寧德特大橋海上鉆孔灌注樁沖擊成樁施工工藝

周承波

（中交第二航務(wù)工程局有限公司）

寧德特大橋海上鉆孔灌注樁沖擊成樁施工工藝

周承波

（中交第二航務(wù)工程局有限公司）

鉆孔灌注樁屬于隱蔽工程，成樁環(huán)節(jié)多，施工過程容易出現(xiàn)質(zhì)量事故以及人為不可估計因素，必須重視施工全過程質(zhì)量監(jiān)控。結(jié)合寧德特大橋沖擊鉆施工所面臨的實際地質(zhì)、水文以及設(shè)計樁長、樁徑等具體情況，著重就樁基成孔方式及配套設(shè)備選擇、成孔過程、灌注水下混凝土以及事故處理等環(huán)節(jié)的質(zhì)量程序和關(guān)鍵點質(zhì)量控制方法進行討論和分析，并結(jié)合實際施工中出現(xiàn)的若干問題，提出保證鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的監(jiān)控措施。

鉆孔灌注樁；成孔技術(shù)；灌注混凝土

1 工程概述

沈海復(fù)線寧連高速寧德段A2標橋型布置為左幅2×（4×30）+3×30+3×40+2 ×（3×30）+32×（5×30）m、右幅2×（4×30）+3×40+4×30+33×（5×30）m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱型梁。

本標段全線范圍為寧德特大橋（局部）長5 430 m，共有724根樁，均為排架式結(jié)構(gòu)，其中直徑1.8 m樁基708根，總長42963米，直徑2.2 m樁基16根，總長1 028 m，樁基長度在23～77 m不等，包括196根摩擦樁、528根端承樁。

2 施工條件及重難點分析

2.1 施工條件概況

(1)地質(zhì)條件。本標段沿線場地內(nèi)地層自上而下順序依次特征描述為下：淤泥、粉質(zhì)粘土、含卵石粉質(zhì)粘土、卵石、殘積礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強風(fēng)化輝綠巖、微風(fēng)化輝綠巖。其中摩擦樁設(shè)計樁底巖層為砂土狀強風(fēng)化或者碎塊狀強風(fēng)化花崗巖，端承樁設(shè)計樁底巖層為入微風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖或者微風(fēng)化輝綠巖，設(shè)計入巖深度0.5～7 m不等。

(2)水文條件。橋區(qū)內(nèi)水系主要為寧德海灣海水，橋址區(qū)內(nèi)地表水主要為三都澳（漳灣）海水。據(jù)《福建省三都澳地區(qū)水文、工程環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查地質(zhì)報告（1:5萬）》資料對于潮汐類型記載，該潮汐屬于正規(guī)半日潮，一個太陰日內(nèi)發(fā)生四次“潮”（兩次高潮、兩次低潮），且每次潮周期歷時12 h 35分左右。太平洋潮波的傳入產(chǎn)生沿海潮汐，海區(qū)開闊，而近岸水淺，沿海潮汐聚集能力形成一種大潮差，高潮水位6～7 m，低潮水位1～3 m，潮差3～7 m。

(3)施工環(huán)境條件。在樁基施工前，鉆孔施工平臺已施工完畢，標準鉆孔平臺長33 m，寬13 m，采用鋼管樁、型鋼以及貝雷梁組合搭設(shè)而成，如圖3所示。

圖3 鉆孔平臺布置示意圖

2.2 施工重難點分析

根據(jù)地質(zhì)條件特性需要選擇不同的施工策略，寧德特大橋所處地理環(huán)境，給施工工藝選擇帶來難度，具體表現(xiàn)如下：

（1）淤泥質(zhì)土層 。本標段橋址區(qū)淤泥層厚度在20～35.2 m不等，一般在25.2 m，局部路11.8 m，呈深灰色，飽和，流塑狀，鱗片狀結(jié)構(gòu)，含腐植質(zhì)，嗅味臭，干強度中等，韌性較低，切面光滑，搖震反應(yīng)慢，屬高壓縮性土，力學(xué)強度差，在鉆孔過程中容易出現(xiàn)淤泥層穿孔漏漿、塌孔以及在混凝土澆筑過程中相鄰護筒在淤泥層串孔的現(xiàn)象。

