灌注混凝土，長(zhǎng)時(shí)間清孔易造成孔壁坍塌。如果因其他原因暫時(shí)不能灌注混凝土，應(yīng)保持鉆孔時(shí)泥漿指標(biāo)。

3 鉆孔過程中特殊情況處理

沖擊鉆在本橋各種特殊地質(zhì)情況下鉆進(jìn)會(huì)遇到多種特殊情況，下面針對(duì)各種狀況分析發(fā)生原因，通過現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，總結(jié)處理經(jīng)驗(yàn)。

3.1 遇巖層強(qiáng)度大地質(zhì)

遇到硬巖地質(zhì)，沖擊鉆宜調(diào)大錘頭行程，利用錘頭自身重力加大作用功，打孔時(shí)隨時(shí)注意鉆頭進(jìn)尺情況調(diào)節(jié)鋼絲繩放繩長(zhǎng)度，以鉆機(jī)平穩(wěn)的情況下鋼絲繩緊繃為宜。鋼絲繩過緊，易造成鉆機(jī)不平穩(wěn)（嚴(yán)重時(shí)鉆機(jī)的電機(jī)出現(xiàn)故障），出現(xiàn)孔位不正發(fā)生偏孔；鋼絲繩過松，達(dá)不到鉆進(jìn)的最大效果。

3.2 遇到偏巖地層

偏巖地層是由于地殼地質(zhì)變遷地層擠壓形成，在此種地層打樁時(shí)，沖擊鉆機(jī)鋼絲繩會(huì)發(fā)生左右搖擺，提錘落錘鋼絲繩不同心的情況。此時(shí)，宜調(diào)小錘頭行程，慢慢鉆進(jìn)，偏巖嚴(yán)重時(shí)可向孔內(nèi)鋼絲繩偏向一側(cè)投放石頭，然后慢慢鉆進(jìn)校正。

本橋樁基127-3樁位鉆孔至距地表18.5m左右處，從連接錘頭的鋼絲繩左右搖擺幅度過大、量測(cè)提錘與落錘鋼絲繩軸線水平偏差13cm，判斷出遇到偏巖，樁位即將偏孔。現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)停止鉆進(jìn)，向偏巖一側(cè)投放毛石且用小行程落錘鉆進(jìn)，經(jīng)過反復(fù)幾次填筑毛石糾偏后，偏孔現(xiàn)象得到解決。

后來，經(jīng)過項(xiàng)目部技術(shù)人員與工人一起想辦法，初步擬定以下辦法：1、控制沖擊鉆落錘行程，減小沖擊力；2、加強(qiáng)泥漿護(hù)壁及調(diào)大泥漿比重。具體施工方法為向樁孔內(nèi)添加大量黃土，調(diào)大泥漿稠度及比重，利用鉆頭沖擊作用將泥漿擠入砂土層從而加大泥漿護(hù)壁，穩(wěn)定孔壁內(nèi)外壓力，達(dá)到控制擴(kuò)孔效果。以本橋與131#墩臺(tái)相似地質(zhì)162#臺(tái)樁基驗(yàn)證此方法，162#臺(tái)樁基數(shù)量12根，樁徑1m，樁長(zhǎng)22.5米，總設(shè)計(jì)樁基混凝土方量為211.95方，實(shí)際灌注總方量為233方，刨除樁頭方量6方（0.5方×12個(gè)），超方7%，達(dá)到較理想控制效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)沖擊鉆機(jī)在特大橋的施工，重點(diǎn)分析了可能出現(xiàn)的多種特殊情況并對(duì)其發(fā)生原因以及處理方法作出總結(jié)，希望可以給予從事樁基施工的工作人員提供參考。

參考文獻(xiàn)

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[2]中華人民共和國(guó)鐵道部，2010.《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10752-2010）.北京.中國(guó)鐵道出版社

作者簡(jiǎn)介

李亮（1987-），學(xué)士學(xué)位，助理工程師。