淺談沖擊鉆圍堰引孔施工

劉云林 蔡亞春

摘要：本文結(jié)合實(shí)際工程案例，重點(diǎn)闡述沖擊鉆引孔措施在拉森鋼板圍堰施工中的一些施工經(jīng)驗(yàn)。沖擊鉆引孔具有很好的鉆孔性能，對較硬的地層都可以有效的進(jìn)行鉆孔作業(yè)，且效率十分的高，適用于硬度較高的巖層、風(fēng)化的巖層以及各種硬脆的地質(zhì)環(huán)境中。

Abstract： In this paper， combined with practical engineering cases， we will focus on the construction experience of lasing steel plate cofferdams with impact drilling and hole-introduction measures. The impact drilling hole has good drilling performance， and it can effectively perform drilling operations for harder formations， and the efficiency is very high. It is suitable for high hardness rock formations， weathered rock formations， and various hard and brittle geological environment.

關(guān)鍵詞：沖擊鉆引孔；圍堰；施工

Key words： impact drill holing；cofferdam；construction

中圖分類號(hào)：TU753.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）26-0157-02

1 項(xiàng)目概況

永州市城南大橋是永州市第一座大型斜拉橋，結(jié)構(gòu)形式為三塔單索面矮塔斜拉橋，全長1183.56m，設(shè)計(jì)車速50km/h，為雙向六車道，城市1級(jí)主干道。分為主橋工程、引橋工程、匝道橋工程、匝道道路工程。施工區(qū)域湘江寬530m，主橋位于湘江內(nèi)，采用70m+2*120m+70m斜拉橋結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)承臺(tái)115個(gè)，其中5#-11#承臺(tái)位于水中，5-7#采用套箱圍堰，8-10#承臺(tái)采用拉森鋼板樁圍堰，11#承臺(tái)采用鎖扣鋼板樁圍堰。經(jīng)實(shí)地拉森鋼板樁插打試驗(yàn)，鋼板樁難以在微風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。城南大橋項(xiàng)目水中鋼棧橋的橋面標(biāo)高為102.80m，9#承臺(tái)底標(biāo)高87.00m，設(shè)計(jì)引孔直徑1200mm，相鄰兩個(gè)引孔的重疊區(qū)域?yàn)?00mm，引孔深度為平臺(tái)標(biāo)高以下21.00m至標(biāo)高81.80m。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告9#承臺(tái)地質(zhì)情況如下：

孔深91.50-86.70m為卵石： 雜色，松散，飽和，為取砂棄卵堆積而成。

粉砂質(zhì)泥巖：紫紅色，薄一中厚層狀，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，零星見方解石細(xì)脈及鈣質(zhì)結(jié)核，沿方解石細(xì)脈細(xì)脈見輕微的溶蝕跡象，巖石日曬后開裂明顯，在干濕交替作用下極易崩解，間夾薄層狀泥質(zhì)粉砂巖；孔深86.70-85.80m為全風(fēng)化巖，巖質(zhì)軟，巖芯呈土柱狀；孔深85.80-75.00m為強(qiáng)風(fēng)化巖，巖石較破碎一較完整，巖質(zhì)軟，巖芯多呈短柱狀、碎塊狀；孔深75.00-70.95m為中風(fēng)化巖，巖體較完整，巖質(zhì)軟，巖芯多呈短柱狀、碎塊狀；孔深70.95-59.15m為微風(fēng)化巖，巖體較完整，局部較破碎，巖質(zhì)軟，巖芯呈柱狀及薄餅狀及少量碎塊狀。

2 沖擊鉆引孔施工工藝

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)中橋梁工程越來越多。而在橋梁建設(shè)中常常會(huì)使用到水中承臺(tái)圍堰施工工藝，但在硬度較高的巖層及復(fù)雜地質(zhì)條件下存在鋼板樁插打的難題。這時(shí)就需要采用樁基引孔技術(shù)措施來處理。

沖擊鉆引孔，即在拉森鋼板樁施工前在樁位原位進(jìn)行沖擊鉆孔施工孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，引孔的孔徑根據(jù)圍堰的尺寸及拉森鋼板樁的型號(hào)確定（引孔的直徑過大不利于后續(xù)注漿止水，過小影響拉森鋼板樁的施工）。引孔為防止發(fā)生塌孔、串孔設(shè)置Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，先施工Ⅰ序孔和再施工Ⅱ序孔，Ⅰ序孔和Ⅱ序孔相互咬合。

注：9#墩鋼圍堰采用拉森IV型鋼板樁（SP-IV型），鋼板樁長度15.32m。圍堰平面尺寸為28.336m*17.16m，鋼板樁頂標(biāo)高設(shè)為98.0m，鋼板樁底標(biāo)高為81.80m入承臺(tái)底部5.20m孔直徑1200mm，為方便施工采用Ⅰ序和Ⅱ序法施工。