（2）卵石層地質(zhì)。本標段卵石層厚度5～20.7 m不等，淺黃色、青灰色，飽和，中密，下粗上細，分選及磨圓較差，結(jié)構(gòu)疏松，次圓狀，新鮮堅硬，一般無風(fēng)化現(xiàn)象。成分以花崗巖為主，火成巖次之，粒徑為3～8 cm，少數(shù)大于10 cm，個別可達20 cm，呈現(xiàn)出孔隙大、透水強、壓縮性低和抗剪強度大等特點。由此，建筑結(jié)構(gòu)會由于卵石顆粒松散，顆粒不均，膠結(jié)性差、摩阻力較大等特性造成在鉆進時鉆具容易出現(xiàn)模式，甚至出現(xiàn)卡鉆、孔壁坍塌及進鉆困難等問題。

（3）大潮差施工難點分析。本工程由于海區(qū)開闊，近岸水淺，潮汐能量聚集而形成大潮差，高潮水位6～7 m，低潮水位1～3 m，潮差3～7 m，對鉆孔樁施工中孔內(nèi)泥漿水頭影響較大，若水頭過高，護筒內(nèi)壓力遠大于外壓力，則容易在護筒底口的淤泥層或者卵石層出現(xiàn)穿孔漏漿，反之，若護筒內(nèi)水位低于外面潮水位，則有可能在外壓力的作用下，卵石層或者淤泥層出現(xiàn)坍塌的現(xiàn)象。

3 鉆孔方式選擇

根據(jù)本橋樁基直徑、長度及所屬地層、水文情況，項目部首先考慮同時使用沖擊鉆配合正循環(huán)回旋鉆兩種鉆孔方式，由于回旋鉆不適合中、微風(fēng)化花崗巖層施工，所以回旋鉆最初被考慮用來施工摩擦樁施工，但在實際鉆孔過程中，相對于沖擊鉆而言，發(fā)現(xiàn)回旋鉆成孔在本橋樁基施工中暴露出以下缺點：

（1）本橋樁基淤泥層比較厚，在淤泥層鉆孔時由于回旋鉆鉆進速度快，對于淤泥層反復(fù)掃孔力度不夠，出現(xiàn)嚴重縮孔現(xiàn)象。

（2）回旋鉆一清完畢后除相關(guān)部件提錘消耗時間過長，若在提完鉆錘后，發(fā)現(xiàn)鉆錘刮孔壁等其他情況導(dǎo)致孔底成渣過厚需要恢復(fù)一清時，重新組合下錘所消耗的時間同樣過長。

