在復雜地質條件下下沉超長鋼護筒輔助沖擊成孔施工技術

摘 要：通過唐山市古冶區城區外環路北線工區K37+800上跨采石場專用線立交橋的施工實踐，使用沖擊樁成孔的施工技術解決了地下裂隙和溶洞巖石層等復雜地質條件下的施工難題。

關鍵詞：鉆孔灌注樁；超長鋼護筒；鋼筋混凝土配重；下沉；沖擊成孔

1 工程概況

唐山市古冶城區外環路工程北線K37+800上跨采石場專用線立交橋，該橋布置為3×30m+3×25m預應力混凝土小箱梁結構，下部采用雙柱式框架橋墩和肋式橋臺，鉆孔灌注樁基礎，橋面路幅寬度為24.5m，鐵路軌頂到箱梁底板的高度≥7.0m，橋墩距離鐵路中心線≥6.0m。該橋梁樁基礎采用鉆孔灌注樁：剩余6#橋臺的4根橋臺樁基（直徑1.2m）礎無法正常成孔，原因是該橋臺樁基處于采空塌陷區的復雜地質條件下，地下巖石層出現裂隙或溶洞。

2 確定技術方案

該座橋整體位于采空塌陷區、地質情況復雜，地下巖石層因不明原因而存在多處裂隙或溶洞，在5#、6#橋臺樁基礎沖擊成孔的過程中，發現孔內泥漿部分或全部滲漏。為此，經過研究決定采取高壓旋噴樁的圍護加固技術措施， 5#、6#橋臺部分樁基礎獲得成功。但是，6#橋臺樁基礎仍剩余4根樁基礎無法成孔、且存在嚴重塌孔現象。

3 施工技術準備

3.1 鋼護筒加工制作

制作內徑為130cm，壁厚為10mm鋼護筒（鋼護筒制作直徑比設計大100mm，以滿足樁基之平面位置、樁徑及樁基之傾斜度符合要求），長度為1.2m/節。

3.2 計算鋼護筒長度

（1）根據地勘資料、施工圖紙，該樁人工挖孔、鑿巖至地面以下 27.8m，則該樁護筒總長度應做成28m。

（2）根據地勘資料、施工圖紙，該樁人工挖孔、鑿巖至地面以下30.7 m，則該樁護筒總長度應做成31m。

（3）根據地勘資料、施工圖紙，該樁人工挖孔、鑿巖至地面以下27.8m，則該樁護筒總長度應做成28m。

（4）根據地勘資料、施工圖紙，該樁人工挖孔、鑿巖至地面以下30.7 m，則該樁護筒總長度應做成31m。

4 設計制作鋼筋混凝土塊配重

計算鋼護筒下沉過程的阻力

鋼護筒自重計算

按照最深的樁孔計算：通過上面數據可以看出，選擇最大長度的31m作為基礎數據，計算下沉該深度時護筒的摩擦阻力，作為設計配重數量的最大值。

計算鋼護筒下沉到31m時，護筒自重為：

G =2×3.14×0.65×31×0.01×7.8=9.87t

計算下沉到最大深度的摩擦阻力

在鋼護筒下沉到31m時（取τ0=19.5），護筒的摩擦阻力為：

F=τ0A=19.5×2×3.14×0.65×0.01×31=24.68t

則抵抗摩擦阻力的差值為：

G-F=9.87-24.68=-14.81t

式中：A——包圍在護筒外側與土接觸的面積

τ0——土對護筒壁的摩阻力，取砂礫石摩阻力為19.5。

由此可以看出：鋼護筒下沉時的摩擦阻力差值為14.81t，則需要的配重至少為14.81t。

計算預制混凝土塊的數量

計劃預制1600×1000×500鋼筋混凝土預制塊，作為鋼護筒在下沉過程中施加重壓的重力源。

每塊預制鋼筋混凝土塊的重量為：1.6×1.0×0.5×2.5=2.0t

則至少需要預制混凝土塊的數量為：14.81÷2=8塊

在施工過程中，根據鋼護筒下沉的深度和護筒璧同挖孔土壁摩擦力的大小，用汽車吊將混凝土預制塊逐塊施加在護筒上口，將鋼護筒逐節壓入成形的挖孔之中。考慮理論計算的誤差，計劃制作10塊的混凝土配重塊方能保證下沉。為保證混凝土預制塊在吊裝過程中穩定，在預制塊中布設兩層Φ12@100鋼筋網片，同時在預制塊4角部位分別布設一個Φ14吊環，以方便吊裝。

