地震區大孔徑超深灌注樁施工技術

蔣和平

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410007）

印尼雅萬高鐵全長142km，在國際上是第一個政府起主導作用來搭臺、兩個國家的企業之間展開合作共同建設及管理的重要高鐵項目，同時也是中國將技術標準制定、勘察及設計、工程施工、裝備制造、物資供應、運營和管理、人才培訓、沿線綜合開發等進行全方面整體推廣的高速鐵路首單項目。該項目樁基施工區域分布有不同厚度的軟土，以淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土和細砂層為主，部分地區分布有砂礫夾鵝卵石層，深度達32m，地層復雜。該地區樁基樁徑較大，樁長深，最大樁徑達2m，最大樁長達65m，樁深達70m，成樁難度大。此外，該項目所在地處于亞歐板塊、印度洋板塊以及太平洋板塊交界區域，地殼運動頻繁，地震較多，因此，對灌注樁的抗震要求較高。

1 工程地質與水文地質

從雅加達到萬隆，地勢是逐漸升高的，線路經過的地貌包括沖積地貌、沖洪積平原地貌、剝蝕殘丘緩坡地貌、丘陵地貌、低山地貌和山間盆地地貌。DK0+000～DK41+700段位于沖積、沖洪積平原及剝蝕殘丘緩坡，地形較為平坦，局部略有起伏，高程約15～35m，相對高差約0～20m，地表多被城鎮和村鎮覆蓋，建筑物密集。

靠近雅加達一側的沖積地層（Qa）、萬隆地區的湖積地層（Ql）以及丘陵山區的坡地分布有不同厚度的軟土，以淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土為主。軟土層具有含水量高、孔隙率大、壓縮性高、透水性差和強度低的特點。

2#特大橋的橋址區域內，勘探孔深的范圍主要揭露地層為表面層覆蓋的第四系全新統人工堆積層（Qml）雜填土；第四系全新統沖積層（Qa）黏土、粉質黏土、粉砂，主要分布于DK11+530.75～DK13+200表層；第四系更新統沖洪積層（Qav）粉質黏土、黏土、粉土、粉砂、細砂、中砂、礫砂、細圓礫土。該段橋址區域的地下水是第四系孔隙潛水，水位埋深為1～12m，水位隨季節變化而變化2～3m。地下水的主要來源包括大氣層降雨補給、地表水入滲或蒸發排泄。

沿線的氣候屬于熱帶雨林氣候，特點是常年炎熱且潮濕，劃分為旱季和雨季。從當年11月到第二年的3月是雨季，西北季風，多云；從4月到10月是旱季，東南季風，晴天。

地表水主要為河流水、水庫及地勢低洼地段的積水。境內河流較多，水系發育，河流多為常年流水河，水位季節性變化較大。水庫為人工蓄水，常年有水。

地下水為孔隙潛水和基巖裂隙水，主要受降雨入滲、地表水補給，以蒸發、地表徑流排泄為主。丘陵和山區水位埋深一般為0～28m，地下水季節變幅較大；沖積、沖洪積平原區、剝蝕殘丘緩坡及山間盆地等地下水埋深相對較淺，一般埋深約0.8～10m。

2 鉆孔灌注樁參數設計

根據高速鐵路高架橋的設計施工經驗以及該地區的實際情況，該地區的大孔徑鉆孔灌注樁為摩擦樁，因抗震要求高，要求單樁豎向承載力達10000～14000kN。大孔徑樁基樁徑分別采用1.5m、1.8m和2m，樁長55～65m，鉆孔孔深達60～70m，通過采用三筋鋼筋籠結構增加抗震性能，樁身采用C40水下混凝土。

3 施工技術

大孔徑超深灌注樁施工的具體流程如下：整平施工的場地→進行樁孔的放樣→埋設護筒→鉆機放置到指定位置→一次鉆孔→用黏性黃土進行回填→二次鉆孔→清理磚孔→下放三筋鋼筋籠→下放導管→二次清理磚孔→用混凝土進行澆筑→成樁檢測。