（3）本橋卵石層厚度大、強度高，回旋鉆在本橋施工過程出現(xiàn)鉆桿損壞現(xiàn)象頻繁。

（4）回旋鉆在鉆孔過程中泥漿較稠，故孔壁泥漿護壁層厚度達到5～7 cm，大大降低了樁周摩擦力。

綜合以上原因并考慮到：

（1）本橋端承樁占73%，端承樁微風(fēng)化花崗巖層平均飽和強度106.5 Mpa。

（2）在施工過程中，能保證鉆機及樁錘在平臺之間能滿足快速吊裝及轉(zhuǎn)運需要，相比而言沖擊鉆更加輕便。

（3）保證鉆孔平臺在鉆樁施工過程中的安全受力以及節(jié)約鉆孔平臺結(jié)構(gòu)受力材料，相比而言輕盈的沖擊鉆更占優(yōu)勢。

因此決定本標段樁基全部采用沖擊鉆，采用CK2500鉆機配合8t梅花型沖擊鉆錘鉆孔。

4 鉆孔過程關(guān)鍵點控制

4.1 沖孔過程控制

整個鉆孔灌注工序過程中開孔及鉆進過程至關(guān)重要，為后續(xù)沖程、泥漿、樁錘和鉆進等工序操作時技術(shù)指標的選擇提供參考依據(jù)。在本項目實施過程中，根據(jù)具體樁位分析實際淤泥層性質(zhì)，并配合相應(yīng)的鉆孔過程控制（泥漿性能、水頭、鉆孔方式、沖程等），護筒埋深平均控制在8m左右，最長不超過10m，在實際鉆孔中取得很好的結(jié)果。同時，制作了6mx3mx1.5m鐵制泥漿箱作為泥漿沉淀池并在泥漿箱一端安置泥漿振動分砂器，大大提高了清除泥漿內(nèi)殘渣的效率。這里泥漿的護孔作用主要是保證卵石層及開孔段不產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象，另外為滿足排查需要，對泥漿的要求主要在相對密度上。泥漿的主要技術(shù)指標見表2。與此同時，沖孔過程控制開孔，護筒內(nèi)鉆進，正常鉆進三個部分。

表2 泥漿主要性能指標

（1） 開孔

開工前先檢查鉆頭直徑以及鋼絲繩的磨損情況，根據(jù)本橋?qū)嵺`經(jīng)驗，鉆頭直徑：Φ1.8m直徑樁基鉆頭直徑按Φ1.79-1.80m控制，Φ2.2m直徑樁基鉆頭直徑按Φ2.19-2.2m控制，經(jīng)實際驗證該鉆頭尺寸能保證較好的成孔直徑，在卵石層結(jié)束后要及時檢查鉆錘的磨損情況，發(fā)現(xiàn)磨損的要及時補焊恢復(fù)，確保卵石以下巖層不出現(xiàn)嚴重縮孔現(xiàn)象。

開孔具有導(dǎo)向作用，因此開孔的孔位必須準確，開孔的平面位置決定了最終成樁位置，更有利于后續(xù)承臺系梁和立柱墩身的施工控制。

（2）護筒內(nèi)鉆進

鉆進過程中要根據(jù)鉆具運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)情況判斷鉆頭是否摩擦護筒及孔內(nèi)是否有異物。發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)采取有效措施進行處理。鉆進至護筒底口部位時，需特別注意鉆頭碰掛護筒底口同時采用小沖程，防止鉆頭碰刮護筒容易致使護筒下沉、傾斜等現(xiàn)象。為保證鉆頭正常使用，在鉆進過程中不得強行進行，需要根據(jù)護筒傾斜情況適當(dāng)調(diào)整，待鉆頭整體鉆出護筒大約2m時，才允許正常進行工序。

（3）正常鉆進

① 根據(jù)土層優(yōu)劣情況，在鉆孔施工過程中沖程分別作如下規(guī)定：若為中風(fēng)化、卵石層、微風(fēng)化花崗巖等土層時一般采用大沖程(4～5 m)，最大沖程不得超過6 m，防止卡鉆，沖壞孔壁或使孔壁不圓。對于強風(fēng)化花巖層等強度不大的巖層采用3～4 m中等沖程，如孔內(nèi)巖層表面不平整，應(yīng)先投入粘土、小片石，將表面墊平，再進行沖擊鉆進，防止斜孔、坍孔事故。

②對于海上樁基，需根據(jù)潮水變化進行動態(tài)控制，護筒內(nèi)常態(tài)水位控制在比護筒外水面高0.8 m以內(nèi)，特殊情況不得超過1.5 m，但護筒內(nèi)泥漿面不得低于外面潮水位，避免孔內(nèi)外壓力差導(dǎo)致的縮孔、穿孔等質(zhì)量問題的發(fā)生。

4.2 終孔后清孔及檢孔

（1）終孔及檢孔

樁孔鉆至設(shè)計標高后，對成孔的孔徑、孔深和傾斜度進行檢查，若樁基中嵌入巖石的深度和堅硬度滿足設(shè)計要求，停止鉆孔，撈取渣樣并驗孔。采用配套的樁基成樁檢測系統(tǒng)對成孔、樁徑、孔深、傾斜度等檢查，按照設(shè)計規(guī)范及要求，成孔控制質(zhì)量指標如表3所示。

