生物碎屑粉質(zhì)粘土地層中橋樁施工的質(zhì)量控制要點(diǎn)

奚江

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司）

1 工程概況及地質(zhì)條件

本橋?yàn)楹？诿姥莞咚傺葚S互通I 匝道上跨海文高速公路及J 集散道跨線橋，橋梁共計(jì)六墩五跨總長(zhǎng)96m，樁基設(shè)計(jì)為摩擦樁，樁徑1.2m，樁長(zhǎng)28～32m，共計(jì)12 根。橋址處地勢(shì)較平緩，兩處墩位緊鄰海文高速，中間墩位位于海文高速中央分隔帶內(nèi)，海文高速日車流量近3 萬(wàn)，因此該橋具有施工難度大、安全隱患高等特點(diǎn)。

橋梁所處地質(zhì)情況復(fù)雜，樁基深度范圍內(nèi)地質(zhì)由上往下為高液限軟土層、粘土層、砂礫層及生物碎屑粉質(zhì)粘土層，由于地勢(shì)海拔接近海平面，故地下水位很高，地質(zhì)又松軟，成孔過(guò)程孔壁極不穩(wěn)定，故無(wú)法采用人工挖孔工藝，而選擇鉆孔灌注樁作為施工的基本方案。

2 鉆孔方法的比選

鉆孔方法的選擇主要考慮三個(gè)方面，分別是地理位置的安全性、地質(zhì)方面的合理性、進(jìn)度的保障性，考慮到施工位于既有公路中間及兩側(cè)，為保證既有線路上行車的安全性，需采用護(hù)壁最穩(wěn)定的鉆孔工藝，橋址處地質(zhì)又屬于極易坍塌的類型，故綜合考慮采用沖擊鉆最為合適。

3 鉆孔過(guò)程中的控制要點(diǎn)

生物碎屑粉質(zhì)粘土層深度在樁基的21～33m 段，其產(chǎn)生原因是多年前火山爆發(fā)，巖漿覆蓋植被所致，故其具有離散、松軟、透水等特點(diǎn)，在樁基鉆進(jìn)過(guò)程中容易發(fā)生泥漿流失、孔壁收縮、塌孔等事故，造成極大的安全隱患、質(zhì)量問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)損失，為此在施工前應(yīng)充分評(píng)估鉆進(jìn)階段可能遇到的問(wèn)題，通過(guò)以下幾個(gè)控制要點(diǎn)來(lái)降低事故發(fā)生概率。

3.1 獲得真實(shí)地質(zhì)情況

首先采用實(shí)際樁位的鉆探來(lái)確定該樁地質(zhì)情況，尤其要掌握好生物碎屑粉質(zhì)粘土層的情況，通過(guò)真實(shí)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)做好各層施工前的準(zhǔn)備工作。

3.2 制作合理的護(hù)壁泥漿

考慮不同地質(zhì)情況，孔壁自穩(wěn)性能的不同，泥漿也要通過(guò)不同的調(diào)配來(lái)滿足各個(gè)階段的需求。為保證鉆孔過(guò)程中漿液的最佳護(hù)壁效果和其合理的流失率，通過(guò)調(diào)配膨潤(rùn)土、纖維素及燒堿等自拌造漿獲得合適的泥漿比重及需求粘度，通過(guò)不同配比的各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，獲得了不同地質(zhì)段最佳的泥漿比重，其中粘土段的泥漿比重1.1，砂礫層的泥漿比重1.25，生物碎屑粉質(zhì)粘土層的泥漿比重1.33，淤泥質(zhì)土的泥漿比重1.2。

3.3 準(zhǔn)備嵌縫回填料

生物碎屑粉質(zhì)粘土層的空隙和孔隙情況復(fù)雜，當(dāng)鉆頭進(jìn)入該層時(shí)，泥漿將會(huì)隨之流失，故需要在進(jìn)入該層前0.5m 深度時(shí)回填約1m 深度的回填料，用于鉆入過(guò)程中將回填料擠入起到填隙的效果，以填充空隙提高整體密實(shí)性，擠入孔隙阻隔泥漿流失，使泥漿能包裹護(hù)面從而支撐泥漿和地下水的壓力差，達(dá)到孔壁穩(wěn)定的效果。

為滿足填隙和粘黏要求，回填料的材料以6～9cm直徑片石、1～3cm 碎石及粘土混合而成，依需求其摻比分為三種配合比，片石：碎石：粘土=5：2：3，該配比適合空隙較大段；片石：碎石：粘土=3：3：4，該配比適合空隙較小段；片石：碎石：粘土=1：4：5，該配比適合細(xì)微孔隙段。通過(guò)鉆探記錄及實(shí)際鉆孔情況，采用不同配比的混合料來(lái)滿足不同層隙情況的需求。