3.1 施工準備

（1）在施工前做好各類市政管線調查，施工中做好管線保護，防止施工破壞管線。

（2）臨時用水根據規定要求實施打井，指定臨時用水接駁口，接駁臨時用水至洗車槽、泥漿池等處。施工用電采用100kW柴油發電機供電。

（3）進場的機械設備相關的報驗：進場的機械設備要進行現場的驗收，驗收項目包括設備的合格證、設備檢測及檢驗的報告，此外，對特種工的操作證等也要進行查驗，進場的機械設備需要在安裝使用并驗收以后才能投入使用。

（4）材料進場的相關報驗：根據材料的進場安排,分批次進場鋼筋及水泥等建材，進場的材料需要現場驗收、取樣,然后送檢報驗，等到檢驗合格以后才能使用。施工的過程中需要根據設計和規范要求，準備送檢砼試塊、焊接強度試件送檢。

3.2 場地平整

施工之前需要清理工作面的雜物，整平并壓實工作面，必要的情況下可以墊入塊石，然后用20mm的鋼板上鋪。當場地處在陡坡時，先要使用挖掘機來鏟平陡坡，整理出平整的樁基工作臺；當樁基處在水泥路面時，先要使用破碎錘來破除樁位所在范圍的舊水泥路面，然后對破碎之后的石渣進行清理。

3.3 測量放線

按設計各個樁位的具體坐標，測量組分別使用全站儀和水準儀對各樁位進行逐個定位放線，樁位的標志應該準確且牢固，使用“十”字法進行樁位控制，并報告工程師，等檢驗結果合格以后才能埋設護筒，埋設護筒后復測樁位，自檢合格后報工程師復檢。

3.4 鋼護筒制作及埋設

護筒用10mm厚鋼板制作，單個護筒長3m，如遇到雜填土或淤泥等成孔困難的地層，護筒可以按實際情況加長，護筒內徑大于設計樁徑20cm，各種樁徑準備4套護筒。埋設護筒時，先用旋挖樁機鉆孔，再用旋挖樁機將鋼護筒打入樁孔內，護筒中心軸線對正測定的樁位中心，護筒固定在正確位置后用黏土分層回填夯實，以保證其垂直度。

3.5 泥漿制備

（1）泥漿的性能需要滿足以下規定。①泥漿的比重：在開孔時，泥漿的比重應該控制為1.2～1.3；在容易形成塌孔的土層中開孔時，泥漿的比重應該加大到1.3～1.5左右。②黏度：一般地層黏度為16～22s，松散易塌地層黏度為19～28s。③含砂率：新制泥漿不大于4%。膨潤土泥漿配合比及性能指標如表1所示。

表1 膨潤土泥漿配合比及性能指標

（2）泥漿池布置在孔樁附近，泥漿池的容積大小可按2倍樁孔容積計算，大孔徑超深灌注樁需要的泥漿較多，在1個泥漿池無法滿足容量要求的情況下，可以布置多個泥漿池。

3.6 鉆進成孔

（1）采用SR360R型旋挖鉆機鉆進，成孔施工時,隨時了解地層情況對旋挖鉆機的具體影響，嚴格地根據此地層條件下擬定的鉆進參數來指導現場施工。

（2）在施工的過程中應觀察孔內泥漿面和孔外水位的具體情況，在鉆進施工的過程中還要經常留意土層的變化情況，每次進尺2m或者在土層發生變化的地方對鉆碴進行定時取樣分析，仔細核查地質資料。每個施工點都要備有采集土層地質的樣品盒，并且需要在樣品盒內部注明各個樣品所在孔樁的具體位置和取樣時間。必須繪制實際的地質剖面圖，當繪制的地質剖面圖和設計不相符時，要及時報備并請工程師到現場進行確認，由設計單位確定是否需要進行相應的變更設計。當鉆孔達到預定的鉆孔深度后，提起鉆桿測量孔深，達到設計樁深即可終止鉆進。

