應天河大橋6#、7#主墩水中樁施工

汪鳴玉

摘 要：采用沖擊鉆與旋轉鉆機聯合成孔方案，輔以注漿加固卵石地層方法在較厚、大料徑、高含量卵碎石地層施工鉆孔樁過程中遇到的問題及處理方法。

關鍵詞：大料徑 高含量卵石地層 聯合成孔

工程概況

應天河大橋全長470.2米，跨越老華宏路、符祥浜河與應天河。全橋左右兩幅幅各分3聯，主跨為70m懸澆連續預應力箱梁，對應橋墩為6#、7#號墩，均為水中樁，分別設計為12根Φ1.5m摩擦樁，設計樁底標高-58.5米。

地質條件

6#、7#墩上部土層主要為淤泥質土，下部以卵、碎石土為主，含個別漂石或塊石，底部為粉砂層，河床面至-20.9m為粉質粘土，-20.9m至-25.6m為含量40-60%的卵、碎石層，部分卵石粒徑大于20cm，-25.6m至-59m為淤泥質粘土。-59m至-62.7米為粉砂土層。根據地勘報告提供的鉆孔綜合柱狀圖，該墩位處的地質條件較復雜，鉆孔過程中易造成坍孔且成孔后擴孔率較大。

施工平臺

施工平臺系水中墩施工作業的專用平臺。平面尺寸27.8m×13.4m，高度2.5m，鋼結構108t。其結構：下平臺橫橋向主梁Ⅰ為焊接板梁，梁高1.64m，縱橋向聯系梁Ⅱ為4根Ⅰ55工字鋼，梁Ⅰ和梁Ⅱ通過φ1.2m鋼套筒連接成90度角，下平臺支撐于6根φ1.0m定位樁上；上平臺縱橋向梁Ⅲ為4根Ⅰ55工字鋼，擱置于梁Ⅰ上面，見下圖：

鉆孔樁施工

1、鉆機選型

6#、7#墩地質條件屬較厚、大粒徑、高含量的卵碎石地層，為了保證施工質量，結D標的進度安排，采用以旋轉鉆機（KPG-3000型）為主，沖擊反循環鉆機（CJF-20型）為輔的聯合成孔的方案，CJF-20型沖擊反循環鉆機破碎大直徑卵碎石，以達減薄其厚度的目的，考慮到含漂石、卵碎石地層中鉆孔易卡鉆、塌孔埋鉆頭等因素而控制沖擊鉆沖擊深度，其鉆進高程宜控制在-26.00m以內，待鉆進高程達-26.00左右時，改用KPG-3000型旋轉鉆機，解決鉆深問題。

2、護筒埋設

護筒埋設以鉆孔時護筒口不坍塌并嵌入穩定土為原則。6#、7#墩護筒底標高均控制在-2.5m左右。

3、鉆進成孔

沖擊鉆孔開孔進入護筒底口時，向孔內倒入1：1土石混合物，用小沖程使護筒至卵碎石層之間形成圓順、堅實的過渡段，進入卵碎石層后加入大比重（γ=1.3）高質量泥漿和少量水泥。鉆進中認真研究記錄轉速、扭矩及鉆進速度三者之間關系，避免轉速超高，對孔壁沖刷過大，造成塌孔、擴孔及刀具嚴重磨損≤現象；刃口作用于巖石上的時間太短，硬巖石不易破碎，從而影響進尺。

4、水頭控制

為保證孔壁的穩定性，在鉆孔作業中，護筒內泥漿面要保持高出護筒外水面2～3m，使水頭差始終保持在2m以上。

5、泥漿控制

卵碎石地層泥漿指標要求，采用復合泥漿。用粘土、膨潤土NaOH和CMC調劑，粘土的塑性指數大于15，膨潤土為鋼質膨潤土，泥漿配比為：水1000kg，粘土200kg，膨潤土100kg CMC1.5 kg， Na2OH 1.5kg。泥漿指標要求為：密度1.30～1.45。粘度23～28S，含沙率<4%，失水率<15ml/30min，PH值8-10。

6、鋼筋及聲測管的安裝

鋼筋籠在現場分節制作，并保證不變形。下鋼筋籠時保證鋼筋籠位置正確。焊接完畢檢查合格后，用扁擔吊起吊鋼筋籠，對準鉆孔中心，由操作人員扶持緩慢入孔，防止碰撞孔壁，造成坍孔，一旦發生骨架被卡下放困難時，應稍稍提起骨架并來回轉動，然后慢慢試探入孔，直到鋼筋籠下到設計標高。6#、7#墩樁長較長，每根樁等距離設置三根Φ5.7cm×3.5mm聲測管，施工中為確保定位準確、密封無滲漏、無變形，聲測管與鋼筋籠加強箍筋焊接連成整體。