3.4 鉆頭的選取

不同牙瓣數(shù)的鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)孔壁的擾動(dòng)和擠壓效果不一樣，本橋的樁基在鉆孔過(guò)程中又將回填填隙混合料，故準(zhǔn)備三瓣牙和四瓣牙兩種類型的鉆頭，分別用于初始鉆進(jìn)擠壓和往后護(hù)壁擠壓過(guò)程中使用。

3.5 鉆孔過(guò)程中的操作注意事項(xiàng)

樁基鉆進(jìn)過(guò)程中為保證孔壁穩(wěn)定，除了護(hù)筒埋設(shè)及泥漿護(hù)壁之外，關(guān)鍵之一是保證鉆頭重心穩(wěn)定，故在鉆機(jī)就位時(shí)要穩(wěn)固機(jī)身，保證鉆桿垂直度，在鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)觀察沖繩情況，上提后的鉆頭需及時(shí)清理泥塊和石塊，保證鉆頭的重心穩(wěn)定，杜絕出現(xiàn)因偏載造成孔壁的刮擦[1]；二是強(qiáng)調(diào)操作過(guò)程中鉆頭合理的下沖高度，實(shí)施合理的沖擊力度，尤其在軟硬交接、遇到孤石時(shí)更應(yīng)如此，以滿足均勻擠壓孔壁增強(qiáng)孔壁密實(shí)度而不破壞孔壁完整性。

4 鋼筋籠的制作及安裝控制要點(diǎn)

樁基鋼筋籠的安裝過(guò)程會(huì)影響孔壁的穩(wěn)定，故需要通過(guò)鋼筋籠加工優(yōu)化及安裝措施兩個(gè)方面來(lái)減少安裝時(shí)對(duì)孔壁的擾動(dòng)，最大限度保護(hù)孔壁。

4.1 鋼筋籠的制作

鋼筋籠的制作除依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求之外，還需要考慮采用哪種加工方式來(lái)嚴(yán)格控制籠體外徑尺寸、吊裝時(shí)籠體受力段如何加強(qiáng)防止變形、如何減少籠體接頭以縮短下籠時(shí)間等措施。本橋圍繞這些問(wèn)題提出采用樁基鋼筋，主筋采用12m 長(zhǎng)鋼筋，籠體采用滾籠機(jī)進(jìn)行制作，在吊點(diǎn)處及籠身每隔6m 段采用20mm 直徑鋼筋做十字對(duì)撐，通過(guò)主筋上安裝輪式混凝土墊塊控制保護(hù)層這一系列措施進(jìn)行控制，達(dá)到了符合要求的籠形和籠徑，減少了一個(gè)鋼筋籠接頭斷面而縮短了下籠時(shí)間，增加了籠體剛度防止其吊裝過(guò)程變形。輪式混凝土墊塊的使用不僅保證了保護(hù)層，同時(shí)極大減少了與孔壁的摩擦，讓鋼筋籠在樁孔內(nèi)安裝更加順利，最大限度減少對(duì)孔壁的擾動(dòng)，維護(hù)了樁孔的穩(wěn)定。

4.2 鋼筋籠的安裝

鋼筋籠在安裝過(guò)程中，最重要的是控制下籠的時(shí)長(zhǎng)和下籠過(guò)程中籠體整體垂直度。本橋樁基鋼筋籠接頭斷面共2 個(gè)，主筋采用機(jī)械套筒連接施工工藝，過(guò)長(zhǎng)的下籠時(shí)間會(huì)帶來(lái)漏漿和縮孔等隱患，故為縮短套筒連接的時(shí)間，通過(guò)增加安裝人員和設(shè)備來(lái)滿足。籠體的垂直度不良不僅會(huì)造成鋼筋籠與孔壁之間不必要的摩擦，還會(huì)給套筒連接帶來(lái)不必要的麻煩，故需嚴(yán)格控制起吊后的鋼筋籠垂直度，并對(duì)已安裝進(jìn)樁孔內(nèi)的鋼筋籠采用兩根型鋼鋼擔(dān)水平對(duì)稱支撐籠體，從而保證了鋼筋籠間良好的對(duì)接，高質(zhì)量的鋼筋籠連接即是高效的鋼筋籠安裝。

5 樁基灌注過(guò)程的質(zhì)量控制要點(diǎn)

