沖擊鉆在穿越厚卵石層橋梁樁基中的應用研究

摘要：文章以某橋梁橋樁基施工為例，結合對橋址區的水文、氣象以及地質條件的綜合分析，指出了樁基施工過程中的主要施工難點，并提出了采用沖擊鉆方法穿越厚卵石層以及采用防腐蝕性的C35高性能海工混凝土灌注樁基的施工方案。實踐證明，沖擊鉆方法可高效穿越厚卵石層，并保障樁基的穩定性，可為類似沖擊鉆穿越厚卵石層樁基施工提供借鑒和參考。

關鍵詞：樁基施工;沖擊鉆;厚卵石層;應用

0 引言

近年來，隨著橋梁工程的快速發展，跨江跨河橋梁越來越多，而樁基礎施工質量是決定成橋后橋梁整體穩定性的關鍵步驟[1]。沖擊鉆鉆孔樁技術因具有施工效率高、適用性強等特點，逐漸在橋梁樁基工程中得到廣泛應用，但在實踐過程中受到多種因素的影響，仍然會出現卡鉆、塌孔以及斷樁現象，因此進一步研究沖擊鉆技術對于提升樁基質量具有重要意義[2]。

目前，國內外對沖擊鉆施工技術展開了大量研究。劉崢[3]概述了在地質復雜的巖溶區域采用沖擊鉆的施工技藝，在保證順利成孔且控制混凝土超方的同時，保證孔壁穩定、孔樁垂直，防止出現卡鉆等現象。毛奎等[4]驗證了旋挖鉆配合沖擊鉆接力復合成孔施工技術可有效避免單一鉆孔工藝在不同地層施工的技術難題，能有效提高施工效率，縮短工期，降低施工風險。 黎欣興等[5]介紹了橋梁基礎的施工方案及施工前的準備工作和施工中可能出現事故的原因及處理措施，并針對當施工處在巖溶地質及流沙層地質時應注意的事項進行了簡要論述。 錢華偉[6]證明了沖擊鉆能有效克服回旋鉆施工中的問題，為類似深水嵌巖樁沖擊鉆施工提供可借鑒的經驗。沖擊鉆施工技術受地質條件的影響較大，不同地區地質結構具有一定差異性，以上主要是針對巖溶地質、流沙層地質以及深水嵌巖施工展開的研究，而關于含卵石層地質的研究相對較少。基于此，本文針對樁基施工中沖擊鉆穿越厚卵石層的施工難點、鉆孔步驟以及質量控制等問題進行了闡述，結合實際工程證明了沖擊鉆方法可高效穿越厚卵石層，并保障樁基的穩定性。

1 工程概括

1.1 橋梁簡介

某大橋左橋中心樁號為K86+861.250，右橋中心樁號為K86+862.250，上部結構采用先簡支后連續T梁，左[JP+1]橋全長536.5 m，右橋全長534.5 m，下部構造采用柱式墩配樁基礎。左右橋1#～7#/10#～14#橋墩樁基礎直徑為1.8 m，其中左右橋4#～7#橋墩樁基礎位于溪流內，左右橋8#～9#和濂坑臺橋墩樁基礎直徑為1.3 m，全橋共布置樁基108根。跨河段4#～5#橋墩基礎及平臺縱斷面如圖1所示。

1.2 水文、地質條件

橋梁跨越河流，河寬約80～100 m，水深約1～7 m（受潮汐影響）。根據地質調查和鉆孔揭示，場地表層多分布有雜填土，第四系沖海積層，下伏基巖為燕山早期花崗巖及其風化層，卵石層厚約20 m，雜色、中密、飽和，以碎石為主，含量約50%～60%，碎石粒徑在4～12 cm，母巖為凝灰熔巖，磨圓度差，呈棱角狀為主，強～中等風化，其間由黏性土、砂、角礫充填。當地多年平均氣溫為19.0 °C，最冷的月份1月份平均氣溫為9.8 °C，最熱的月份7月份平均氣溫為28.8 °C。多年平均降水量為2 038.6 mm，3～9月份為多雨季節，占年降水總量的80.2%，10月份到次年2月份為相對的干季，占年降水總量的19.8%。

2 施工方案

2.1 施工難點

根據對當地水文、地質條件的分析，以及結合《公路工程地質勘察規范》（JTG C20-2011） 附錄K的判定，該橋在進行樁基礎施工時存在以下難點：

（1）主橋樁基礎最長施工長度達47 m，施工難度大，風險較高，對鉆孔設備要求較高。

（2）鉆孔過程需穿越淤泥層和約20 m厚的卵石層，發生漏漿和塌孔幾率較高。

（3）3～9月份為多雨季節，降水量較大，樁基混凝土澆筑容易出現問題。

（4）地表水和地下水對混凝土均具有一定腐蝕性，影響樁基結構強度。

2.2 施工設計

考慮到當地卵石層較厚，且表面覆蓋淤泥層，為減小樁基礎施工過程中發生漏漿和塌孔的幾率，樁基施工采用沖擊鉆方法，選擇型號為CZ-30-1的沖擊鉆進行成孔作業。在大橋的建設中，考慮到海水的弱腐蝕性，樁基采用C35海工高性能混凝土灌注，以確保混凝土結構使用壽命達到100年。

