深水特殊地質超長鉆孔樁質量控制技術

劉治勇

(濟南鐵路局德龍煙鐵路有限公司，山東 濟南 250013)

0 引言

在進行跨越江河上的大跨度橋梁建設時，深水特殊的地質以及孔樁的超長、超大成為了孔樁施工質量控制的關鍵。本文以德大鐵路黃河特大橋直徑2.0 m 鉆孔樁，成孔深度110 m 鉆孔樁為根本，結合現場質量控制實際，對施工過程中存在問題進行剖析，從而完善深水超長鉆孔樁質量控制措施。

1 工程概況

德大鐵路黃河特大橋全長8 092.74 m，全橋墩臺基礎均采用鉆孔灌注樁，主橋鋼梁為下承式變高度連續鋼桁梁，大橋最大設計樁長96 m，樁基深度較深、處于河道中間且地質情況復雜，因此成孔質量控制是施工中需要解決的主要技術難題。黃河主枯水期河床沖刷層范圍沉積層主要以粉砂土為主，不易成孔，孔壁極容易塌陷。主橋總體布置圖見圖1。

圖1 主橋總體布置圖

2 施工控制要點

2.1 施工平臺搭設及質量控制

在施工平臺的設計中，主要考慮施工中的總荷載、平臺自身相應穩定性及施工便利的需要，在平臺施工過程中著重控制平臺位置的精確性。鉆孔平臺立面圖見圖2。

圖2 鉆孔平臺立面圖

主橋鉆孔平臺設計尺寸為32.5 m×49.5 m，為了保證在施工過程中吊裝作業的順利進行，保證吊裝設備的有效利用，在平臺設計中，考慮在橫橋向方向設置跨度29 m 高16 m 吊裝40 t 龍門，該龍門設計最大的一個施工特點為，龍門可以通過垂直于棧橋上的施工走行軌道直接行至棧橋之上，將運送至平臺的材料設備直接進行裝卸，為施工的順利進行提供了有效及時的吊裝設備，保證施工平臺空間的最大有效使用。

2.2 護筒打設

1)護筒導向架安裝。在護筒打設之前為了保證鋼護筒打入位置的準確性，在平臺處護筒設置上下雙層導向架，在導向架安裝時要克服深水施工中水的沖刷，防止導向架的偏位，在導向架的施工過程中要不斷的進行測量監控，確保導向架的垂直度以及中心位置的準確性，以保證護筒打設的精確性。2)鋼護筒的打入。由于河道內汛期水位較高，同時河道內河床頂層主要以砂土為主，且在調水調砂期間河內局部沖刷深度為14 m，為保證孔樁鉆進過程中不出現孔口坍塌，因此在護筒打設時，護筒的打設深度根據河床頂面地質情況決定，一般要求在最不利情況下入土深度不應小于15 m。根據本橋址的實際情況，現場采用直徑為2.3 m，長度為24 m 鋼護筒進行施工。

現場施工過程中由定型2 節鋼護筒組拼而成，鋼護筒打設過程中采用DZ120 型振動樁錘配合液壓鉗進行打設施工。在鋼護筒施工過程中對整個鋼護筒的位置進行實時的監控，從三個方向上觀測鋼護筒的垂直度，保證鋼護筒的打設定位準確。

2.3 鉆機鉆進控制

每個墩采用4 臺鉆機同時進行鉆孔施工，為保證最大合理完成鉆孔施工任務，墩位鉆孔順序如圖3 所示(墩位分為四個區施工，按照不相互影響為原則)。剛開鉆時，進尺一定要小鉆壓、慢鉆進，嚴格控制孔的垂直度，鉆機選用正循環鉆機，旁站技術人員及時檢測孔的垂直度，前30 m 深范圍內，采用減壓鉆進的方法?？咨畛^30 m 后，按照設計要求造漿并監測泥漿比重，泥漿指標達到設計要求后，改用氣舉反循環鉆機開始鉆孔作業直到成孔。