5.1 灌注設(shè)備的準(zhǔn)備

樁基灌注采用導(dǎo)管灌注法，考慮樁基直徑為1.2m，采用直徑25cm 的導(dǎo)管，容積2m3的料斗，使用前需做水密性實(shí)驗(yàn)，保證管道嚴(yán)密性符合要求，不會(huì)出現(xiàn)漏氣漏漿現(xiàn)象。

5.2 清孔的標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目橋樁設(shè)計(jì)為摩擦樁，清孔標(biāo)準(zhǔn)按沉渣不超過(guò)10㎝計(jì)，泥漿比重控制在1.1 內(nèi)。

5.3 混凝土的控制

首先保證混凝土供應(yīng)的連續(xù)性，通過(guò)設(shè)計(jì)方量、運(yùn)輸距離及灌注速度合理安排車輛；再次嚴(yán)格控制混凝土和易性，尤其是塌落度需滿足灌注需要，塌落度一般控制在(180±20)mm；一根樁設(shè)計(jì)方量為28m3，需滿足正常情況下整個(gè)灌注期內(nèi)首灌的混凝土不會(huì)初凝。

5.4 首灌的控制

首灌的目的是翻漿埋管，用首灌混凝土完全置換樁底沉渣及泥漿，保證樁底的整體質(zhì)量，灌注前將導(dǎo)管底部懸空高度控制在40～60cm 范圍，以滿足混凝土正常出管翻漿，料斗裝塞待混凝土裝滿后再提斗塞，為預(yù)防出漿口泥漿溢流需做好土壁圍擋，為防止首灌翻漿對(duì)料斗及導(dǎo)管的偏載擠壓力，需將料斗四面加撐。

5.5 灌注過(guò)程中埋管的控制

為減少管道與混凝土間的摩擦力，防止管道無(wú)法拔出和發(fā)生刮鋼筋籠現(xiàn)象，同時(shí)保證管道管底距離混凝土面有足夠的安全距離，整個(gè)灌注過(guò)程中要求埋管深度保持在2～6m。

5.6 特殊情況的防范及處理

樁基灌注過(guò)程中常遇到導(dǎo)管卡籠情況，嚴(yán)重的可導(dǎo)致導(dǎo)管無(wú)法拔出、樁基灌注失敗的嚴(yán)重后果。為防止管道卡籠除控制導(dǎo)管埋深外，還需要控制混凝土的灌注速度、導(dǎo)管插拔幅度并實(shí)時(shí)觀察導(dǎo)管居中位置情況，出現(xiàn)導(dǎo)管傾斜后應(yīng)第一時(shí)間進(jìn)行糾正，防止混凝土偏載擠壓導(dǎo)管發(fā)生卡籠事件[2]。若發(fā)生卡籠現(xiàn)象，應(yīng)先預(yù)判卡住的大致位置，利用導(dǎo)管扳手進(jìn)行順逆時(shí)針的扭轉(zhuǎn)導(dǎo)管，以達(dá)到脫離籠體的目的。

5.7 樁頂?shù)馁|(zhì)量保證

灌注樁樁頂?shù)幕炷潦鞘坠喾瓭{的混凝土，其內(nèi)不僅含有樁底沉渣、泥塊及泥漿等渣質(zhì)，還有較多的混凝土浮漿，其內(nèi)骨料較少，承載力較差，故為保證樁頭實(shí)體質(zhì)量，采用超灌1m 來(lái)去除樁基實(shí)體范圍內(nèi)的缺陷。

6 樁基檢測(cè)結(jié)果

在整個(gè)樁基施工過(guò)程中，通過(guò)嚴(yán)格控制成孔及灌注的質(zhì)量保證措施，完成了所有樁基的施工，其中部分樁基檢測(cè)報(bào)告見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)所有樁基的超聲波檢測(cè)，得出該橋所有樁基都是I 類樁的結(jié)論[3]，說(shuō)明在施工成孔過(guò)程中及樁基灌注過(guò)程中，采用的質(zhì)量控制要點(diǎn)措施對(duì)樁基質(zhì)量起到了很好的效果，證明了所作的措施完全可以滿足該地質(zhì)施工需要。

表1 部分樁基檢測(cè)數(shù)據(jù)

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目橋樁的施工，得到了位于生物碎屑粉質(zhì)粘土層地質(zhì)段樁基施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)。首先對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)水文做了詳細(xì)了解，再針對(duì)每個(gè)地質(zhì)層及過(guò)渡層采用合理的鉆孔及護(hù)壁措施，然后對(duì)籠體安裝實(shí)施合理的預(yù)防及過(guò)程控制，最后通過(guò)灌注過(guò)程中的隱患嚴(yán)防和關(guān)鍵點(diǎn)把控完成了高質(zhì)量的孔樁。