沿海采砂區(qū)域橋梁樁基成孔技術(shù)

黃婷婷

摘要：沿海地區(qū)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期采砂的區(qū)域，以砂土和黏性土膠結(jié)而成的圓礫層已遭到破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)楹傲繕O少的松散圓礫層，樁基鉆孔過(guò)程中易導(dǎo)致孔壁塌孔、漏水跑漿等問(wèn)題。文章以海游港特大橋?yàn)楣こ虒?shí)例，從工程情況、地質(zhì)情況、施工方案三個(gè)方面進(jìn)行了概述，進(jìn)而對(duì)樁基成孔技術(shù)展開(kāi)詳細(xì)分析，旨在提供一些沿海區(qū)域復(fù)雜地質(zhì)情況下橋梁樁基施工的技術(shù)參考，確保樁基施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：橋梁樁基，采砂，沿海地區(qū)，施工技術(shù)

1前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的快速發(fā)展以及橋梁技術(shù)的日益成熟，沿海地區(qū)大跨度、超長(zhǎng)樁橋梁的建設(shè)已成為常態(tài)。沿海地區(qū)樁基施工條件特殊，而采砂區(qū)域地質(zhì)環(huán)境更為復(fù)雜，從而給樁基施工帶來(lái)很大的不確定因素。基于此，文章圍繞沿海地區(qū)采砂區(qū)域樁基成孔技術(shù)為中心，展開(kāi)了詳細(xì)的分析探討，以期對(duì)類似工程的施工有一定的參考價(jià)值。

2工程概況

海游港特大橋位于浙江省臺(tái)州市，連接三門(mén)縣園里村與濱海新城區(qū)，橫跨海游港，該海域平均水深8.5m，最大潮水落差7.23m。主橋采用（76+135+76）m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁，其中16#、17#主墩樁基礎(chǔ)位于海游港內(nèi)，樁徑φ2.2m，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高-2m，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高-92m，設(shè)計(jì)嵌巖深度5.5m，采用搭設(shè)鉆孔平臺(tái)的方案施工，平臺(tái)頂標(biāo)高為+6.5m，護(hù)筒采用16mm厚鋼護(hù)筒，直徑φ2.4m，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度29.5m，護(hù)筒底標(biāo)高-22.7m，埋設(shè)于圓礫層。施工工藝原采用氣舉反循環(huán)鉆機(jī)施工，因難以成孔（查明主墩樁位所處區(qū)域三年前經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期采砂施工，原地層已被破壞，破壞深度在-36.0m左右），后更改施工工藝為沖擊鉆，成孔過(guò)程中于-42.0m、-23.5m和-16.0m處多次出現(xiàn)穿孔、塌孔現(xiàn)象。

3工程地質(zhì)條件及施工難點(diǎn)

3.1工程地質(zhì)條件

工程所處位置原地質(zhì)情況見(jiàn)表1。

3.2施工技術(shù)難點(diǎn)分析

海游港特大橋主墩樁基施工過(guò)程中，主要涉及了四個(gè)方面的技術(shù)難點(diǎn)：

（1）工程所在區(qū)域地下水豐富，潮水落差大，淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層厚，呈流塑狀態(tài)，鉆孔過(guò)程中孔壁易產(chǎn)生穿孔跑漿及縮孔現(xiàn)象；

（2）主墩樁位區(qū)域經(jīng)過(guò)采砂施工，原地質(zhì)情況遭到嚴(yán)重破壞，圓礫層含砂量極少，膠結(jié)程度差，鉆孔施工極易引發(fā)孔壁坍塌；

（3）樁基鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)采用壁厚16mm的鋼板加工成型，施工前已全部打設(shè)完畢。出現(xiàn)塌孔、穿孔現(xiàn)象時(shí)，由于護(hù)筒壁厚較薄，采用護(hù)筒跟進(jìn)法接長(zhǎng)護(hù)筒時(shí)，接長(zhǎng)至-35.5m時(shí)已出現(xiàn)底口鋼板變形的情況，造成刮錘、卡錘現(xiàn)象，并且由于護(hù)筒加長(zhǎng)，采用EP120振動(dòng)錘已無(wú)法拔出重新打設(shè)壁厚更大的鋼護(hù)筒。

（4）樁位區(qū)域采砂施工對(duì)地層的破壞深度大約在-36.0m，與海上鉆孔平臺(tái)鋼管樁打設(shè)深度（-30.0m）基本相同，若鉆孔過(guò)程中發(fā)生塌孔，則極有可能危及海上施工平臺(tái)的穩(wěn)定性。

4 技術(shù)處理措施

（1）施工工藝選擇。循環(huán)鉆機(jī)的成孔原理是由鉆機(jī)回轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)鉆桿和鉆頭回轉(zhuǎn)切削、破碎巖土成孔，該工藝對(duì)巖層擾動(dòng)較大，不適用于膠結(jié)程度較差的圓礫層以及流塑性狀態(tài)較厚的淤泥層。綜合考慮了地質(zhì)情況與嵌巖深度等因素，本項(xiàng)目選擇了沖擊鉆孔、泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)的施工工藝。沖擊鉆施工具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)于本項(xiàng)目地質(zhì)情況，采用沖擊鉆成孔可將含沙量較少的松散圓礫層擠密加固；②沖擊鉆相對(duì)于循環(huán)鉆更適用于致密堅(jiān)硬的完整巖層及嵌巖深度較大的樁基；③沖擊鉆頭以鋼絲繩與鉆機(jī)柔性連接，偶遇塌孔等緊急情況時(shí)，可將鉆頭快速提升至地面，避免情況惡化。