（2）清孔

終孔各項指標檢查合格后，利用鉆機進行第一次清孔，待鋼筋籠吊裝入孔后，即以導(dǎo)管作為注漿管進行第二次清孔。

①清孔過程中保持孔內(nèi)泥漿面的高度及泥漿比重，防止坍孔、縮孔。

②清孔時的技術(shù)參數(shù)控制以泥漿含砂率和泥漿比重為主。對泥漿比重，一清一般到 1.17～1.18左右，這樣有利于二清時能迅速清除提鉆錘以及下鋼筋籠時刮碰孔壁而產(chǎn)生的新的沉渣，二清降至1.15左右；含砂率控制在1%以內(nèi)。

4.3 水下混凝土施工

混凝土澆筑是樁基施工當(dāng)中至關(guān)重要的一環(huán)，其澆筑過程是否順利直接決定樁基最終成樁質(zhì)量：（1）對施工區(qū)域現(xiàn)場進行清理，對攪拌機、罐車、泵車等機械設(shè)備進行檢驗，對砂、石、水泥、外加劑等原材料充足準備；（2）導(dǎo)管初次使用應(yīng)做水密、接頭抗拉試驗，檢查每根導(dǎo)管是否干凈、暢通以及“O”型密封圈的完好性，防止漏氣影響混凝土下放。

同樣，混凝土配合比是樁基混凝土澆筑中不可忽視，不良的混凝土配合比將可能導(dǎo)致澆筑時混凝土下放困難、容易堵管、抱管甚至埋管等情況從而影響樁基成樁質(zhì)量。本標段混凝土最重要控制點為坍落度（180～220 mm）以及初凝時間（不小于15 h）。

在首盤混凝土澆筑之前，必須對導(dǎo)管進行探底，保證導(dǎo)管下部懸空高度處于30～40 cm左右以保證混凝土的順利下放，對于2.2 m樁徑懸空高度宜取下限30cm，這樣能最大程度沖走孔底可能存在的沉渣，保證孔底干凈。樁基混凝土灌注過程中，實時監(jiān)測混凝土頂面高度及導(dǎo)管埋深，應(yīng)將導(dǎo)管埋深嚴格控制在4～6 cm范圍內(nèi)，防止導(dǎo)管埋深過淺導(dǎo)致夾泥斷層或者埋置過深導(dǎo)致導(dǎo)管堵塞甚至埋管。

5 常見問題及處理預(yù)案

實施工序復(fù)雜且存在不可預(yù)測的問題，這里給出常見問題以及處理預(yù)案：

（1）鋼絲繩破斷、掉錘。采用打撈勾打撈鉆頭。打撈勾系Φ 40 mm的鋼絲繩，鋼絲繩端頭連接到鉆機的卷揚機上，將打撈勾放入孔底邊，緩慢拖動至另一邊，確認勾住鉆錘上的鋼絲繩后，再開動卷揚機，打撈出鉆頭，必要時汽車吊配合鉆機一起打撈。

（2）護筒口冒漿。護筒內(nèi)水頭過高，或鉆頭起落時碰撞護筒使護筒口周圍土體松散容易造成護筒口冒漿。本橋通過泥漿循環(huán)系統(tǒng)（上下移動孔內(nèi)泥漿泵）使護筒內(nèi)保持0.8m以內(nèi)的水頭高度。鉆頭起落時，注意緩慢進行，及時調(diào)整鉆頭位置，防止碰撞護筒。

（3）塌孔。塌孔問題的出現(xiàn)可能在護筒口淤泥層以及卵石層，當(dāng)出現(xiàn)塌孔問題時，重新回填片石或黏土至塌孔段上部2至3米，然后重新沖擊成孔。

（4）串孔。本橋相鄰樁間距較大，且對相鄰樁不采取同時開孔作業(yè)，故本橋不存在串口問題。

6 實施效果

至目前為止，寧德特大橋已完成95根鉆孔灌注樁的施工，50根鉆孔灌注樁成樁檢測，沒有出現(xiàn)一列塌孔、斷樁的現(xiàn)象，樁基檢測結(jié)果喜人，II類樁不到3%，其余全部為I類樁，這證明樁基施工每個階段嚴格控制把關(guān)，做到一絲不茍，精益求精，就一定能取得令人滿意的效果。

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U45

B

1007-6344（2016）07-0039-02

周承波（1973-），男，高級技師。