超長鉆孔灌注樁在復雜地層中的設計與施工工藝研究*

巴達榮貴，王國祥，陳逸帆，薛虹宇，張譯愷

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

鉆孔灌注樁是指通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而形成的樁[1-3]。目前，鉆孔灌注樁在實際工程中已得到廣泛應用和研究。例如，黃生根等[4]對水泥漿的擴散方式和加固區的形態分布規律進行分析研究，并基于電磁波CT技術對鉆孔灌注樁壓漿效果進行了觀測；吳爽爽等[5]對抗壓樁、頂拔樁和負摩擦樁3種模式的6根鉆孔灌注樁剪切特性進行了現場加載試驗研究；白曉宇等[6]對風化巖地基大直徑長螺旋鉆孔灌注樁承載性狀進行了試驗研究等。此外，劉暢等[7]、李林等[8]及符進等[9]也對此進行了深入研究。上述研究大多集中于理論層面，通過試驗、數值模擬等對鉆孔灌注樁進行研究，然而，在實際施工中也常存在一系列技術難題。

以北支江過江通道樁基工程為背景，對超長鉆孔灌注樁在復雜地層中的施工工藝和方法進行研究，提出了一系列施工要點，形成了一整套超長鉆孔灌注樁設計參數和施工工藝，可有效指導現場施工。

1 工程概況

本工程位于杭州市富陽區東洲街道北支江，北起高爾夫路與杭富沿江公路交叉口，南接規劃環島路，預留路口與東洲島中心路相銜接。北支江過江通道全長407.6m，全橋共9跨，主橋為(35+2×95+35)m四跨下承式鋼拱梁組合橋，南側引橋為(30+28+32)m鋼箱梁結構，北側引橋為(2×25)m 連續鋼箱梁結構。橋面標準寬度為43m，橋梁下部結構采用鉆孔灌注樁基礎+承臺結構，主橋墩(3～5號)樁徑為1.5m，其余墩樁徑均為1.2m。樁基礎共122根樁，最長樁長為46.2m，最大樁徑為1.5m，均為C30水下混凝土灌注樁。其中，0，9號墩臺分別為20根樁，樁徑1.0m，3～5號墩樁徑為1.5m，其余墩樁徑皆為1.2m。樁位布置如圖1所示。

圖1 樁位布置(單位：cm)

2 鉆孔灌注樁生產性試驗

2.1 試驗目的

水上灌注樁在鉆孔過程中，泥漿黏度、相對密度、含砂率、pH值等參數符合要求的情況下，在復雜地層中高效成孔，保證灌注樁樁基正常施工。

2.2 試驗位置及參數說明

1)試驗位置 選用6號墩水中樁基礎作為試驗樁基。

2)試驗參數說明 泥漿相對密度為1.06～1.2，含砂率<4%，pH值為7～9，黏度為18～28Pa·s，護筒長度>21m。

3)施工工藝 鉆孔采用沖擊成孔方法，現場采用聲測試驗、高應變檢測及荷載箱式靜載檢測。

2.3 試樁結論

經過高低應變及靜載試驗檢測得出水下灌注樁樁基為Ⅰ類樁基，符合設計及規范要求。

3 鉆孔灌注樁施工工藝

3.1 施工工藝流程

鉆孔灌注樁施工工藝流程如圖2所示。

圖2 鉆孔灌注樁施工工藝流程

3.2 施工工序控制要點

1)施工測量 根據業主和設計單位提供的控制樁點，采用全站儀進行復測，利用控制樁布設平面控制網和高程加密，外業測量和內業計算成果均應符合市政橋涵施工技術規范的要求。復測及放樣結果應報監理工程師，復測無問題后方可進行施工。

2)鋼護筒制作及埋設 岸上樁基鋼護筒(0，7，8，9號)均采用10mm厚鋼板卷制而成，內徑大于樁徑0.2m。結合地質勘察報告，根據施工需要埋設1節2m長鋼護筒，頂面比地面高30cm。根據測量放樣的孔位中心在四側埋插保護樁，以便鉆進及時對孔位復測。使用機械初步開挖、人工配合整理及下放回填。筒內底部采用黏性土填入夯實，筒外周壁采用砂漿或黃泥密實堵漏，鋼護筒下放后，須復測其中心位置、橢圓變形與頂面標高，而鉆機上放前，不得在其上面壓放重物，以免影響沖擊鉆機對中定位。

水中樁基采用定制鋼護筒，水上樁基鋼護筒埋設，待臨時平臺搭設完成即可下放。水上墩(1～6號墩)樁基鋼護筒采用10mm厚鋼板卷制而成，內徑大于樁徑0.2m，每條護筒按21m長設計，分2節制作，每節10.5m，該鋼護筒作為永久性護筒。加工完成后應加焊內撐，防止堆放及轉運過程中產生變形，內撐在下放過程中割除。鋼護筒直徑加工精度須控制在2cm以內，刃腳30cm處采用鋼板補強。水上墩樁基鋼護筒的下放需先定位好導向架，導向架由[25制成，如圖3所示。

圖3 導向架示意

護筒下放前先將導向架根據測量放樣固定于施工平臺上，再由汽車式起重機配合振動錘進行護筒下放。接長護筒時需注意確保2節護筒軸線在同一直線上，下放時注意依靠導向架調整護筒傾斜度及偏位，垂直度控制在5/1 000，平面偏差控制在5cm以內，護筒頂面高出施工平臺約50cm。

