橋梁鉆孔樁回填素混凝土防塌孔施工技術(shù)

樊立志

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西晉中 030600)

鉆孔樁具有很大的豎向單樁強度和側(cè)向單樁剛度，可確保上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定且不產(chǎn)生過大的沉陷與傾斜，同時可抵御由于風和地震引起的水平荷載與力矩荷載，保證結(jié)構(gòu)物的抗傾覆穩(wěn)定性，現(xiàn)已被廣泛的應用于各工程施工領域。在橋梁工程施工中，鉆孔樁大多采用泥漿護壁沖擊鉆或旋挖鉆成孔的方法，該方法可有效加快工程施工速度，確保工程施工質(zhì)量，但常常易出現(xiàn)鉆孔樁塌孔的問題，究其原因主要有:泥漿稠度小，護壁效果差;護筒埋置較淺，周圍封堵不密實，護筒底部出現(xiàn)漏水，造成泥漿水頭高度不足，對孔壁壓力小;或在松軟的砂層中進尺過快，泥漿護壁形成較慢，孔壁滲水。針對鉆孔樁塌孔問題，目前主要采用以下三種方法:當塌孔輕微時，采取增大泥漿比重，提高泥漿水頭，增大水頭壓力;當塌孔不深時，采用深埋護筒，夯實護筒周圍，重新開鉆的方法;當塌孔較嚴重時，采用片石、砂類土回填，或采用摻入水泥砂漿的黏土回填的方法。安九鐵路花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋74號～75號橋墩樁基處于粉砂地層，施工中塌孔現(xiàn)象較嚴重，經(jīng)現(xiàn)場勘測護筒頂下10 m～12 m位置存有一層約2 m厚的砂夾層，項目部在加強鉆孔樁施工技術(shù)要求的基礎上，采用加長護筒、回填片石、水泥漿護壁等傳統(tǒng)方法均不能有效遏制塌孔問題，為此，在粉砂地層橋梁鉆孔樁施工中，探索采用了低標號素混凝土回填作為鉆孔樁護壁的方法，在施工中取得了良好的應用效果，有效確保了鉆孔樁安全快速施工。

圖1 現(xiàn)場塌孔圖

1 工程概況

安九鐵路(安徽段)位于安徽省西南部的安慶地區(qū)，線路起于安徽省安慶市，經(jīng)安慶市所轄懷寧縣、潛山縣、太湖縣、宿松縣至皖鄂交界。安九鐵路安徽段AJSG-3標段花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋共74個橋墩，橋墩樁基礎分別采用8根1 m樁長34.5 m摩擦樁。橋梁樁基礎施工地質(zhì)情況復雜，原地面以下2 m～3 m為回填粗圓礫土，3 m～35 m為強風化片麻巖。在樁基施工過程中，74號～75號樁基塌孔現(xiàn)象嚴重，采用傳統(tǒng)施工增加泥漿比重或增加護筒長度的方法無法順利施工，經(jīng)檢查護筒頂下10 m～12 m位置有一層約2 m厚的砂夾層，施工過程中出現(xiàn)大塌孔問題，且處理此段塌孔后在18 m～20 m位置又出現(xiàn)砂層并有水流導致鉆孔不能繼續(xù)，現(xiàn)場塌孔見圖1。

2 工藝原理

針對旋挖鉆機在粉砂地層且富含流沙層施工時，鉆孔樁常易出現(xiàn)塌孔問題。為提高鉆孔樁護壁效果，利用素混凝土回填鉆孔樁至塌方位置1 m以上，待混凝土初凝后，利用旋挖鉆機繼續(xù)施工，旋挖鉆掏出素混凝土芯部，素混凝土剩余部分將形成一層堅固的混凝土護壁，繼續(xù)施工鉆孔樁，有效解決施工鉆孔樁塌孔的問題。施工工藝原理見圖2。

圖2 鉆孔樁防塌孔回填素混凝土施工原理圖

3 施工工藝流程

3.1 淺層塌孔處理

測量放線→安裝護筒→常規(guī)方法進行鉆孔施工→鉆孔至塌方位置下1 m～1.5 m后停止鉆孔→清除孔內(nèi)棄渣→回填低標號素混凝土至原地面→復測樁位→素混凝土初凝前拔出護筒(一般在1 h左右)→素混凝土自然養(yǎng)護(一般在24 h以后)→旋挖鉆機重新就位→樁位及高程放樣→重新安裝護筒→旋挖鉆機鉆進至設計孔深。

3.2 深層或多層塌孔處理

測量放線→安裝護筒→常規(guī)方法進行鉆孔施工→鉆孔至塌方位置下1 m～1.5 m后停止鉆孔→清除孔內(nèi)棄渣→安裝導管→水下澆筑素混凝土至塌孔位置上方1 m～1.5 m→素混凝土自然養(yǎng)護(一般在24 h以后)→旋挖鉆機繼續(xù)鉆進至設計孔深。

4 關(guān)鍵施工工藝

4.1 淺層塌孔處理

4.1.1 施工測量

按照導線復測成果布置花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋施工測量控制網(wǎng);施工前對花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋各部位坐標及各標高進行復核，并與設計值進行對比無誤后按設計值施工放樣。

