鄭州黃河灘涂地粉質(zhì)砂性土地質(zhì)情況下的鉆孔樁質(zhì)量控制措施

徐輝

【摘 要】文章以新建鄭濟(jì)鐵路黃河特大橋公鐵合建段北岸引橋某標(biāo)段鉆孔樁施工為例，探討在粉質(zhì)砂性土地質(zhì)情況下，確保成孔質(zhì)量、沉渣厚度及加強(qiáng)樁身混凝土質(zhì)量控制的措施。

【關(guān)鍵詞】鉆孔樁；成孔質(zhì)量；粉質(zhì)砂性土；成渣厚度

【中圖分類號】TU712.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）09-0103-03

1 工程背景

新建鄭州至濟(jì)南鐵路鄭州至濮陽段，跨鄭州黃河段采用公鐵兩用橋梁通過，即鄭濟(jì)高鐵黃河特大橋，上下兩層設(shè)計，下層為四線鐵路，上層為雙向六車道城市快速路。本橋梁主要位于黃河沖積平原區(qū)鄭州段灘地，地質(zhì)以粉質(zhì)砂性土為主。

1.1 地質(zhì)及樁基設(shè)計情況

本標(biāo)段地質(zhì)，按其成因和時代分類主要有：第四系全新統(tǒng)人工堆積層和第四系上更新統(tǒng)沖積層。第四系全新統(tǒng)沖積層（■）粉土、粉細(xì)砂、中砂、粉質(zhì)黏土，第四系上更新統(tǒng)沖積層（■）粉土、粉細(xì)砂、中砂、粉質(zhì)黏土。

本橋梁的樁基礎(chǔ)采用摩擦樁設(shè)計，主要樁徑為φ1.50 m，大跨連續(xù)梁、特殊橋梁采用φ1.8 m，φ2 m兩種樁徑，樁長在55～120 m范圍內(nèi)。樁身配筋較足，上部主要采用束筋，下部采用單筋配置。樁身混凝土采用C40水下混凝土。

1.2 項目特點

根據(jù)地勘資料，本橋址的地質(zhì)存在土質(zhì)松軟、壓縮性大、強(qiáng)度低等不良地質(zhì)特制，工程特性差，易產(chǎn)生過大、不均勻的沉降，從而導(dǎo)致樁基礎(chǔ)施工易發(fā)生偏孔、縮頸、蹋孔、夾渣等現(xiàn)象，影響成樁質(zhì)量。

2 鉆孔樁施工方案

2.1 方案比選

根據(jù)地勘資料、借助鄭州區(qū)域內(nèi)黃河灘涂地周邊的施工情況調(diào)查，以及設(shè)計推薦方案，本項目樁基礎(chǔ)設(shè)計為摩擦樁、采用鉆樁施工工藝。

2.2 鉆機(jī)選型

鉆孔樁施工的主要鉆機(jī)設(shè)備有沖擊鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)鉆機(jī)；施工方法主要有沖擊鉆孔、旋挖鉆孔、正/反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔等工藝。結(jié)合本項目特點，通過對設(shè)備的功率、配套、消耗量和工作效率等對比，確定鉆機(jī)類型（見表1）。

本項目樁基數(shù)量大、地質(zhì)差，結(jié)合周邊施工工點的施工情況，以及兩類鉆機(jī)的護(hù)壁效果，本項目選用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)（反循環(huán)）施工。

3 鉆孔樁質(zhì)量控制措施

為了實現(xiàn)本項目的創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)，結(jié)合選定的樁基施工方案、鉆機(jī)選型，制定了下列質(zhì)量控制措施。

3.1 實驗確定鉆孔施工參數(shù)

3.1.1 實驗方案

為了獲取與現(xiàn)場實際地質(zhì)情況相匹配的施工參數(shù)，通過在工程樁旁做試驗樁，主要確定如下指標(biāo)。

（1）泥漿比重、黏度值、PH值、含砂率、膠體率測量。

（2）成孔后，泥漿對孔壁的自穩(wěn)時間長度。

（3）成孔的垂直度、擴(kuò)孔率、沉渣。

3.1.2 實驗情況

根據(jù)橋梁位置及地質(zhì)情況，分別選取長樁、厚粉質(zhì)砂性土、高地下水位的3個代表性的墩位做實驗樁，按照既定施工方案進(jìn)行實驗，其地質(zhì)情況如圖1所示。

3.1.3 實驗結(jié)論

通過對該3根樁基進(jìn)行工藝實驗，分別用時18 h、20 h、22 h鉆進(jìn)，最終成孔70.4 m、77 m、68 m；實驗過程中，共測定泥漿指數(shù)9次，具體數(shù)值見表2。

（1）泥漿比重要求1.06～1.15，測定泥漿比重略微超標(biāo)，考慮土層鉆進(jìn)對泥漿比重影響，判定泥漿比重指標(biāo)基本達(dá)標(biāo)。

