深水復雜地質鉆孔灌注樁高效成孔施工技術

薛 連

（中鐵八局集團昆明鐵路建設有限公司，云南 昆明 650200）

0 引言

在跨河橋梁樁基礎施工中，水下鉆孔灌注樁是最常見的成樁形式之一，由于水下施工不可見、地質情況復雜多變，成樁時易出現(xiàn)塌孔、傾斜、卡鉆等現(xiàn)象，成孔施工往往進度緩慢。

1 工程概況

安徽省界首市裕民橋重建工程主橋主墩位于沙潁河內，墩位處現(xiàn)狀水深約 9m?；A設計為：Φ1.5m 鉆孔樁，每個墩20根，樁長45m，采用“高平臺低護筒”方案進行鉆孔樁施工。施工平臺距水面高差較大，鋼護筒定位及垂直度控制困難，泥漿儲存量大，傳統(tǒng)泥漿箱儲存占用施工平臺影響施工，同時，深水鉆孔過程中常遇未探明不良地質，依靠回旋鉆頭無法穿透，強行施工往往會導致鉆頭損壞，維修成本高，危險性較大。

2 高效成孔技術創(chuàng)新點及特點

針對深水復雜地質常遇未探明較大直徑孤石、鋼護筒定位及垂直度控制困難、泥漿循環(huán)儲存量大且易漏漿等施工難題，結合工程實際對施工工藝工法進行研究并優(yōu)化改進。經多次研討論證，采用自制導向框架對樁基鋼護筒進行定位及固定，控制鋼護筒打設垂直度；利用已有鋼護筒串聯(lián)形成整體作為泥漿循環(huán)儲存裝置，不占用施工平臺；自制筒狀清障鉆頭，當水下樁基礎成孔過程中遇勘察探明或未探明較大直接孤石等不利地質條件時采用。

3 高效成孔施工技術

3.1 施工平臺搭設

樁基施工前搭設施工平臺，平臺立柱采用Φ630×10mm鋼管樁，垂直河道設置3排，順河道設置8排，柱間設置[16a槽鋼系桿，樁頂采用雙拼I40工字鋼做分配梁，后安裝雙排單層貝雷梁，上部分布梁為I20a工字鋼，平臺面板為8mm花紋鋼板，并在樁位處開孔。

3.2 導向架制作

樁基護筒采用低護筒，為保證鋼護筒打設垂直度，在鋼護筒施工前制作鋼護筒導向架，鋼護筒導向架采用[16#槽鋼制作，當護筒直徑較大時，為增加導向架剛度可采用雙拼槽鋼制作，導向架制作長度為6.5m，導向架上部500mm向一側彎曲一定角度，保證鋼護筒下放順利。導向架斷面為正方形，邊長較鋼護筒直徑大100mm左右，同時在鋼護筒下放完成后在護筒四周設置墊塊，防止打設時鋼護筒左右晃動。

3.3 導向架安裝與鋼護筒施工

鋼護筒為14m長Φ1800×10mm鋼管，采用DZ120雙夾具振動錘施工。施工前對貝雷片位置進行調整，保證鋼護筒導向框架定位準確。導向架分兩步安裝，先采用履帶吊對導向框進行初步定位，定位后精確放樣出護筒中心位置，用十字交叉線進行標示，人工對導向框位置進行精確定位并用限位槽鋼固定在貝雷片上，導向框固定長度為1.5m，分別固定在貝雷片的上下面。

導向框固定完畢后，振動錘吊裝鋼護筒沿導向框下放。鋼護筒先期依靠自重下沉，穩(wěn)定后測量護筒垂直度，滿足要求后振動錘振動下沉，觀察護筒下沉情況，確保下沉過程中未發(fā)生偏斜，若出現(xiàn)偏移及時停錘加固。