沖擊鉆引孔施工流程如下：

測量放點(diǎn)→埋設(shè)護(hù)筒→鋪設(shè)工作平臺(tái)→安裝鉆機(jī)并定位→鉆進(jìn)成孔→檢查成孔質(zhì)量→回填黃土→拔出護(hù)筒→檢查質(zhì)量

施工要求及質(zhì)量控制：

①采用沖擊鉆引孔施工時(shí)候，其樁位是由護(hù)筒的孔位置決定的。在施工前做好護(hù)筒的定位工作，護(hù)筒的平面偏差不大于20mm，傾斜度不大于1%。

②在成孔后用檢孔器對孔徑、孔深進(jìn)行檢查；用鋼絲繩吊鉆頭測其傾斜度，具體辦法是在孔口沿孔直徑方向設(shè)一標(biāo)尺，標(biāo)尺中點(diǎn)與樁孔中心吻合，量出鉆頭中心到標(biāo)尺中點(diǎn)的距離H，將鉆頭慢慢放入孔底，待鋼絲繩靜止不動(dòng)后，讀得鋼絲繩在標(biāo)尺上得偏距e，根據(jù)e/H求得傾斜度，小于1%者合格。檢查合格后才可下一步施工，并做好記錄。

③引孔經(jīng)驗(yàn)收合格后，如引孔過程中未出現(xiàn)漏漿和垮孔，馬上進(jìn)行清孔作業(yè)，待泥漿比重降至1.05左右回填黃土至卵石層標(biāo)高，拔出護(hù)筒進(jìn)行下一個(gè)護(hù)筒施工，如引孔過程中未出現(xiàn)漏漿和垮孔，則馬上回填黃土至卵石層標(biāo)高，48小時(shí)后再拔護(hù)筒。

④嚴(yán)格控制引孔的深度，做好施工深度控制標(biāo)志，嚴(yán)禁超深。

⑤Ⅱ序孔施工時(shí)，采用重錘加焊新牙施工，控制落錘的速度，注意孔斜的變化，嚴(yán)防竄孔。

⑥發(fā)現(xiàn)引孔傾斜馬上修正。

⑦預(yù)埋護(hù)筒至最大深度。

3 常見問題淺析

3.1 引孔傾斜

引孔斜率過大是引孔很常見的問題，斜率過大會(huì)造成鋼板樁插打困難甚至無法合攏，后期止水難度加大、對圍堰的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也產(chǎn)生不利的影響。

引孔傾斜的原因有以下幾點(diǎn)：

①孔底土質(zhì)不均，巖土層強(qiáng)度相差較大；②巖層面呈傾斜狀分布；③土層中夾有大的孤石或其它硬物等情形均會(huì)造成鉆孔偏斜；④成孔過程中樁錘遇到土洞，打空錘引起偏孔；⑤所用樁錘偏心大或掉齒；⑥樁機(jī)安裝就位穩(wěn)定性差，沖樁機(jī)架在施工中逐漸傾斜或枕木失衡，使樁錘中心偏離孔位；⑦護(hù)筒傾斜。

斜孔的處理措施：

在沖擊鉆引孔施工作業(yè)中，操作人員為了提高進(jìn)尺，在沖孔過程中不管實(shí)際地質(zhì)情況如何，都采用大沖程，這樣就容易造成樁孔偏斜。若發(fā)生引孔偏斜，應(yīng)及時(shí)采取有效的糾偏措施。根據(jù)城南大橋9#墩圍堰引孔處理經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出沖擊鉆引孔斜孔的一般處理措施如下：

①在地質(zhì)條件復(fù)雜情況下進(jìn)行沖孔樁施工時(shí)，開始時(shí)宜采用低錘間斷沖擊法，進(jìn)入不均勻地層、傾斜狀巖層或遇到孤石時(shí)，則宜采用高錘沖擊；②發(fā)現(xiàn)樁孔偏斜超過規(guī)范要求時(shí)，及時(shí)向樁孔內(nèi)回填塊石和粘土塊至偏孔位置以上至少0.5m，保持沖斗的作業(yè)面強(qiáng)度均勻，然后采用低錘密沖，反復(fù)校正，直到將偏孔校正好；③由于城南大橋9#墩引孔直徑較小，對于斜孔位置較深，糾編困難的引孔，改用1400mm直徑的較大直徑樁錘進(jìn)行糾偏，經(jīng)實(shí)際施工檢驗(yàn)處理效果非常好；④糾編前應(yīng)修復(fù)已損壞的樁錘，補(bǔ)焊好樁錘齒頭。

