臨江高邊坡區域灌注樁成孔技術

陳志先　張時賓　甘富華

摘 要：臨江高邊坡區域灌注樁成孔是橋梁樁基施工中的重難點，該地質環境下成孔過程容易出現擴孔、塌孔、偏孔等施工隱患，影響成孔的質量和經濟投入。本文結合江門港公共碼頭引橋灌注樁施工的實際經驗，總結出該施工環境下灌注樁成孔技術和質量控制措施，該區域灌注樁已全部施工完成，混凝土充盈系數處于1.2～1.3之間，樁身完整性檢測均滿足設計要求，施工效率高，產生了良好的經濟效益。

關鍵詞：臨江；高邊坡；灌注樁；成孔；充盈系數

中圖分類號：TV52 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0065-03

1 工程概況

本工程共修建3座引橋作為碼頭和后方堆場的運輸通道，其中1#引橋寬度為9m，2#引橋寬度為15m，3#引橋寬度為20m。引橋采用高樁梁板式結構，上部采用現澆縱橫梁系結構，跨堤處采用鋼梁結構；下部樁基港池水域中的樁采用Φ800mm的PHC樁，共3排，臨江側均采用Φ1000mm的灌注樁。臨江邊坡區域共計9根灌注樁，灌注樁樁頂標高為+2.2m，樁底標高在-43.8m～-45.8m之間，灌注樁終孔時入強風化巖層深度不小于6.5m。前期碼頭港池區域已進行疏浚開挖，其中港池底標高為-7.7m，港池岸坡開挖坡比為1：3和1：7，每座引橋的第1排灌注樁均處在岸坡坡頂邊線上，灌注樁施工前采用土方回填施工平臺，平臺標高為+3.2m左右，施工平臺與港池底高差約11m，現場施工環境詳見圖1：

本文以3#引橋第1排灌注樁施工為例，根據3#引橋灌注樁地質剖面圖可知，施工區域土質主要包括素填土層約4.6m厚，淤泥層約18.5m厚，淤泥質土層約14.2m厚，卵石層約4.4m厚，強風化巖層約7m厚，強風化巖下即為中風化巖層，3#引橋灌注樁立面示意圖詳見圖2。

2 灌注樁成孔技術

2.1 成孔設備的選擇

根據地質勘探資料，由于該施工區域存在較厚的卵石層，呈連續分布，平均厚度約4.5m，灰黃色，飽和，中密-密實狀，分選性差，級配好，最大粒徑5cm，平均2.5cm。若采用回轉鉆機施工，雖然該類型設備在淤泥質土層以上施工速度快，對周圍擾動小，且不易擴孔，可以減少混凝土用量，但是在卵石層和巖層將進尺緩慢，甚至無法進尺。若采用沖孔樁機，雖然該設備會導致擴孔，但是可以很好地沖透卵石層，在遇到強風化甚至中風化巖均能保證施工進度。為此，本工程灌注樁樁機選擇正循環沖孔樁機，鉆頭選用中空十字型沖錘，沖錘重量約4t，沖錘直徑大小比設計樁徑小4cm，排渣方式為懸浮排渣。

2.2 護筒埋設

考慮到該區域灌注樁處于高邊坡區域，沖孔過程中容易出現塌方，在護筒選擇時采用內徑為1.07m，壁厚為0.6cm的鋼護筒，護筒埋設的深度控制在12m，確保達到港池開挖底部以下。護筒分節埋設，每節長度為4m，為了確保埋設的護筒垂直度滿足要求，采用沖錘慢沖引孔，至4m左右深度埋設一節，護筒與護筒之間采用焊接連接，引孔過程中沖錘的直徑控制在1.05m左右，確保護筒能順利下沉。采用沖錘引孔可以控制孔的垂直度，分節埋設護筒為樁孔不斷提供護壁，外加泥漿的護壁作用，可有效避免在高邊坡區域段出現塌方，滲流。