3.4 串聯(lián)管制作與安裝

串聯(lián)管采用直徑60cm雙壁波紋管，在加工場加工成型，安裝時由兩端鋼制接頭和中間柔性接頭連接。串聯(lián)管與外包鋼制接頭搭接長度不小于15cm，防止出現(xiàn)漏漿。施工前在鋼護筒上放樣出串聯(lián)管安裝位置，在鋼護筒頂面以下50cm處開直徑530cm孔洞并確?？锥吹酌鏄烁咭恢隆４?lián)管兩端纏繞不少于3層防滲土工布，纏繞長度應保證其在鋼護筒內、外兩側外露不小于10cm。將串聯(lián)管安裝在已開口的鋼護筒上，同時在其下部焊接[12#槽鋼作為承托件。串聯(lián)管兩頭安裝完畢后采用泡沫填縫劑對串聯(lián)管內外進行封堵，泡沫劑未凝固前禁止移動。串聯(lián)管安裝完成后在串聯(lián)管外設置2-3道箍筋有效固定在[12#槽鋼上，防止串聯(lián)管移動。

圖1 導向架模型

圖2 導向架的安裝

圖3 樁基串聯(lián)管局部連接示意圖

圖4 串聯(lián)管安裝

3.5 筒狀障礙物鉆頭設計及制備

圖5 筒鉆示意圖

圖6 筒鉆立面圖

筒狀障礙物鉆頭包括鉆進齒牙、筒身內網狀鋼絲繩、筒身、筒頂蓋板、筒頸和鉆桿連接法蘭盤等部位，筒身內安裝2-3層網狀鋼絲繩用于提升樁孔內障礙物，筒身下方安裝齒牙有效鉆透障礙物四周土體，使障礙物在硬質土層的反力作用下通過鋼絲網進入筒身內，快速有效清除障礙物。

現(xiàn)場筒鉆制備方式：

1）鋼板切割，選用t=30mm鋼板，筒身和和蓋板工廠加工成型，筒身高度1.5m，兩塊蓋板直徑相差20cm。

2）齒牙采用優(yōu)質合金鋼加工，在筒身加工時一次成型，齒牙外露長度5cm。

3）筒頸采用t=50mm鋼板加工，筒頸長度為30cm，筒頸直徑根據鉆桿尺寸進行加工。

4）法蘭盤筒頸采用t=50mm鋼板加工，加工法蘭盤應與鉆桿法蘭盤直徑和尺寸相匹配，法蘭盤螺栓孔位置與鉆桿螺栓孔位置相匹配。筒身整體焊接完畢后在筒頸上和法蘭盤，下和蓋板連接部位采用高度7cm綴板連接、加固。

5）筒身內部采用直徑5cm鋼絲繩加工成2-3層鋼絲網，鋼絲單根長度為筒身內徑的2/3，鋼絲繩一端與筒身采用焊接固定，鋼絲繩沿筒身四周布置，鋼絲繩間距不宜過大，兩根鋼絲繩夾角為10°，上層鋼絲繩與下層鋼絲繩要交錯布置，不應在同一斷面上。

3.6 樁基施工

樁基采用正循環(huán)鉆孔施工，反循環(huán)清孔。施工中選定最外側一根鋼護筒放置泥漿泵，緊靠泥漿船。施工過程中外溢泥漿通過串聯(lián)管循環(huán)，泥漿泵啟動將循環(huán)的泥漿排至泥漿船中沉淀后返回到樁基中。施工中定期對串聯(lián)管進行檢查，防止出現(xiàn)漏漿污染環(huán)境。成孔后嚴格檢查樁基沉渣厚度、樁長、直徑、垂直度等質量控制指標，確保成樁質量。

4 施工效果與評價

1）采用導向框架對樁基鋼護筒進行定位、固定，有效控制鋼護筒垂直度，樁機鉆進過程中未出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。同時減小鋼護筒長度，可一次焊接成型，無須在施工中接長，提高了施工效率，節(jié)約了鋼材。

2）采用已有鋼護筒作為泥漿儲存導流裝置，現(xiàn)場不需為每根樁基配置泥漿泵和泥漿箱，不占用施工平臺空間位置，施工中未出現(xiàn)泥漿泄漏情況，降低環(huán)境污染風險，拆裝方便，可重復利用。

3）采用筒形清障鉆頭，有效解決了回旋鉆無法穿透較大孤石等不利地質條件的施工難題，清障高效、快速，提前工期1個月。

5 結束語

本技術成功應用于安徽省界首市裕民橋重建工程，充分保障了主橋樁基的安全施工和順利推進，節(jié)約工期，節(jié)省材料、設備和人員投入，科學環(huán)保，取得良好施工效果。該技術的成功實踐，對現(xiàn)場實際施工具有一定的指導意義，可為類似工程項目提供借鑒。