5 施工工藝

5.1 施工方法

施工工藝流程程序：①場地平整→②樁位放線定位→③吊機就位→④鋼護筒埋設→⑤施加混凝土配重→⑥人工挖孔、吊機配合外運土方→⑦沉入鋼護筒至預定深度→⑧增加并對接焊接鋼護筒一節→重復⑤～⑧施工過程至巖石層→⑨人工先鑿巖石、再下沉鋼護筒至可靠巖石層為止→⑩孔內注水→檢查不滲水后改用沖擊鉆孔機械鉆孔至設計深度

5.2 施工機械

16t汽車吊、10t自卸車、CZ-30型沖擊樁機。

5.3 人工挖孔和鋼護筒的沉入

已經成孔深度范圍的施工方法

施工要點：先下沉鋼護筒、后人工挖孔

在整平的作業區域內，重新進行測量放線，準確確定樁基的平面位置，并進行標識。

開挖并埋設第一節鋼護筒，入地1m左右。焊接第二節鋼護筒，安裝配重——混凝土預制塊施壓，使鋼護筒下沉至上端露出地面30～50cm為止。由專業人工挖孔、清理土石方。

焊接第三節鋼護筒，緩緩壓入地下。

待第三節鋼護筒剩余外露地面30～50cm左右時，作業人員清除鋼護筒內的土體至第一節鋼護筒底部。

安裝下一節鋼護筒。

逐節重復循環作業，直至鋼護筒地到達巖層、無法繼續下壓為止。鋼護筒下沉過程中，隨時檢查鋼護筒的傾斜度，確保護筒下沉質量。

裂隙或溶洞巖石層范圍的施工

施工要點：先人工挖孔、后下沉鋼護筒

注意事項：劃定作業警戒區域，設置警戒線，禁止無關人員進入作業區域。設置安圍欄不低于1.2m；并設置防墜落措施的密目安全網。對于已成孔的設置蓋孔板和標志。

5.4 沖擊鉆成孔

施工要點：先檢測樁孔是否滲漏、后沖擊成孔向鉆孔內部注滿水，觀察水位是否降低，以之判斷下部巖層是否仍存在裂隙或溶洞。沖擊鉆孔開始前，為保證鉆孔的垂直度，在孔底巖石面鋪筑200～300mm的塊石找平。沖擊鉆孔過程中，控制鉆頭沖程在1～1.5m左右。沖擊過程中，每1～2m要檢查一次成孔的垂直度情況。成孔后，從孔內取出的泥漿測試值的（孔底、孔中、孔口）平均值與注入的凈化泥漿相近，且實測孔底沉渣厚度不能大于設計和規范要求。

5.5 澆筑水下混凝土

水下混凝土灌注采用內徑為350mm的導管。此時樁孔內泥漿密度應控制在1.15～1.25t/m3之間。首批灌注混凝土埋置深度≥1.0m。導管下口距鉆孔孔底間距0.4m；在灌注過程中保持孔內水頭高度。埋管的深度2～6m，以防導管提離混凝土面發生斷樁現象。水下混凝土灌注應高出設計樁頂0.5m～1.0m。

6 結語

在處于地下裂隙或溶洞巖石層的復雜地質條件下，成功地解決了沖擊樁基礎在成孔的過程中、泥漿部分或全部滲漏的技術難題，本文提供了切實可行的借鑒經驗和方法。

作者簡介：方征（1965-），男，大專，高級工程師，總工程師。