2.3 泥漿性能的選擇

沖孔過程中均采用性能合格的泥漿進行成孔，在沖孔至卵石層后，要加大泥漿濃度，及時測量泥漿比重和含砂率，確保泥漿的粘稠度，避免卵石層在泥漿浸泡后出現松散、塌方。泥漿循環過程中，應及時補充新漿，滿足沖進成孔要求；清孔時采用膨潤土泥漿置換，確保清孔質量滿足要求；灌注后將循環后的合格泥漿收集于泥漿池內，以供下根樁成孔使用。泥漿使用過程中控制標準為：一般泥漿粘度18～22Pa.S，含砂率不超過6%，酸咸度PH值8～10，沖進過程中相對密度1.2～1.4，清孔時相對密度控制在1.1～1.2，清孔完成后要立即安排混凝土澆筑，防止塌孔。

2.4 成孔控制要點

樁機開始沖孔前要檢查操作性能，檢查樁錘的錘徑、錘齒、錘體型狀，并檢查大螺桿、大彈簧墊，保護環、鋼絲繩及卡扣等能否符合使用要求，根據工程具體特點確定錘齒長度。錘齒不宜過長，一般以5～6cm為宜，錘齒應向外傾斜，傾斜度以1：5為宜，開孔前應將沖錘懸吊距平臺0.5米高左右，檢查錘體的偏心程度，對明顯偏心的沖錘嚴禁使用。開孔時低錘密擊，錘高沖程不大于1m，以免產生偏孔。及時加粘土泥漿護壁，使孔壁擠壓密實。對于巖石堅硬時，錘齒采用耐磨塊，能更好提高工作效率，確保工程進度。

沖孔階段要根據地質條件的變化不斷改進泥漿性能，每沖進5米左右測定孔內護壁泥漿的比重、含砂率，泥漿比重不夠時則加粘土以恢復泥漿正常濃度。在穿透卵石層時易出現塌孔現象，由于卵石層的孔隙率大，無粘性土密實，應采用回填粘土、塊石灰土或袋裝水泥等進行密實、防塌處理。當遇到巖層表面不平或傾斜，應拋入20～30cm厚塊石，使孔底表面略平，然后低錘快擊使成一緊密平臺后，再進行正常沖擊，同時泥漿比可降到1.2左右，以減少粘錘阻力。

開沖一個臺班后，重新復檢樁位，偏差超過規范要求時必須重新定位修正。繼續沖孔，每班清渣2～3次，每次清渣后必須加入制漿粘土造漿，也可直接補給制備好的泥漿，隨著沖孔進行按前述方法跟進套管。

沖孔過程中，鋼絲繩上要設有標記，提升落錘高度要適宜，防止提錘過高擊斷錘齒，提錘過低進尺慢，工作效率低。松繩不應太少以防止打空錘，也不宜松繩太多，容易偏孔或卡錘。一般情況下，拋填塊石層以沖程1.5～2.0米為宜，淤泥層以1.0～1.2米為宜，發現吸錘現象可向孔內加塊石，在亞粘土層沖程不應大于2米，在卵石層中沖程以1.0～1.5米為宜。沖孔過程中泥漿比重的大小將會直接影響沖孔進度，因此在沖孔時應視地質條件認真控制好泥漿比重，以1.25～1.35為宜，泥漿過濃易斜孔、吸錘，進尺較慢；而泥漿過稀則易塌孔，多沉碴，進尺也慢。一般在卵石層中，泥漿要濃些，必要時可往孔內加入粘土，通過沖錘擠壓及自造漿護壁，沖孔泥漿比重以1.3～1.4為宜；在強風化巖沖孔泥漿比重以1.3～1.35為宜；在砂粘土層沖孔泥漿比重，控制在1.25左右。

每工作班要2～3次將沖錘提出孔口清洗檢查，檢查錘頭是否變成蒜頭錘，有無斷齒，鋼絲繩扎口是否松動，大螺桿的磨損程度，大彈簧是否拆斷等，發現問題及時處理，避免掉錘。如換用新焊錘齒的沖錘，應與原沖錘比較錘徑大小，若新錘徑大于原沖錘，孔內應回填塊石進行修孔，以免卡錘。