3 施工準備

3.1 場地整理

設置工作平臺和進場通道，安裝設備及水電連接等。嚴格遵守文明施工管理要求，現場實行封閉管理。作業現場應設置工棚、安全設施、標志、標識牌等。

3.2 測量定位

根據設計圖提供的控制點，利用坐標法放出樁位中心點，并測出地面及工作平臺標高。樁位軸線設十字護樁進行保護。通過使用全站儀進行逐樁定位，經正確評審后，報請監理工程師檢查，護筒只能在報驗合格后才能埋設。樁位測量定位示意見圖2。

3.3 鋼護筒制造及埋設

護筒采用12 mm厚鋼板卷制而成，焊接必須堅實，不漏水。大橋的左右橋1#～7#/10#～14#橋墩樁基直徑為1.8 m，左右橋8#～9#和濂坑臺橋墩樁基直徑為1.3 m，鋼護筒內徑大于樁徑20 cm。4#～7#橋墩基礎護筒外設鋼套箱輔助系梁、橋墩施工。鋼護筒的沉放精度需滿足如下要求：平面位置允許偏差為±5 cm，傾斜度為≤1/100 。

3.4 泥漿制備與排放

泥漿為自產，如果黏度和比重不符合要求，可以添加塑性指數>25的黏土。鉆孔時泥漿比重約為1.2左右，含砂率≤4%，黏度為16～22 Pa·s。在鉆孔時，泥漿要始終高于外部水位或地下水位。泥漿處理主要采取集中沉淀干燥后外運的方式。根據現場情況沿主線外邊每2排樁位間隔設置（6×6×1.5） m泥漿池。泥漿池滿后用挖掘機將干燥淤泥挖裝至自卸汽車上，自卸汽車帶蓋封閉，運輸車及時外運至指定排放點，途中不得有撒漏。

4 施工過程

4.1 鉆孔

鉆進時應先將泥漿灌注入孔內，并根據土層情況確定泥漿的相對密度等指標。如果孔內有水，可以直接放入黏土，沖擊鉆可用小沖程來反復沖擊造漿。在開孔和整個鉆進過程中，應始終保持鉆孔內水位高出地下水位（河中水位）1.5～2.0 m，應低于護筒頂部0.3 m，以防止溢流。地下水位表面為護筒底部2～4 m，一般較松散，應仔細施工。一般來說，細粒土層可用濃泥漿、小沖程和高頻率反復沖擊，使孔壁不塌不漏。開孔或鉆進卵石夾土等疏散層時，可將黏土和小片石（粒徑≤15 cm）按1∶1投入，并以小沖程反復沖擊將泥膏和片石擠入孔壁，必要時重復回填重復沖擊2～3次。

4.2 一次清孔

鉆孔達到設計標高后需經建設單位、設計單位、勘察單位、監理單位確認后才能進行清孔。當泥漿指標、沉渣厚度等均符合規范要求并報監理工程師批準后，即可提鉆、移鉆，做好吊裝鋼筋籠及導管安裝的準備。一次清孔偏差指標見表1。

4.3 鋼筋籠制作及吊放

鋼筋加工及安裝應嚴格按照《實施性施工組織設計》及《福建省普通公路施工標準化指南（橋梁）》等相關文件執行并進行細化，不能降低要求。鋼筋焊接施工前應進行可焊性試驗，機械連接接頭施工前應進行型式檢驗，合格后方可大面積施工。鋼筋籠的制作和吊放的允許偏差指標見表2。

4.4 導管安裝

導管放置前，施工技術人員應根據孔深事先制定導管的長度組合計劃，并逐節檢查是否有障礙物，管壁是否有孔洞，接口膠墊是否有破損等。混凝土灌注導管為300 mm、標準節長2.5 m的快速卡口導管，并配備2～3節1 m左右的短節。安裝前做強度試驗及水密性試驗，安裝過程中不得觸碰鋼筋籠，導管安裝完成后距孔底0.5 m，并進行排氣。

4.5 二次清孔

安裝導管后再進行一次深度測量。如沉渣厚度大于設計要求時（端承樁≤5 cm），需要進行二次清孔。二次清孔完畢后測量孔深，并檢測泥漿指標，當沉渣厚度、泥漿指標等均滿足規范要求并報監理工程師批準后，方可進行混凝土灌注。