3)鉆機就位 鉆機就位時，要事先檢查鉆機性能狀態是否良好，保證鉆機工作正常。通過測設的樁位準確確定鉆機位置，并保證鉆機穩定，通過手動粗略調平保證鉆桿基本豎直后, 即可利用自動控制系統調整鉆桿保持豎直狀態。

3.3 鉆進成孔技術

3.3.1泥漿制備

現場設泥漿池(含沉淀池及泥漿儲備池)，一般為鉆孔容積的1.5～2.0倍，泥漿池底部和四周要鋪設塑料布或采取其他封閉措施，防止泥漿外流。

泥漿制備設備有泥漿攪拌機、水力攪拌器。使用黏土造漿時，最好采用水力攪拌器；使用膨潤土造漿時，采用泥漿攪拌機。

造漿后應試驗全部性能指標，鉆孔過程中應隨時檢驗泥漿密度和含砂率，并填寫泥漿試驗記錄表，且隨時注意地質變化，根據地質變化情況隨時調整泥漿性能指標，保證泥漿各項指標符合規范要求，鉆孔施工現場設置回收泥漿池回收護壁泥漿，泥漿經沉淀凈化后，輸送至儲漿池中，在儲漿池中進一步處理(加入適量純堿和CMC改善泥漿性能)，經測試合格后重復使用。

3.3.2鉆進

1)鉆機就位后，首先將鉆機操平，并支墊牢固，特別是鉆機前支點。在成孔過程中，應定期檢查鉆機水平度，若發現鉆機前支點下沉，應及時頂起支點并調平后再繼續鉆孔。

2)鉆機正式開鉆前，應注意鉆頭對中，將鉆頭拉起至護筒頂平面位置，在護樁上綁扎十字線，檢查鉆頭中心與樁位中心是否一致，若發現偏差過大，應進行調整，必須保證鉆機吊繩、鉆頭中心與樁基中心重合。

3)鉆孔樁開鉆前，一定要對照工程地質柱狀圖，研究清楚各孔地質資料，并在鉆孔過程中不斷采集渣樣，從而判斷孔位土層與地質勘察報告是否相符。

4)鉆孔樁在剛入巖面或鉆孔至巖石變化處，應本著“減壓鉆進”原則，嚴格控制沖程，待平穩著巖后再加快鉆進速度。

5)鉆孔樁鉆至設計標高后，應及時撈取巖樣，根據巖樣特征和鉆進速度判斷該孔能否終孔。一般情況下，中風化巖巖樣顆粒較細小，直徑5～10mm，進尺速度約為30cm/h。

6)沖擊鉆孔成孔過程中，要定期檢查偏位情況，發現偏位及早采取糾偏措施。

7)終孔后，采集渣樣判斷是否滿足設計持力層要求，同時檢查樁基成孔深度。檢查方法有測繩法和鉆具推算法。首先根據護筒頂標高和鉆頭鉆具總長度推算孔底標高，然后再利用測繩量測成孔深度，計算孔底標高，持力層和鉆孔深度均滿足設計要求后方可終孔。用于測量孔深的測繩應定期利用鋼尺復核，防止造成測量誤差。

3.3.3終孔

鉆孔達到設計深度后，必須核實地質情況。對照鉆渣與地質柱狀圖，驗證地質情況是否滿足設計要求，如與勘察設計資料不符，及時通知監理工程師及現場設計代表確認處理；如滿足設計要求，立即檢查孔深、孔徑、孔型。對于孔徑、孔壁、垂直度等檢測項目，采用測孔儀檢測。

成孔后，鉆機顯示界面的鉆孔深度為L1，利用測繩測量孔深L2，如果L2

確認滿足設計和驗收要求后，報請監理工程師驗收，驗收合格后，立即清孔。成孔檢測標準如表1所示。

表1 成孔檢測標準

4 施工方案調整

本項目橋梁下部結構樁基礎在陸地施工過程中能有效成孔、灌樁，但在水中的灌注樁樁基由于在復雜地層中易造成塌孔、卡鉆等現象，影響樁基施工工期，且后續打撈鉆頭等花費巨大，遠遠超過普通灌注樁造價。因此，本項目通過增加鋼護筒長度，對施工方案進行調整，保證高效成孔及灌注。具體調整方案如下。

1)1.2m直徑樁基鋼護筒埋設進入不透水層(淤泥質粉質黏土)深度按≥2倍鋼護筒直徑控制，1.5m直徑樁基鋼護筒埋設進入不透水層(淤泥質粉質黏土)深度按≥1.5倍鋼護筒直徑控制；鉆進至圓礫、卵石層后，泥漿相對密度調整至1.3；根據試打情況，直徑<1.5m的鋼護筒壁厚確定為12mm，直徑>1.5m 的鋼護筒壁厚確定為14mm；樁基灌樁完成后，鋼護筒埋入深度較大(>4m)時，拔出較困難，且影響樁頭混凝土質量，為保證樁基質量，承臺面以下部分做永久保留，承臺面以上待承臺開挖后割除。

2)鋼護筒打拔設備 為保證鋼護筒埋設垂直度及考慮其長度和質量、現場工作面等，鋼護筒埋設采用80t履帶式起重機，配合使用120kW雙夾振樁錘。

5 結語

北支江過江通道工程是亞運場館項目的附屬工程，施工期的進度顯得尤為重要，通過增長鋼護筒很好地加快了施工進度，同時也避免了長時間、不斷的地層擾動給樁基造成的不利影響。