孟加拉盆地深厚覆蓋層超深鉆孔樁施工技術(shù)分析

喬 康

中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430050

孟加拉盆地是一個(gè)外枝準(zhǔn)地槽，古地臺四周上升使厚厚的巖屑沉積物堆積其中，沉積物固結(jié)引起的沉降是該地區(qū)普遍的工程地質(zhì)問題。孟加拉國位于南亞次大陸東北部，處于孟加拉盆地上。近年來，該國正在大力進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，我國已對其累計(jì)援助八座橋梁建設(shè)項(xiàng)目。鉆孔灌注樁在孟加拉國應(yīng)用較為成熟，但是其施工過程易產(chǎn)生夾泥、縮頸、塌孔等現(xiàn)象，成樁質(zhì)量難以控制。在橋梁工程中樁基施工質(zhì)量的好與壞是決定工程工期和工程質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。

1 工程概況

孟加拉國孟中友誼八橋位于孟加拉國南部巴里薩爾大區(qū)皮斯布爾市以東約5km 處，橋梁在柏克提亞兩岸渡口下游跨越庫察河，按中國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。主橋?yàn)?72+7×122+72)m 連續(xù)剛構(gòu)，雙向兩車道。主墩基礎(chǔ)（2#～9#墩）采用直徑為2m 的鉆孔樁，樁長106 ～117m，設(shè)計(jì)為摩擦樁，采用C35水下混凝土。鉆孔采用反循環(huán)回旋鉆機(jī)，錐形四翼刮刀鉆頭鉆進(jìn)，利用鋼棧橋和水中鋼平臺施工，清孔采用氣舉反循環(huán)工藝。文章主要以水位最深、樁長最長的8#墩樁基施工為例，介紹深厚覆蓋層超深鉆孔樁施工技術(shù)。8#墩樁基平面布置圖見圖1。

圖1 主橋8#墩樁基平面布置圖

2 地質(zhì)特點(diǎn)及施工難點(diǎn)

孟中友誼八橋位處地質(zhì)情況軟弱且覆蓋層深厚,表層以灰色粉砂或粉土為主，局部有灰黑色粉質(zhì)黏土或淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾層。中部地層巖性以湖沼相粉土、淤泥質(zhì)黏土、粉砂、粉質(zhì)黏土及相互間夾層為主，巖性變化大，多呈砂土互層狀；下部地層以粉細(xì)砂為主，局部為中砂。

2.1 地質(zhì)情況軟弱

主橋樁基礎(chǔ)樁身范圍內(nèi)地層以黏土及粉細(xì)砂層為主，壓縮性高，強(qiáng)度低，樁基成孔質(zhì)量控制難度大，樁身質(zhì)量要求高，對施工技術(shù)水平考驗(yàn)大。

2.2 鉆孔傾斜度控制難度大

因水深18m，鋼護(hù)筒自由長度大、樁孔深度大、軟弱土層鉆頭易偏轉(zhuǎn)等原因，易導(dǎo)致傾斜度偏差過大。

2.3 塌孔風(fēng)險(xiǎn)高

由于樁身范圍包含多個(gè)軟弱夾層，地層不穩(wěn)定，因此鉆孔過程中極易出現(xiàn)縮頸甚至塌孔。且因整體地層軟弱，若鉆速控制不當(dāng)、鉆頭回轉(zhuǎn)過快或空轉(zhuǎn)時(shí)間太長以及清孔、下放鋼筋籠等過程操作不當(dāng)，皆有較大塌孔風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 樁身質(zhì)量控制要求高

在砂層中鉆進(jìn)成孔，砂粒隨泥漿懸浮于孔內(nèi)，導(dǎo)致成孔后泥漿含砂量較大，易造成樁身夾泥夾渣缺陷。鋼筋籠下放時(shí)間較長，使樁基混凝土灌注前沉渣厚度偏大嚴(yán)重影響成樁質(zhì)量。因成孔深、砂層穩(wěn)定性差、軟弱夾層多且厚度較大以及灌注時(shí)間長、導(dǎo)管拔出次數(shù)多等，存在灌注過程塌孔、導(dǎo)管拔空或混凝土面上升困難等風(fēng)險(xiǎn)，樁身質(zhì)量影響因素多，控制難度大。

3 鉆孔樁施工方案

3.1 總體施工方案

針對該橋樁基上述地質(zhì)特點(diǎn)和施工難點(diǎn)，對深厚覆蓋層超深鉆孔樁的整個(gè)施工過程進(jìn)行階段分解和技術(shù)分析，提出各階段質(zhì)量控制難點(diǎn)的技術(shù)處理措施，制訂合理的施工工藝。總體施工工工藝流程：鋼護(hù)筒施打→鉆機(jī)定位→反循環(huán)回旋鉆機(jī)成孔→泥漿置換→鋼筋籠下放→空壓機(jī)氣舉反循環(huán)二次清孔→導(dǎo)管法灌注水下混凝土成樁。

3.2 鉆孔傾斜度控制

（1）采用新型的三層導(dǎo)向架的方式進(jìn)行鋼護(hù)筒施打定位，形成自上而下三層導(dǎo)向體系（見圖2），避免了鋼護(hù)筒因自由長度過大而發(fā)生偏斜，可有效控制長懸臂鋼護(hù)筒施打傾斜度，確保鉆頭導(dǎo)向準(zhǔn)確。