4.6 超聲波檢測管預埋

超聲波檢測管底部用鋼板封堵，接頭采用液壓連接，超聲波檢測管頂面高出樁頂標高100 cm。檢測管應灌水、密封，施工時注意不能將雜物落入檢測管中。按設計要求，大橋所有樁基均需設置超聲波檢測管。

4.7 水下混凝土施工

混凝土初灌時采用拔球法。樁基混凝土經泵送，不斷地通過集料斗、澆筑料斗及導管灌注至孔內。對于運至灌注點的混凝土，必須檢查其均勻性和坍落度，若不符合要求必須進行二次拌和，仍不符合要求的不得使用。檢查鋼筋籠標高、孔深、孔底沉渣厚度和泥漿指標（比重、黏度、含砂率），在水下混凝土灌注前，檢查是否有塌孔現象，符合要求后即可開盤灌注。為了防止集料堵塞球堵塞導管，應先向灌注斗內加一盤不低于水下混凝土標號的水泥砂漿，然后繼續灌注混凝土。

4.8 破樁頭施工

在灌注結束，待混凝土強度達到設計強度的70%以上后再鑿除樁頭，并報請經批準的檢測部門對樁身質量進行檢測。樁頭破除應根據承臺或系梁底高程，破除高出的部分。在破除樁頭時，還應重點保護鋼筋的保護層，特別是斷除樁頭時，應把鋼筋扒開，用吊車把樁頭吊開，禁止用挖掘機扒開樁頭。

5 施工質量控制

為保證施工質量，對所有樁基進行無破損檢測，樁基檢測委托第三方檢測。對檢測結果有缺陷的樁，進行鉆芯檢驗，如發現夾層斷樁、混凝土離析、空洞等問題，可對其進行加固處理。經設計代表及監理工程師同意，且待水泥漿硬化后，再鉆孔取芯檢查補強效果。若鉆芯仍存在重大質量問題，則進行加樁處理。鉆孔灌注樁質量檢驗結果保證I類樁≥95%，檢測出現Ⅲ類樁時，則應在原樁位沖孔恢復或進行加樁處理。樁基施工過程中應遵循以下原則：

（1）本項目所有工序均應報監理工程師驗收，合格并簽認且批準后方可進行下道工序施工;

（2）鉆孔樁成孔后，必須對孔深、垂直度、孔徑和沉淀層厚度等進行測量，以確保滿足設計要求;

（3）施工現場周圍應從排水溝、集水井、樁孔中抽出積水，經沉淀后，符合環保要求才能排入下水道;

（4）根據施工圖紙準確放線，放出樁位中心線和樁徑，并認真進行技術復核，通過有關部門辦理簽證手續，才能開挖樁身土方;

（5）在挖樁前，必須在樁中心位置向樁的四邊引出四個樁心控制點，用牢固的木樁標定;

（6）施工現場技術負責人和施工員應在施工前進行全面檢查以及安全教育等工作;

（7）由專人負責記錄樁孔的垂直中心線、軸線、樁徑、樁長和基巖土質等數據;

（8）護壁模板分節的高度視土質情況而定，一般可用50～2500 px;

（9）現場制作的鋼筋籠，應執行有關規范要求。

6 結語

本文以某大橋樁基施工為例，結合對橋址區的水文、氣象以及地質條件的綜合分析，指出了樁基施工過程中的主要施工難點，并提出了采用沖擊鉆方法穿越厚卵石層，以及采用防腐蝕性的C35高性能海工混凝土灌注樁基的施工方案。同時，詳細介紹了沖擊鉆施工的工藝流程，并針對施工過程中的注意事項和質量控制提出了要求。實踐證明，沖擊鉆方法可高效穿越厚卵石層，并保障樁基的穩定性，可為類似沖擊鉆穿越厚卵石層樁基施工提供借鑒和參考。

參考文獻：

[1]王 波，李 吉，侯振斌，等.巖溶地區“人工+沖擊鉆”式深樁成孔施工技術[J].施工技術，2018，47（S4）：75-79.

[2]王金帥.沖擊鉆自動化施工技術要點分析[J].科學技術創新，2019（15）：102-103.

[3]劉 崢.沖擊鉆在巖溶地區的應用[J].現代物業（中旬刊），2018（7）：206.

[4]毛 奎，王昌喜.嘉魚長江公路大橋超長樁旋挖鉆配合沖擊鉆復合成孔技術[J].中外公路，2018，38（3）：199-204.

[5]黎欣興，熊 凱.沖擊鉆鉆孔樁在橋梁基礎施工中的應用[J].交通世界，2017（36）：104-105，109.

[6]錢華偉.深水嵌巖樁沖擊鉆施工技術[J].筑路機械與施工機械化，2017，34（9）：93-97.

作者簡介：潘玉潔（1981—），工程師，主要從事廣西公路路網工程研究工作。