（2）開(kāi)孔樁位采用跳躍式開(kāi)孔順序，確保樁基施工時(shí)各樁位之間的擾動(dòng)最小。以16#主墩樁基為例，鉆孔平臺(tái)上共安置2臺(tái)鉆機(jī)，開(kāi)孔順序如圖1，鉆孔施工至易坍塌地質(zhì)時(shí)，采用小沖程1.0-1.8m，降低對(duì)周圍地層的擾動(dòng)破壞。

（3）對(duì)于松散圓礫層，需使用高粘度、高靜切力的優(yōu)質(zhì)泥漿，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，分析得出泥漿調(diào)制的配比及性能，見(jiàn)表2。

泥漿采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土、燒堿、纖維素制成，其各組成成分性能和用量如下：

膨潤(rùn)土：主要成分為蒙脫石，分鈣土和鈉土，使用時(shí)加入純堿改造成鈉土用于配漿。具有相對(duì)密度低、失水量少、泥皮薄、穩(wěn)定性強(qiáng)、固壁能力高、沖擊阻力小、造漿能力大等優(yōu)點(diǎn)。

燒堿（Na2CO3）：調(diào)整泥漿的ph值，使其保證在8～11的偏堿性范圍內(nèi)，以保證水化膜的厚度，提高泥漿的膠體率（穩(wěn)定率）和穩(wěn)定性，降低失水量，同時(shí)避免了因ph值過(guò)小而引起鉆頭銹蝕和粘土顆粒難于分解而降低粘度情況，也避免了ph值過(guò)大而引起粘土顆粒凝聚力減弱而造成裂解使孔壁坍塌。

纖維素（cmc）：增加泥漿粘性，使土層表面形成薄膜防止孔壁剝落，并有降低失水量的作用。

在施工過(guò)程中考慮到鉆進(jìn)至-42.0m處時(shí)，孔壁多次跑漿漏漿，本項(xiàng)目將此處泥漿比重調(diào)高至1.40，以增強(qiáng)泥漿護(hù)壁的穩(wěn)定性。

（4）鉆進(jìn)過(guò)程中若采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，應(yīng)確保護(hù)筒底口穿過(guò)易坍塌地質(zhì)層，此方法可在護(hù)筒跟進(jìn)至正常地層后，采用常規(guī)施工工藝成孔即可。本項(xiàng)目由于鋼護(hù)筒壁厚16mm，壁厚較薄，鋼護(hù)筒跟進(jìn)至-35.5m處時(shí)，已發(fā)生底口鋼板變形、破裂，無(wú)法繼續(xù)跟進(jìn)。

（5）根據(jù)潮水漲落情況，鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)調(diào)整泥漿水頭高度，嚴(yán)格控制在1.5～2m，增加孔內(nèi)靜水壓力，避免孔壁在靜水壓力下向孔內(nèi)坍塌、甚至發(fā)生流砂現(xiàn)象。

（6）由于施工區(qū)域經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期采砂，本項(xiàng)目在對(duì)施工區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行補(bǔ)勘后，曾考慮用鉆孔注漿、高壓旋噴等方法對(duì)樁基周圍地層進(jìn)行加固，后幾經(jīng)比較，最后確定用粘土和片石混合料回填法來(lái)處理，若單純回填粘土，沒(méi)有片石作骨架材料，人工孔壁很難穩(wěn)定；若僅回填片石，則孔壁周圍地層難以膠結(jié)，且二次鉆進(jìn)時(shí)沖孔吃力，進(jìn)尺慢，鉆頭磨損大。采用該方法具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①是相較與鉆孔注漿、高壓旋噴等方法，這種方法無(wú)需另外打孔，省時(shí)省工省料；②是本項(xiàng)目所處沿海灘涂，粘土、片石可就地取材，極大地降低了施工成本。處理時(shí)，將粘土和片石攪拌均勻，一次性回填至塌孔位置標(biāo)高以上4m左右，采用沖錘反復(fù)沖擊向四周推擠，逐漸將回填物擠壓密實(shí)，沖擊擠密至塌孔位置標(biāo)高以上1m時(shí)，再下放導(dǎo)管灌入適量的M25水泥砂漿，靜置8～10小時(shí)后，再恢復(fù)鉆進(jìn)。這種方法主要是利用水泥中的鈣離子，造成“鈣侵”泥漿，使泥漿處于流塑狀，堵漏效果較好。本工程中粘土和片石混合料的比例為2：1，選擇以粉粒膠體成分為主的粘土（粒徑≤0.005mm），因?yàn)檫@種粘土具有低孔隙比，高膠體性，土粒間粘結(jié)力強(qiáng)，與片石結(jié)合造出的人工孔壁才能經(jīng)得起清孔、灌注作業(yè)中的沖洗和壓力的反復(fù)考驗(yàn)。

5結(jié)論

海游港特大橋16#主墩樁基已全部施工完成，經(jīng)檢測(cè)12根樁基均為Ⅰ類樁，達(dá)到預(yù)期效果。文章以工程實(shí)例為背景，對(duì)沿海地區(qū)采砂區(qū)域樁基成孔技術(shù)措施進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討，相信在類似的地質(zhì)情況和施工條件下，可以為樁基成孔起到借鑒和啟迪作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]何劍.淺議復(fù)雜地質(zhì)條件下橋梁樁基施工的技術(shù)難點(diǎn)處理[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（17）.