（2）每次更換鉆桿前，利用十字線檢查鉆桿中心平面位置，保證其位于樁位中心；利用水平尺檢查鉆桿是否有變形、歪斜，及時(shí)修復(fù)或更換，避免因鉆機(jī)偏位和鉆桿變形等硬件設(shè)備問題導(dǎo)致的鉆孔傾斜。

（3）采用減壓鉆進(jìn)，使加在孔底的鉆壓小于鉆具總重（扣除泥漿浮力）的80%，并隨時(shí)觀察鉆桿、鉆機(jī)的擺動與震動情況，適時(shí)調(diào)整鉆壓，避免因鉆桿擺幅過大引起的斜孔。在變層時(shí)放慢鉆速，采用輕壓慢進(jìn)，并上下提動鉆具進(jìn)行掃孔，確保鉆孔垂直度。

（4）成孔后采用專用超聲波檢孔儀進(jìn)行檢孔，不可使用探籠替代，保證鉆孔傾斜度符合驗(yàn)收規(guī)范的要求下再進(jìn)行后續(xù)施工。

3.3 塌孔風(fēng)險(xiǎn)控制

（1）根據(jù)地質(zhì)特性和地層變化調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)哪酀{性能指標(biāo)（見表1），能夠充分發(fā)揮泥漿護(hù)壁作用，有效防止孔壁坍塌。

表1 鉆孔過程泥漿性能指標(biāo)表

（2）在膨潤土配置的泥漿中摻入適量的純堿，以增加泥漿黏度，提高其護(hù)壁作用。

（3）關(guān)注孔內(nèi)泥漿液面高度，保持孔內(nèi)泥漿面應(yīng)高于河水面2m，使孔壁內(nèi)壓不小于外壓，保證孔壁穩(wěn)定。

（4）根據(jù)地層變化調(diào)整合理的鉆進(jìn)速度，避免因鉆速不當(dāng)導(dǎo)致不穩(wěn)定的土層坍塌。

（5）加接鉆桿時(shí)，提鉆并設(shè)置合理空轉(zhuǎn)時(shí)間，有效防止黏土糊鉆導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間過長而引起的塌孔。

（6）嚴(yán)格控制鋼筋籠下放時(shí)間，避免樁孔放置時(shí)間過長發(fā)生塌孔。鋼筋籠在加工場進(jìn)行試拼，確保在現(xiàn)場可順利連接。

3.4 砂率及沉渣控制

（1）通過應(yīng)用泥沙分離器（見圖3）能夠顯著減少清孔時(shí)間，提高成樁質(zhì)量。反循環(huán)排出的泥漿，先在沉淀池中進(jìn)行沉淀，再經(jīng)泥沙分離器凈化未沉淀的細(xì)小顆粒，凈化效果良好，降低了含砂率。

（2）成孔后采用新配置的不含泥漿置換孔內(nèi)泥漿，再次降低了孔內(nèi)泥漿的含砂率。

（3）對于超深鉆孔樁，二次清孔采用氣舉反循環(huán)法，清孔效果好、效率高且時(shí)間在2h 以內(nèi)，可控制沉渣厚度滿足驗(yàn)收規(guī)范要求。

圖2 鋼護(hù)筒施打施工圖

圖3 泥沙分離器工作圖

3.5 灌注過程質(zhì)量控制

（1）材料是影響樁身混凝土質(zhì)量的源頭。選擇材質(zhì)合格的砂、碎石、水泥、外加劑等原材料，經(jīng)過配合比試驗(yàn)，制配工作性能良好的水下混凝土。

（2）灌注使用的導(dǎo)管經(jīng)水密性試驗(yàn)合格并逐一編號，按編號逐節(jié)連接、勻速緩慢下放，以防觸碰鋼筋籠剮蹭孔壁。

（3）按計(jì)算的首灌方量制作10m3儲料斗，首封采用儲料斗+大料斗，并在導(dǎo)管上口放置隔水球，使首批混凝土連續(xù)，確保首灌成功，導(dǎo)管埋深大于1m。

（4）灌注混凝土?xí)r要?jiǎng)蛩俟嘧ⅲ谲浫鯅A層處放慢灌注速度，減小混凝土對孔壁的沖擊力。緩慢均勻拔管，防止拔空，保證導(dǎo)管埋深為2 ～6m。

（5）灌注混凝土完成7d 后，混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，且≥15MPa，通過聲波透射法進(jìn)行樁身完整性檢測。

4 結(jié)束語

通過對施工工藝的深入分析和研究，以及施工過程中對斜孔、塌孔風(fēng)險(xiǎn)控制和灌注過程的精細(xì)組織，在孟八橋主橋樁基施工過程中，86 根直徑為2m 的樁基全部順利施工完成，未發(fā)生塌孔、斜孔、夾渣、斷樁等問題，其檢測結(jié)果皆為I類樁，證明該深厚覆蓋層超深鉆孔樁施工技術(shù)取得了成功，可為同類型地質(zhì)情況的鉆孔樁施工提供借鑒。