2.5 成孔質量檢測手段

終孔后及時安排驗收，通過長度為5m，直徑為1m的探籠測量孔徑和垂直度，通過水砣測量孔深，根據現場施工可知，成孔過程中沒有出現偏孔和縮孔現象。

3 充盈系數分析

灌注樁充盈系數是灌注樁成孔質量的重要指標，各深度區域內的充盈系數可以有效檢測到該區域段樁的擴孔程度或塌孔情況，在確保灌注樁成型后的樁徑滿足設計要求的前提下，控制好充盈系數能給工程帶來直接的經濟效益，一般沖孔灌注樁額定充盈系數為1.1～1.3，由于本工程灌注樁施工區域淤泥層較厚，且靠近江側，易擴孔，充盈系數預計在1.3左右。為了分析本工程臨江高邊坡區域灌注樁的成孔質量，對3座引橋第一排共計9根樁的混凝土用量進行了統計，詳見表1：

根據表1可見，除K-4充盈系數略大于1.3外，其他灌注樁充盈系數均在1.2～1.3之間，平均在1.25左右，成孔質量達到設計預期，為了進一步研究樁在每深度段的充盈系數，對N-4樁的混凝土澆筑記錄進行了統計，詳見表2。該樁護筒頂標高為3.36，卵石層標高為-29.57m，巖面驗收標高-33.99m，終孔標高為-44.06m，卵石層厚度4.42m，入巖深度10.07m，護筒以下淤泥和淤泥質土層厚度20.93m，護筒段12m。

根據表2可知，在深度47.42～28.85m范圍段充盈系數最小，該區域段以強風化巖，卵石層為主，根據該區域混凝土充盈系數可知，該處在沖孔過程中沖錘大小合適，沖孔時也未出現嚴重的沖錘掃孔現象，說明在該巖層所確定的沖程和泥漿性能指標能滿足要求。在深度28.85～20.07m范圍段，該區域以淤泥質土為主，充盈系數在合理的范圍內，說明該區域未出現塌孔現象，沖錘掃孔不明顯，成孔質量可控。在20.07～11.66范圍段，該區域以淤泥土質為主，土質軟，密實度差，受導管澆筑混凝土產生的側向壓力影響，該區域充盈系數明顯偏大，符合施工的客觀規律。在11.66～0m范圍段，由于該區域采用了全護筒形式，護筒的內徑為1.07m，比設計孔徑大0.07m，護筒內每延米混凝土用量為：3.14×0.535×0.535=0.899（m3），根據實際砼用量為11.5m3可知，實際該段充盈系數為1.097，按照理想化模式，在鋼護筒里面不會擴孔，充盈系數為1，但實際澆筑過程中，由于混凝土面在不斷上升，對底部產生的壓力越來越大，受壓力的影響部分混凝土會向樁周圍擠壓擴散，還是存在混凝土損耗的問題。

綜上所述，臨江高邊坡區域灌注樁的成孔質量是穩定的，整個樁孔泥漿護壁良好，沖孔過程中沒有出現明顯的擴孔，偏孔，塌孔，卡錘現象，說明施工過程確定的技術參數可行。

3 結論

本工程灌注樁平均長度約46m，每臺樁機平均3～4天可完成一根樁的成孔及澆筑施工，施工的效率較高。通過該工程灌注樁施工可知，在處理臨江高邊坡灌注樁施工過程中，要合理選擇成孔設備，控制好護筒的埋設長度，正確設置樁機沖程，合理調配好泥漿性能，確保各工序有利銜接，可以很好地克服地質條件對灌注樁施工帶來的不利影響。在施工中要做好典型施工，總結確定好施工的各項參數，不斷改進完善施工工藝，提高施工效率，不僅可以解決施工中遇到的技術問題，同樣也能產生良好的經濟效益。

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