3.2 引孔漏漿

本工程引孔漏漿的主要存在于卵石層，要解決漏漿應(yīng)提高泥漿的黏度，降低失水量與封堵卵石間縫隙相結(jié)合，降低引孔護(hù)筒內(nèi)的水位與護(hù)筒外地表水水位的水頭差。在本項(xiàng)目在實(shí)際施工中采取了以下幾種方法：

①引孔施工前采用黃土造漿，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，泥漿性能指標(biāo)防為：泥漿比重1.20-1.25g/cm，黏度20-50s。因受工程特性限制，如出現(xiàn)漏漿情況立即回填黃土，回填黃土中不能夾雜塊石。②如果單獨(dú)某個(gè)引孔漏漿頻繁，可設(shè)置水面泥漿箱，在引孔旁水面位置搭設(shè)二次平臺(tái)，把泥漿箱放置到水面平臺(tái)上，這樣可以使引孔護(hù)筒內(nèi)泥漿的水頭與河面保持較少的水頭差，如此可以有效避免引孔反復(fù)漏漿的情況。③引孔出現(xiàn)漏漿在回填黃土的過程中添加P.O 42.5水泥2包。④漏漿反復(fù)處理無效果時(shí)，孔內(nèi)的泥漿濃度過高在施工進(jìn)度進(jìn)度變得緩慢可以，采取撈渣桶工藝施工。撈渣桶由800mm鋼管樁改制長約1500mm，其底部設(shè)置一個(gè)活動(dòng)合門，上部設(shè)置一個(gè)提環(huán)。撈渣桶的尺寸的選擇需根據(jù)引孔的直徑和鉆機(jī)副卷揚(yáng)機(jī)的功率，撈渣桶使用優(yōu)先考慮吊車配合使用。撈渣桶施工對于漏漿引處理非常有效，使用過程需要專人指揮。

3.3 事故處理

在本項(xiàng)目中主要針對掉錘采用的硬鉤打撈和軟鉤打撈這兩種方法的一些施工經(jīng)驗(yàn)和大家分享一下。

軟鉤打撈是在主鋼絲繩上接上一個(gè)特制具有一定強(qiáng)度的鐵鉤，鉤子根據(jù)現(xiàn)場的要求可以快速焊接制作，軟鉤由三個(gè)小鉤呈120°夾角分布于同一平面或者不同平面。在出現(xiàn)掉錘事故時(shí)，首先需要控制泥漿的濃度、清渣，防止錘子被埋，接下來判斷錘子的位置和狀態(tài)（錘子是否傾倒或者翻轉(zhuǎn)）。做好以上兩步后馬上用軟鉤進(jìn)行打撈。軟鉤下到錘子位置后安排一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)長在孔口擺動(dòng)鋼絲繩使鉤子能夠有機(jī)會(huì)鉤住錘子的保護(hù)繩，此過程需要多次嘗試調(diào)整鋼絲繩擺動(dòng)的方向。使用鉆機(jī)提升事故錘子要慢慢提升，以防錘子卡死拉翻鉆機(jī)。

當(dāng)軟鉤不能處理孔內(nèi)掉錘或者沉渣太多造成錘體被埋，這時(shí)候需要硬鉤來處理。硬鉤有兩種，第一種是在直徑200mm長3000m鐵柱上加焊一個(gè)鐵鉤，把硬鉤接在鉆機(jī)的鋼絲繩，利用鐵柱的重力作用使鉤子能夠到達(dá)被埋錘子位置，此種方法應(yīng)注意下鉤的角度，以防將錘頭保護(hù)繩破壞。第二種是準(zhǔn)備150mm鉆桿2500-3000mm一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，采用法蘭接，在第一節(jié)鉆干上焊接一個(gè)鐵鉤，在吊車的配合下將鉆干用法蘭法連接，在鉆桿本身的重力及上部的壓力作用下使鐵鉤能達(dá)到錘體位置，在鉆桿的尾部焊接鋼筋，工人能借助鋼筋鉆動(dòng)鉆桿調(diào)整鉤子的方向。此方法操作起來十分繁瑣還需要吊車的配合，但對于埋錘的處理十分有效。

4 結(jié)束語

在橋梁建設(shè)過程中，為解決鋼板樁難以插入巖層的問題，在鋼板樁插打以前采取引孔工藝，運(yùn)用沖擊鉆引孔技術(shù)可以成功解決在硬度較高的巖層及復(fù)雜地質(zhì)條件下鋼板樁插打的難題，提供了可以借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王世雙，黃宇.深水裸巖鋼板樁圍堰引孔施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2017（s1）：918-921.