淺議復(fù)雜卵石地層下鉆孔灌注樁施工工藝及控制要點

馬利永 閆璽文 王川東

摘 要 舊河道卵石地層是一種典型的不穩(wěn)定地質(zhì)層，其主要組成為光圓卵石顆粒，自身無黏結(jié)，具有穩(wěn)定性較差，滲透系數(shù)較大等特點，本文結(jié)合在無水舊河道復(fù)雜卵石地層內(nèi)大直徑鉆孔灌注樁施工作業(yè)，針對該地質(zhì)層的水文地質(zhì)條件及鉆孔灌注樁施工特點，總結(jié)了復(fù)雜卵石地層下鉆孔灌注樁施工工藝及控制要點，以便對后續(xù)類似地層施工提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞 卵石地層;鉆孔灌注樁;控制要點

1工程概況

某上跨舊河道市政橋梁工程，大橋全長597m，橋梁總寬44m，跨河主景觀區(qū)采用整體式花瓶墩，其他次景觀區(qū)采用分離式矩形墩，基礎(chǔ)形式為鉆孔灌注樁+承臺，樁基直徑存在1.6m、2.0m兩種規(guī)格。

2水文地質(zhì)情況

本工程勘探探測地層最大深度為65m，勘察期間未見地下水，將勘探深度范圍內(nèi)的地層按地質(zhì)時代、物理力學(xué)性質(zhì)差異劃分為5 個工程地質(zhì)單元，從上到下描述如下：①粉土（Q4al）：黃褐色，稍濕，中密，平均厚12.04m，平均埋深12.04m。（1-1）卵石層（Q4al）：雜色，稍濕，中密，主要成分為石英、長石和云母等礦物，平均厚3.50m，層底埋深4.50-6.40m。②卵石（Q4al）：雜色，稍濕，中密-密實。主要成分為長石、石英和云母等礦物;平均厚10.30m，平均埋深22.96m。③粉質(zhì)黏土（Q3al）：黃褐-褐黃色，硬塑。含少量鈣質(zhì)結(jié)核和黑褐色鐵錳質(zhì)結(jié)核，混有白色鈣絲，平均厚3.49m，平均埋深26.46m。④卵石（Q3al）：雜色，稍濕，密實。主要成分為長石、石英和云母等礦物。級配差，分選好，磨圓好，部分區(qū)域存在較大飄石、孤石，平均厚25.39m;平均埋深51.85m。⑤粉質(zhì)黏土（Q3al）：褐-棕褐色，硬塑。含少量小姜石和蝸牛殼碎片，局部有鈣質(zhì)膠結(jié)層，平均厚9.25m，平均埋深65m。由上述地層可知，本樁基工程穿越地質(zhì)主要為多層卵石層，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

3施工機械選擇

根據(jù)地質(zhì)報告結(jié)合、各類型樁基性能、試驗樁情況經(jīng)濟合理選擇鉆機，各類型樁基性能如下：①沖擊鉆使用于各類地質(zhì)情況，造價高，進度慢。②正反循環(huán)鉆機適用于一般層，砂類土，粉質(zhì)黏土，砂礫土，風(fēng)化巖等，但是砂礫直徑大于鉆桿的時候不適宜反循環(huán)鉆機。③旋挖鉆機適用于黏性土、小粒徑卵石土、人工填土、砂土等土質(zhì)。在樁基設(shè)計直徑大，深度較大的時候所需鉆機較大，其成孔速度較快，工期易于保證。

考慮到本項目橋位區(qū)覆蓋層主要為粉土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、卵石層，且卵石層較厚，絕大部分樁位卵石層都在20多米，并伴隨有大量孤石存在，地質(zhì)條件復(fù)雜，同時為保證施工進度，綜合初步選擇采用旋挖鉆進行施工，如遇較大孤石無法鉆進，采用筒鉆進行分解鉆進[1]。

4施工工藝

4.1 施工工藝選擇

本工程卵石層含泥量較少，水中穩(wěn)定性較差，滲透性較強，漏漿嚴(yán)重，且本工程地質(zhì)條件下未見無地下水。故采用干成孔工藝，并配合黏性土二次回填護壁，降低塌孔風(fēng)險，具體施工工藝流程如下：

4.2 施工控制要點

（1）測量定位

①根據(jù)橋梁墩柱樁基所處位置，進行清表作業(yè)并整平樁基施工區(qū)別，便于安放機械。②根據(jù)設(shè)計圖紙中樁位平面布置圖，采用GPS或全站儀進行樁位放線定位，確定樁心位置并采用“十字線”法布設(shè)護樁，護樁沿樁孔四周布設(shè)，采用φ12鋼筋頭制作，并設(shè)置明顯標(biāo)志進行保護。

（2）護筒埋設(shè)