（2）泥漿黏度要求18～28 s，測定泥漿黏度均偏小，導(dǎo)致泥漿沉淀過快，需增大膨潤土劑量。

（3）泥漿含砂率要求≤4%，測定最大含砂率為8%，但因該數(shù)據(jù)測定時泥漿池內(nèi)沉渣過厚未清理，不能做為參考數(shù)據(jù)；其余測定數(shù)據(jù)均符合要求，判定泥漿含砂率指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

試樁鉆進(jìn)施工完成后模擬鋼筋籠安裝，靜置時間為35 h，期間進(jìn)行了孔底沉渣厚度測量及下放自制檢孔器檢孔，隨后又模擬了混凝土灌注，結(jié)果見表3。

通過對結(jié)果的分析，得出本次實驗樁結(jié)論。

（1）孔深70.4 m，成孔36 h后未出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象，鉆孔工藝實驗成功。

（2）泥漿指標(biāo)：①泥漿比重1.1～1.25之間能滿足施工要求。②泥漿黏度偏小，泥漿沉淀過快，后期施工加大泥漿黏度。③泥漿含砂率低于4%，滿足施工要求。

（3）沉渣厚度根據(jù)數(shù)據(jù)分析基本滿足施工要求。

（4）提鉆時卡鉆及探孔器無法下放均為土層地質(zhì)層，該處樁徑未達(dá)到1.5 m，不符合要求，后期采取措施保證土層段樁徑滿足要求；砂層段樁徑滿足要求。

（5）混凝土1 h坍落度損失較大，且流動性較差，考慮更換減水劑以保證混凝土工作性能；混凝土2.5 h內(nèi)整體工作性能滿足施工要求。

3.2 其他關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 護(hù)筒埋設(shè)

根據(jù)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)（反循環(huán)）支腿高度，鋼護(hù)筒埋深不宜高出地面太多，但護(hù)筒周邊必須用黏土分層夯實，防止地面滲水引起孔口坍塌。護(hù)筒埋置長度根據(jù)地質(zhì)情況確定，但一般不小于2 m，防止孔口段地質(zhì)因泥漿侵蝕出現(xiàn)蹋孔。

同時，為減少鉆孔、下放鋼筋籠及灌注混凝土過程中，人員、機(jī)具荷載對孔口段地質(zhì)形成擾動，在孔口增加鉆孔操作平臺，對孔口段地質(zhì)形成有效保護(hù)（如圖2所示）。

3.2.2 泥漿制備

通過經(jīng)驗取值、實驗確定，泥漿主要采用膨潤土、純堿、羧甲基纖維素（CMC）制備，泥漿比重為1.1～1.25，黏度為18～28 s，鉆進(jìn)過程中，泥漿的黏度將降低，因此在鉆進(jìn)過程中，需多次測量泥漿的各項指標(biāo)，便于及時增加相應(yīng)的添加劑，調(diào)整逆境的性能指標(biāo)，滿足施工需要。

3.2.3 縮頸的控制

本項目對每根樁均采用智能超聲成孔質(zhì)量檢測儀對成孔質(zhì)量進(jìn)行檢測，通過檢測可掌握成孔的垂直度、圓順度、孔壁情況，通過實驗及實施過程中發(fā)現(xiàn)，極易在粉質(zhì)黏土層出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。通過多次實驗，采用在較差地質(zhì)采取降低鉆進(jìn)速度的方式，可有效減少縮頸的發(fā)生，同時可適當(dāng)增大鉆頭直徑來減少縮頸的發(fā)生。

3.2.4 沉渣的控制

由于粉質(zhì)砂性土地質(zhì)的原因，在樁基成孔后、混凝土澆筑前，極易形成較厚的沉渣對樁身混凝土質(zhì)量造成較大的損傷，因此控制沉渣是樁基質(zhì)量控制的重點之一。主要采用氣舉反循環(huán)清孔施工工藝，泥漿池要滿足沉淀整孔泥漿的容量，便于泥漿沉淀，清孔時間要足夠長，確保孔內(nèi)泥漿多次循環(huán)，同時加強(qiáng)過程中的監(jiān)管，反復(fù)測量，得出清孔時間的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，避免鋼筋籠安放后沉渣超厚。

4 經(jīng)驗與體會

黃河灘涂地以粉質(zhì)砂性土地質(zhì)為主，且該類地質(zhì)形成的時間較多，地層較為松散，因此樁基礎(chǔ)設(shè)計較長，增大了施工難度，本項目通過現(xiàn)場選取不同地質(zhì)情況進(jìn)行實驗，選擇合適的鉆機(jī)、確定施工參數(shù)、優(yōu)化操作工藝，從而有效控制了鉆孔樁的質(zhì)量，以供類似工程的建設(shè)提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉吉士，張俊義，陳亞軍.橋梁施工百問[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]居炎飛，聶興信.現(xiàn)代橋梁工程施工技術(shù)通病防止及可靠性評估實用手冊[M].北京：北京電子出版社，2003.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]