（3）如果施工過程中遇到松散地層，需要適當地增加泥漿的相對密度及黏度，并保持孔內的水頭高度，要盡量地減小沖液對孔壁造成的影響，同時還需要調低轉速及鉆壓來達到施工質量的控制要求。

（4）鉆孔的過程中需要按照地質的具體情況來控制進尺的速度。從硬地層向軟地層鉆進時，可以適當提高鉆進的速度；從軟地層向硬地層鉆進時，可以適當降低鉆進的速度；在容易形成縮徑的地層中，需要適當增加掃孔的次數，預防縮徑；在硬塑層中，需要采用高轉速鉆進，提高鉆進效率；在砂層中，需要采用低轉速慢鉆進，適當提高泥漿的比重及黏度。一定要根據要求來測試進口和出口的泥漿指標，若發現有超標的情況，需要及時進行調整。

（5）鉆進到中粗砂層后，鉆機的操作必須輕提和輕放，不能強行加壓。技術人員需要及時觀察孔內發生的變化，使孔內泥漿呈注滿狀態。若暫停鉆進，則需要及時采取相應措施，仔細檢查鉆斗，修理磨壞的外出刃和封閉不嚴的鉆斗。還要調整泥漿的質量，即要排除含砂量大的現有泥漿，并及時用制備好的新泥漿來補充。

3.7 回填黏性黃土

在復雜地層中，特別是砂礫夾鵝卵石層，若不采取適當的措施，容易造成縮徑、塌孔等現象，因此，在成孔完成后，需往樁孔里回填黏性黃土，并在黃土中摻加燒堿，燒堿的用量是黃土用量的0.5%。一邊回填黃土，一邊用旋挖鉆機對其進行壓實。

3.8 二次鉆孔

黏性黃土全部回填完成后需等待4h以上才能進行二次鉆孔，如砂礫夾鵝卵石層較多，可將二次鉆孔開孔時間適當延長，鉆孔技術要求同第一次鉆孔技術要求一樣。成孔以后，由于砂層厚造成孔內的沉淀厚，若有一些孔內出現鉆渣超標情況，可以使用鉆機來清理掉孔底的沉渣，進而保證沉渣控制達到要求。

3.9 三筋鋼筋籠制作及吊放

（1）鋼筋按照設計圖紙進行加工，鋼筋籠加工采用全自動化數控設備，鋼筋籠水平運輸采用平板車運輸，運到樁位附近后采用履帶吊進行吊放。由于大孔徑超深灌注樁鋼筋籠長度長、重量大，因此履帶吊的吊裝性能必須滿足鋼筋籠的重量要求。

（2）該地區地殼運動頻繁、地震活躍，需要增加樁基的抗震能力。大孔徑超深灌注樁鋼筋籠采用三筋結構，三筋鋼筋籠配筋多、重量大，主筋呈三角形狀布置，穩定性好，抗震能力強。傳統的鋼筋籠滾焊機不能對其進行加工，需要使用鋼筋籠繞筋機配合加工，以提高其生產效率和質量，如圖1所示。

圖1 地震區大孔徑鋼筋籠（三筋鋼筋籠）局部示意圖

（3）大孔徑鋼筋籠運輸轉移過程中需要被保護。由于大孔徑鋼筋籠直徑大、長度長，在運輸轉移過程中極容易發生變形，因此需要在鋼筋籠內設置2根支撐筋。支撐筋的長度與鋼筋籠大小配套，成“十”字形布置，與鋼筋籠加勁箍筋焊接牢固，達到加強鋼筋籠剛性的目的，減少鋼筋籠在制作、吊裝、運輸和下放時的變形。

（4）鋼筋籠保護層采用圓形混凝土墊塊制作，利用圓鋼通過穿心孔綁扎固定于鋼筋籠上，確保保護層厚度達到70mm。

（5）大孔徑鋼筋籠重量大，為確保安全應優先采用履帶吊進行吊裝，鋼筋籠入孔時，采用兩點起吊。第一吊點設在骨架的下部，第二吊點設在骨架長度的中點到上三分點之間。吊放鋼筋籠入孔時應對準孔徑，保持垂直，輕放、慢放入孔，入孔后應徐徐下放，不宜左右旋轉，嚴禁擺動碰撞孔壁。