①因地表覆土層較薄，地表存在3m左右卵石層，穩(wěn)定性較差，為保證護筒穩(wěn)定性，需加深護筒埋設(shè)深度穿越地表卵石層，故護筒用厚20mm的鋼板制作，護筒內(nèi)徑大于鉆孔直徑20cm，高6m;鋼護筒在外加工完成后運至施工現(xiàn)場，確保其橢圓度不大于2cm，鋼護筒卷制及拼接焊接均采用雙面焊，并確保所有焊縫應(yīng)連續(xù)、均勻，以保證護筒不漏水、不漏漿。②根據(jù)測量放線樁位進行護筒埋設(shè)，首先經(jīng)測量人員核對樁位無誤后，根據(jù)護樁拉線確定護筒開挖位置，鋼護筒埋設(shè)時，利用旋挖鉆鉆頭加裝專用擴孔工具后進行埋設(shè)坑開挖，使其稍大于護筒直徑，最后由人工配合汽車吊進行埋設(shè)，護筒埋設(shè)后應(yīng)微調(diào)護筒位置使護筒中心與樁心重合，并使護筒頂高出地面約30cm，護筒四周分層采用黃土、紅土等黏性土回填夯實，以保證護筒穩(wěn)固性。

（3）鉆機就位

①根據(jù)樁位確定鉆機位置，在鉆機位置四周灑白灰線進行標(biāo)記。②將旋挖鉆機移動至白灰線標(biāo)記處，禁止移動。③通過張拉十字線，調(diào)整鉆頭中心點對準(zhǔn)十字線中心點，通過旋挖鉆機自身油電控制系統(tǒng)調(diào)整好鉆桿、桅桿的豎直度、回旋角度等參數(shù)并鎖定。

（4）鉆孔作業(yè)

①開鉆前應(yīng)做好鉆孔準(zhǔn)備工作，鉆孔開始后，確保連續(xù)作業(yè)至成孔，無特殊情況不得無故停鉆，鉆孔過程中應(yīng)做好相應(yīng)的鉆進記錄及地質(zhì)情況記錄。②旋挖鉆進是一個短進尺、多回轉(zhuǎn)的重復(fù)循環(huán)作業(yè)過程，依靠旋挖鉆頭內(nèi)鉆斗進行取土，其鉆頭為旋轉(zhuǎn)開合裝置，其正鉆回旋取土，反轉(zhuǎn)關(guān)閉鉆頭，在鉆頭內(nèi)空間全部充滿渣土后，通過旋挖鉆控制儀器，停止向下壓力輸送及正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)鉆頭并下壓，關(guān)閉鉆頭底部倉蓋，通過鉆機后部鋼絲繩牽引裝置，上提鉆頭及鉆桿，并保持鉆機角度不動，避免觸碰孔壁，待鉆頭提出地面后，緩慢旋轉(zhuǎn)機身至棄渣土位置，繼續(xù)提升鉆頭，使其觸碰鉆頭開合觸動裝置，打開底蓋，傾倒鉆渣，繼而下放鉆頭至地面，正轉(zhuǎn)鉆頭，關(guān)閉底蓋，繼續(xù)進行鉆孔作業(yè)，重復(fù)上述步驟，進行成孔作業(yè)，施工中出現(xiàn)鉆桿抖動，無法鉆進等特殊情況，應(yīng)及時提鉆停機檢查，復(fù)核地質(zhì)情況并查明機械原因后再行鉆進。鉆機控制系統(tǒng)可實時顯示鉆孔深度，達到設(shè)計孔深后停止鉆進，報項目管理人員復(fù)核孔深[2]。③旋挖鉆鉆進速度隨著地層不同進行變動，旋挖鉆在卵石地層進尺時，具有回轉(zhuǎn)時間較長，鉆機的負(fù)載和轉(zhuǎn)速波動范圍大的特點。當(dāng)鉆進至進尺困難的卵石層時，在負(fù)荷增大到一定程度后，操縱加壓液壓缸，對鉆桿柱短時間加壓，加壓操作可視進尺情況重復(fù)進行1、2次，當(dāng)加壓后鉆頭進尺量很小時，應(yīng)立即提鉆，所以在鉆進過程中，鉆機操作人員應(yīng)密切關(guān)注回轉(zhuǎn)鉆速、鉆頭壓力以及鉆進負(fù)載變化情況，做到適時加壓，適時提鉆。④成孔作業(yè)應(yīng)連續(xù)進行，并根據(jù)鉆進情況填寫相關(guān)記錄。在鉆進過程中應(yīng)隨時檢查成孔的垂直度情況。控制鉆孔的垂直度小于1%，如發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)垂直度偏斜應(yīng)立即停鉆，重新校正垂直度并修正。對于地層變化處處和易發(fā)生偏斜的部位，應(yīng)采取低速循進的辦法穿過，以保持孔形良好。

（5）黏性土回填、二次鉆進

本工程地質(zhì)層包含較深較厚卵石地層，在施工過程中，黏性土與卵石層交接部分、砂卵地質(zhì)層鉆進過程中宜發(fā)生塌孔現(xiàn)象，常規(guī)泥漿護壁無法于卵石層保持水頭，且砂卵層水下穩(wěn)定性較差，根據(jù)施工前期試樁情況，鉆進過程中，若出現(xiàn)輕微塌孔、擴孔現(xiàn)象，采用如下方法解決：