7、水下砼灌注

鋼筋籠安裝就位后，插入導管進行清孔，鉆渣沉淀滿足設計要求后開始灌注砼。砼和易性要好，坍落度18～20cm，初凝時間12小時以上，保證在初凝時間內灌注完畢。導管口到孔底0.3～0.4m，首批砼導管埋深應滿足1m以上，首批砼數量經計算為11.2m3 ；在灌注前應對導管進行氣密試驗，符合要求后使用。初灌砼拔球后，可用直徑3～4cm石塊丟入導管內聽其回音以判斷導管內有無進水，如進水則應立即提高導管清出初灌砼，重新進行灌注施工。如灌注時發生中斷，應根據導管埋深，每隔一段時間少量提升導管，抓緊排除故障；灌注開始后，連續不斷進行，縮短拆除導管時間，掌握下料速度，不宜太快太猛，以免造成氣堵，每盤砼下料后探測孔內砼面標高，控制好導管埋深在2～6m范圍，最后一節導管埋深宜為2～4m，緩緩提出以免夾入泥芯形成空洞；灌注中為防止鋼筋籠上浮，將鋼筋籠頂部與護筒焊接固定，灌注時砼面接近鋼筋籠底部時，導管埋深加大，灌注速度減慢以減少沖擊力。

出現問題及處理方法

1、7#墩塌孔

雖然嚴格采取了上述一系列技術措施，但由于地質中卵石含量高，層厚深，在成孔過程中無法形成有規則的孔壁，擴孔很大，泥漿無法起到護壁作用。在施工過程中，有2根樁沖擊鉆鉆至-23至-24m左右坍孔，在成孔過程中均出現嚴重漏漿，卵石難以破碎而堵鉆桿、孔壁坍塌現象，成孔概率很低，為解決漏漿嚴重、易坍孔現象，對難成樁的特殊地質問題進行了研究，采取對地層進行鉆小孔注水泥漿加固。

注漿孔鉆孔施工：插打內徑10cm壁厚6mm以上的鋼套管至-25m左右，起鉆小孔導向作用，利用JY-500型工程地質鉆機配置金剛石鉆頭和加強鉆桿鉆注漿孔，當鉆機扭矩達到最大時，停止鉆進，利用鉆桿先注漿，待水泥漿終凝后再繼續鉆進（注漿后，卵石層不易坍孔、分層注漿可以減少上部已注漿的卵石層對鉆桿的阻力）直至達到需要的深度。

注漿施工：選用具有3～5Mpa壓力的注漿機和3～5m3/h的攪拌機，并配制水泥漿，水灰比為0.6，為方便施工，降低水泥漿注入卵石后的強度，加入適量的膨潤土，摻量為水泥的30%，7天強度為10Mpa左右，注漿時利用鉆桿從下往上注入水泥漿，水泥漿由鉆頭噴出，注漿量一般為2.0～3.0m3/m。endprint

注漿效果：卵石層注入水泥漿后，使卵石層形成一定強度的結石體，鉆孔過程中，克服了漏漿、坍孔現象，卵石破碎比例增大，堵管現象減少，擴孔率降低30%左右。

2、漏漿與卡鉆

2.1漏漿

卵石含量大，孔隙多，采用常規泥漿護壁達不到目的，直接從孔口拋入整袋的水泥或混合物，濃稠水泥漿液進入空隙后靜態下形成結石體，達到護壁的目的。

2.2卡鉆

原因：換鉆頭時鉆頭直徑不一，或焊補超限，致使孔小鉆頭大；有十字槽或探頭石等不規則孔形未及時處理；鉆頭傾斜等。

處理方法：反復移動鉆頭，使其沿下落軌道拔出；使用千斤頂或滑輪組等辦法施加靜拔力強行提出，萬不得已，在原護筒外加插一個大護筒至鉆頭深度，利用吸泥機將兩護筒之間的土層吸凈，然后拔除小護筒，鉆頭即可輕松拔出。

3、處理砼灌注中的堵管

首先分析堵管的原因，并采取相應的措施。常見堵管有以下幾種：

3.1氣堵

主要原因是向導管內傾注混凝土時速度過快，導管內空氣不能及時排出而形成高壓氣囊，從而減小導管底口混凝土壓力，形成了氣堵。

處理辦法。采用傳統的辦法即抖動導管將空氣排出或將導管提高20厘米后打“pass”，利用混凝土的慣性產生的沖擊力。如以上方法仍不能解決，則可以采用加壓方法處理。

預防措施：在漏斗與導管間設計排氣口，混凝土進入導管時能及時從漏斗與導管承接口處排出空氣。

3.2 混凝土離析堵管

原因。混凝土和易性不良，保水性和粘聚差，混凝土泌水和離析，即水和水泥漿上浮，粗骨料下沉，導管內下部混凝土缺少水泥漿的潤滑而堵管。

處理辦法。此種堵管不宜采用傳統的方法處理，因為傳統的方法會加速水泥漿的上浮和粗骨料的下沉，從而加大導管下部粗骨料的緊固程度。遇到此種堵管應立即采用在導管混凝土上施工加壓力處理，通過實驗該方法相當成功。

預防措施：提高混凝土的和易性，在混凝土中摻入粉煤灰、減水劑、緩凝劑等。減少混凝土運輸過程中的震動、顛簸。加快混凝土的灌注速度，縮短混凝土放置時間。

結語

本橋6#、7#號墩采用沖擊鉆和旋轉鉆機在超深厚、大料徑、高含量卵石地層中聯合成孔雖然也出現了許多問題，但為我們在此類地層鉆孔樁施工提供了較有價值的參考。

參考文獻：

【1】公路橋涵施工技術規范 （JTG/F50-2011）

【2】宋江華：汛后鉆孔灌注樁塌孔等問題的處理。（橋梁建設2005年第3期）

（作者單位：江蘇東南交通工程咨詢監理有限公司）endprint