3.10 下放導管

鋼筋籠下放完畢后，立即下放導管。采用直徑300mm、壁厚6mm的無縫鋼管。導管使用絲扣連接，在導管使用前要做試拼裝試驗和水密性能試驗，確保每根導管的暢通性及其止水密封圈的完好性。安裝導管時，需要逐段吊裝接長，并豎直下放到孔底300～ 500mm位置。

3.11 二次清孔

待導管下放至指定位置后，在砼灌注前進行第二次清孔。清孔的方法為通過導管泵入性能指標均滿足要求的新泥漿30min以上，使砼灌注前孔底的沉渣厚度滿足要求，進而確保砼成樁的質量。

清孔以后，泥漿的各項指標都要達到相應的設計要求，即泥漿的比重≤1.1，黏度為16～20s，含砂比例為4%。該地區大孔徑灌注樁孔底的沉渣厚度要低于5cm。

3.12 混凝土灌注

（1）在灌注混凝土之前，要先做坍落度測試，測試結果應為水灰比≤0.5，粗骨料的最大料徑≤40mm，且不能大于鋼筋籠主筋最小凈距的1/3。

（2）灌注開始后，要連續進行，不能出現間斷，且再次灌注的時間間隔不能超過3h。灌注時要警惕混凝土可能會從漏斗的頂部溢出或者從漏斗的外部掉進孔底。

（3）在混凝土灌注過程中，導管埋深2～6m。導管埋設過多會影響灌注的速度從而造成堵管；導管埋設過少則會產生浮漿或者泥漿夾層。在提升導管時要確保導管的軸線豎直、位置居中，且需逐步提升。

（4）大孔徑超深灌注樁需要大量的混凝土，使用混凝土超灌控制裝置，如圖2所示。既能確保混凝土灌注到樁頂標高以上，又能防止混凝土過多的超灌浪費。

圖2 灌注樁混凝土超灌控制裝置

3.13 質量檢查

當被檢測樁基的混凝土齡期大于14d，樁身混凝土強度達到設計強度的70%，且樁身強度不低于15MPa時，即可進行樁身質量檢測。根據設計要求，該地區大孔徑超深灌注樁利用聲波透射法進行檢測。經專業人員檢測，該項目樁基質量均滿足設計要求。

4 結論

該項目砂礫夾鵝卵石層深度為8～32m，地層復雜，若不采取適當的措施，容易造成縮徑、塌孔等現象；同時，該地區位于地震活躍地區，對樁基抗震要求高；大孔徑鋼筋籠因為體積大、重量大，在運輸過程容易發生變形和損壞。因此，該工程在實踐中進行了技術探索、試驗和經驗總結，用理論聯系實際，成功地解決了上述難題，并在今后的工程實踐中得以不斷完善。

（1）針對復雜地層（主要為砂層與鵝卵石層），采用鉆孔鉆穿復雜地層后回填黏性黃土和燒堿再進行二次造孔的方式施工，解決了在砂層與鵝卵石層中大孔徑樁成孔困難的難題。

（2）大孔徑鋼筋籠采用三筋結構，主筋呈三角形狀布置，穩定性好，抗震能力強，特別適應于地殼運動頻繁、地震活躍地區的灌注樁施工。

（3）針對大孔徑樁基鋼筋籠體積大、重量大的特點，使用內支撐十字架解決其容易在運輸過程中變形損壞的問題，確保了鋼筋籠的質量。

（4）針對大孔徑超深灌注混凝土消耗大的特點，采用灌注樁混凝土超灌高度控制工藝。通過超高裝置的使用，確保混凝土灌注既不產生質量隱患，又不造成多余的超灌浪費，達到節本增效的目的。