①根據(jù)鉆機所取鉆渣情況，在進入卵石層后及時更換小一號鉆頭，先行鉆進，通過卵石層等易塌孔地層后，重新更換適合樁徑鉆頭，采用擴孔方式二次進行成孔作業(yè)，減少大鉆頭對成孔孔壁擾動較大的風(fēng)險。例如：本工程2.0m直徑樁成孔時，遇卵石層后更換1.6m直徑鉆頭進行初步鉆進，后續(xù)再更換2.0鉆頭采用擴孔方式完成成孔作業(yè)。②鉆進過程中出現(xiàn)塌孔、擴孔、不進尺等情況，采用紅土、黃土等黏性土摻少量水進行孔壁回填并高于塌孔位置。③采用旋挖鉆機反向旋轉(zhuǎn)，將回填土攪拌成泥狀，并沿孔壁反轉(zhuǎn)進行擠密作業(yè)，將泥狀回填土擠密至卵石層及塌孔位置，使其表皮形成泥狀護壁膜，防止卵石層塌孔。④旋挖機進行正轉(zhuǎn)操作，二次鉆進，取出多余回填土，并反復(fù)上述操作，直至穿越卵石易塌孔層。

若成孔后出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，則應(yīng)將該樁孔全部采用黏性土或泥卵土進行回填，并沉淀30天后再進行鉆孔作業(yè)。

（6）孤石、飄石層鉆進

第（4）地質(zhì)層內(nèi)存在大量孤石、飄石，旋挖鉆頭無法鉆進，無法取出孤石，且旋挖鉆機為多次回轉(zhuǎn)取土，對孤石、飄石處理會造成孔壁擾動，形成塌孔風(fēng)險，鉆進過程中遇孤石后，將旋挖鉆頭更換為筒鉆鉆頭，筒鉆鉆頭為圓柱形鉆具，但無底蓋，鉆頭側(cè)壁下方布滿耐磨合金子彈頭，利用耐磨合金子彈頭截齒旋轉(zhuǎn)加壓可以將孤石、飄石進行切割，碾碎成可進入鉆斗的較小粒徑或與將其與周邊孔壁膠結(jié)密實，并可利用筒鉆鉆頭的筒內(nèi)空間及子彈頭將粒徑較大的卵石卡住并提升至地面取出，隨后再更換旋挖鉆斗繼續(xù)鉆進施工。

（7）鋼筋籠制作安放

鉆孔灌注樁鋼筋籠采用鋼筋加工場分段制作，現(xiàn)場焊接的方式施工。鋼筋籠制安放過程中，主要檢查鋼筋籠直徑是否滿足設(shè)計要求、主筋間距是否均勻并滿足設(shè)計、鋼筋籠順直度、各焊點焊接質(zhì)量等，并嚴(yán)格控制聲測管的順直度及密閉性，通常采用灌水法進行試驗并封堵聲測管上口，避免澆筑混凝土?xí)r堵塞聲測管，聲測管注水可保持聲測管內(nèi)部壓力，可在一定程度上避免混凝土澆筑過程中擠扁聲測管[4]。

（8）澆筑混凝土

①采用導(dǎo)管進行灌注混凝土施工。導(dǎo)管用內(nèi)徑300mm的導(dǎo)管，每節(jié)長3m，并配0.5m、1.0m和2.0m各一節(jié)短導(dǎo)管，由管端粗絲扣連接，接頭處采用雙密封膠圈防水。導(dǎo)管使用前，應(yīng)進行拉力和水密試驗。下導(dǎo)管時應(yīng)防止碰撞鋼筋籠，導(dǎo)管距孔底要保持在500mm，導(dǎo)管支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺上。導(dǎo)管安拆均采用汽車吊進行。②混凝土施工采用混凝土攪拌車運輸，到達孔位后直接放入導(dǎo)管頂部的漏斗內(nèi)。混凝土坍落度應(yīng)滿足灌注要求，一般為180～220mm，并確保其有良好的和易性。灌注混凝土的初凝時間應(yīng)大于整根樁灌注時間，確保樁混凝土強度。

5結(jié)束語

本工程通過采用上述施工方案對60根鉆孔灌注樁現(xiàn)場施工并進行鉆進、灌樁數(shù)據(jù)跟蹤，施工成孔質(zhì)量良好，且施工過程中未出現(xiàn)塌孔、縮孔等不良現(xiàn)象，灌注樁充盈系數(shù)穩(wěn)定于1.1左右，未出現(xiàn)大量超方現(xiàn)象，經(jīng)濟效益良好。因此，在復(fù)雜卵石層下采用旋挖鉆機成孔并于過程中采用黏性土回填施工具備可行性及經(jīng)濟性。當(dāng)然施工過程中要嚴(yán)格控制回填質(zhì)量及反轉(zhuǎn)回旋操作，避免孔壁未擠密實造成不必要的質(zhì)量問題。

參考文獻

[1] 叢欣江，梁宇，曲儼卿.旋挖鉆機在無水砂卵石地層圍護樁施工中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2011（2）：85-88.

[2] 徐隨安，馬友利.旋挖鉆在卵石、泥巖地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁施工[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2007（7）：82.

[3] 梁芝軍.砂卵石地層鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制[J].四川水泥，2018：271.