圖3 墩位鉆孔順序布置圖

2.4 泥漿質量控制

鉆孔樁施工是否順利，取決于泥漿質量的好壞。在超深鉆孔樁施工中，要優化復合泥漿配比。通過反復試驗，比照復合泥漿各項指標，定型復合泥漿配比為:粘土20%、磷質膨潤土7%，CMC 0.5%，片堿0.3%，PHP 0.05%。加大復合泥漿含砂率、比重等參數的檢測。

2.5 兩次清孔

當孔深達到設計深度并可以終孔時，及時分兩次進行清孔作業，首次清孔采用換漿法，保證循環鉆機在原位慢速轉動而不鉆進，進水管注水用清水實現換漿，清孔泥漿的比重控制在約1∶1為宜。對于砂層護壁質量不佳的樁孔，可適當增大清孔泥漿比重，清孔泥漿比重控制在約1.15～1.25 為宜，同時保證孔內泥漿高度。二次清孔采用導管直接清孔，利用吊車或者龍門吊來回平移導管，將孔底沉渣抽出。兩次清孔結束后，孔底沉渣厚度應符合設計要求，經監理確認后，盡快進行下道工序施工，工序銜接要緊湊，不能長時間放置造成懸浮砂礫再次沉積。

2.6 混凝土灌注

對于大孔徑混凝土灌注樁來說，水下混凝土灌注是很關鍵的工序。現將各關鍵工序控制要點進行介紹。

1)導管試驗。在混凝土灌注前，對導管進行密閉性試驗，保證導管在最大1.2 倍靜水壓力下不漏水，檢查連接部位的緊密性和導管中間部位有無磨損情況。每節導管要保證其可靠連接性以及在施工過程中拆卸的便捷性。2)導管排壓?？讟对诙吻蹇捉Y束之后，由于孔樁較深導管內存在很大的導管附著氣壓力，因此在進行混凝土灌注之前應進行導管內壓力排減，在減壓時應當減少導管的施工長度，使導管可以插入孔內泥漿內，但又不會碰到孔底，之后將導管上下抽動，直至導管內外水頭壓力平衡。3)灌注混凝土過程控制?；炷凉嘧⑦^程中，保證導管埋深在2 m～6 m 之間，使混凝土有較好的連續性。由于孔樁施工長度大，在混凝土質量控制過程中，對于孔底1/3 的混凝土需要保證較高的坍落度和流動度，按照配合比的上限進行，孔樁中部及上部控制按照平均值進行控制。根據導管懸空高度和孔徑，通過計算合理確定首批混凝土方量，確保首批混凝土灌注后，導管埋深不小于50 cm。灌注水下混凝土盡可能連續作業，一般情況下，混凝土和易性越好、供料越連續、灌注施工越順利，灌注質量也越好。當灌注混凝土接近設計樁頂標高時，合理確定最后澆筑混凝土灌用量，既要保證樁頂的混凝土質量，也要避免超灌現象。4)堵管問題處理。發生堵管時，在確保導管下端埋深不小于50 cm 情況下，上下提動導管，同時振動導管壁，促使管內混凝土向下流動。灌注接近設計樁頂標高位置時，由于管內混凝土柱壓力變小，流動性差，可采用首封大料斗增加混凝土下放量，通過增加壓力的方法解決堵管現象。

3 質量控制成果

通過在鉆孔灌注樁施工中應用新方法，新工藝，逐步掌握了超深樁鉆孔施工工藝，使超深樁施工方案趨于成熟。尤其在鉆孔過程中對鉆進速度和鉆壓的控制，以及混凝土灌注前對導管的排氣處理，都對混凝土灌注的順利進行起到了重要作用。

4 結論及體會

經驗證明，在持力層很深的地層，傳統的基礎及一般的鉆孔樁基礎已經滿足不了大型橋梁的承載要求，采用超長鉆孔樁成為優先選擇的方案之一。超長鉆孔樁技術工藝、設備配置、施工組織、過程控制是影響成孔質量的關鍵因素。

［1］張忠亭，丁小學.鉆孔灌注樁設計與施工［M］.北京:中國建筑工業出版社，2006.