4.1.2 場地平整

鉆孔前對墩位處進行場地平整，場地標高不低于樁頂標高+護筒長度，鉆孔前對樁位進行精確放樣，并復核樁基的相對位置關(guān)系，設置好“十字”護樁。

4.1.3 護筒設置

護筒頂面高出施工地面至少50 cm，其高度還應滿足孔內(nèi)泥漿面高度的要求。樁基護筒埋設采用挖埋法。埋設準確、穩(wěn)定，護筒中心與樁位中心的偏差不大于50 mm，垂直度偏差不大于1%，保證鉆機沿著樁位垂直方向順利工作。

4.1.4 泥漿的制備

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本橋樁基泥漿擬采用優(yōu)質(zhì)泥漿。各項指標如下:采用旋挖鉆鉆孔泥漿比重為1.05～1.15，采用沖擊鉆鉆孔泥漿比重為1.1～1.3;粘度:一般地層16 s～22 s、松軟地層19 s～28 s;含砂率:不大于4%;pH值:大于6.5;膠體率:不小于95%。

4.1.5 鉆機鉆孔

采用常規(guī)方法進行鉆孔，鉆孔中應盡量控制鉆進速度，減少振動對孔壁失穩(wěn)的影響。鉆孔至塌方位置后停止鉆孔，將鉆機撤出鉆孔場地。根據(jù)現(xiàn)場實際情況利用溜槽或者罐車直接放灰至孔內(nèi)(見圖3)，回填至原地面;回填后孔四周拉設警戒線，防止車輛或者行人踐踏?；炷粱靥詈? h內(nèi)利用吊車拔出護筒;當素混凝土強度達到一定值后(一般在24 h以后)，重新放樣樁位，埋設護筒繼續(xù)鉆進至設計位置。

圖3 回填素混凝土施工現(xiàn)場圖

4.2 深層或者多層塌孔處理

采用常規(guī)方法進行鉆孔施工，鉆孔至塌方位置后停止鉆孔，將鉆機撤出鉆孔場地;安裝導管，水下灌注混凝土至塌方位置(見圖4)，混凝土高出塌方區(qū)不小于1 m;混凝土自然養(yǎng)護24 h后，重新放樣樁位，埋設護筒繼續(xù)鉆進至設計位置，混凝土護壁效果見圖5。

5 施工操作要點

1)護筒中心與樁孔中心線偏差不大于50 mm，垂直度不大于1%。

2)鉆進速度要根據(jù)土層情況、孔深、鉆機負荷以及成孔質(zhì)量等具體情況確定，尤其是鉆至水位以下，要“輕壓、輕鉆、慢上下”。

圖4 水下混凝土回填現(xiàn)場施工圖

圖5 混凝土護壁效果圖

3)C20混凝土適宜坍落度為180 mm～200 mm。

4)澆筑必須一次完成，高度控制在塌孔位置上下1 m～1.5 m，澆筑過程中隨時進行測量。

6 質(zhì)量保證措施

1)保證齡期、提高護壁質(zhì)量?；炷粱靥钚纬勺o壁法中C20混凝土必須自然養(yǎng)護24 h以上，再進行旋挖機鉆進。

2)防止孔斜、保證樁孔垂直度。

a.在鉆孔樁施工中鉆機可能坐落在軟硬不同的土層上，鉆進中易發(fā)生位移和偏沉;鉆孔時極可能遇到較大孤石、探頭石或傾斜的巖層或在粒徑大小懸殊的砂卵石層中鉆進，鉆頭所受阻力不勻。安裝鉆機時要使轉(zhuǎn)盤底座平正。起重滑車緣與固定鉆桿的卡孔和護筒中心三者應在一條豎直線上，并經(jīng)常檢查校正。在有傾斜的軟、硬地層鉆進時，應吊住鉆桿控制進尺或回填片、卵石沖平后再鉆進。b.由于鉆桿較長，轉(zhuǎn)動時上部擺動過大，必須在鉆架上增添導向架，控制鉆桿上的提引水龍頭，使其沿導向架向下鉆進。鉆桿接頭應逐個檢查及時調(diào)整，鉆桿彎曲要用千斤頂調(diào)直。

7 工藝優(yōu)越性

7.1 傳統(tǒng)工藝弊端

采用加長護筒方法防止塌孔時，需要振動錘大型設備輔助安裝及拔除護筒，對設備要求高成本較大，同時護筒的拔除時機一定要控制好，防止護筒不能拔出重復利用，不利于成本控制;采用回填片石等方法小范圍內(nèi)塌方可以適用，大面積的塌孔不適用，局限性太大，存在材料浪費的情況。

7.2 本工藝優(yōu)點

采用回填混凝土控制塌孔方法具有施工功效高、質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔率高、適應性強等特點?？朔诵阢@機成孔時塌孔、泥漿排放、工期長等缺點，極大地提高了施工質(zhì)量。針對特殊地質(zhì)下的大面積塌孔以及塌孔位置在不同底層的多次塌孔，采用回填混凝土作為護壁在經(jīng)濟性和實用性方面是個很好的選擇。

8 結(jié)語

按照此方法施工的安九鐵路花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋74號墩8根易塌孔的樁基，經(jīng)第三方檢測樁基均為Ⅰ類樁。證明此方法可行能有效保證施工質(zhì)量。