多雨地區(qū)高填方區(qū)域鉆孔灌注樁施工技術(shù)

耿晉剛

（中鐵二十二局集團(tuán)第五工程有限公司，廣東 河源 517000）

0 引言

廣東省河源市以山地丘陵為主，屬熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫20℃~21℃，平均降雨量1881.8mm，年平均相對(duì)濕度77%；6~8月是每年集中降雨的月份，降雨量多。本項(xiàng)目在河源市東源縣，從廣師大東、西兩校區(qū)之間穿過(guò)，需要在國(guó)道G205上設(shè)置上蓋橋，使廣師大東、西兩校區(qū)可以貫通。受氣候、周邊環(huán)境、地質(zhì)條件影響，施工技術(shù)難度增加不少，同時(shí)，加之本工程樁基需先行回填后再進(jìn)行施工，因此，必須對(duì)施工方案和施工工藝進(jìn)行認(rèn)真分析，確定合理的施工方案和應(yīng)對(duì)措施，并制定相應(yīng)的質(zhì)量控制參數(shù)，用于指導(dǎo)施工。

1 工程概況

本項(xiàng)目為連接廣師大東、西兩校區(qū)的上蓋橋梁工程。項(xiàng)目上蓋構(gòu)造物全長(zhǎng)360m，寬約55m。上蓋橋橋跨布置為：2×18m+19m（預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁），正交布置；上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制拼裝小箱梁，共計(jì)360片；下部構(gòu)造橋臺(tái)采用扶壁臺(tái)；橋墩采用薄壁墩，各共40個(gè)；樁基均采用鉆孔灌注樁，共360個(gè)；橋梁施工區(qū)域土方回填約11萬(wàn)m3，最高回填高度為10m；樁基采用鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)15.0m~25.4m不等，樁基共360根，樁徑分別為130cm、160cm兩種。

1.1 地形地貌及地質(zhì)特征

項(xiàng)目所在區(qū)域處于羅浮山脈北緣，地勢(shì)總體為北東高，南西低，主要為坡度較平緩的丘陵。地貌主要為沖積平原、山間洼地類型、河流一級(jí)階地、河漫灘，地層巖性由第四系全新世粉質(zhì)黏性土、砂質(zhì)黏土、砂土、砂等沖積層組成，基巖埋深相對(duì)較深。地質(zhì)構(gòu)造位于佛岡-新豐江緯向構(gòu)造帶與華夏黃河大斷裂構(gòu)造帶的復(fù)合地段，形成以北東向構(gòu)造為主。

1.2 研究重點(diǎn)

針對(duì)高填方易塌孔區(qū)域采用12m加長(zhǎng)鋼護(hù)筒埋設(shè)，使用振動(dòng)錘形成振動(dòng)體系，頂進(jìn)鋼護(hù)筒，埋置高出地面30cm，樁基灌注完畢后使用振動(dòng)錘起重力拔出鋼護(hù)筒。樁底為中風(fēng)化或微風(fēng)化巖，屬于嵌巖樁。鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，干作業(yè)環(huán)境時(shí)，將鉆斗旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，將孔底虛土盡量裝入鉆斗內(nèi)，重復(fù)清孔數(shù)次，不得加深鉆進(jìn)，清孔后進(jìn)行終孔檢查，保證沉渣厚度；濕作業(yè)環(huán)境時(shí)，采用泥漿護(hù)壁，合理控制泥漿配比，做好成孔后的清洗工作，控制泥皮厚度和孔底沉渣。

2 高填方區(qū)域鉆孔灌注樁施工工藝

旋挖鉆干孔鉆進(jìn)施工原理：利用填方區(qū)域內(nèi)回填的片石等材料，在無(wú)地下水的情況下具有一定的自穩(wěn)性，并通過(guò)旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中反復(fù)擴(kuò)孔和掃孔，擠密孔壁達(dá)到成孔狀況。

工藝流程：測(cè)量放樣→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)→清孔并檢查沉渣→鋼筋籠安裝→導(dǎo)管安裝→測(cè)量孔深及檢查沉渣→導(dǎo)管灌注混凝土→拔出導(dǎo)管→拔出護(hù)筒。

施工效果：在石質(zhì)基礎(chǔ)，無(wú)地下水區(qū)域，且樁長(zhǎng)小于50m時(shí)，旋挖鉆干孔鉆進(jìn)施工較為順利，但最終混凝土超方量較大，以此方法施工的33根樁，混凝土平均超方量大于20%。

優(yōu)缺點(diǎn)：（1）鉆進(jìn)時(shí)無(wú)需其他輔助成孔材料或者設(shè)備，直接鉆進(jìn)即可，工藝簡(jiǎn)單、成樁效率高；（2）在反復(fù)掃孔擴(kuò)孔、過(guò)程中，樁徑大于設(shè)計(jì)樁徑造成混凝土超方；（3）若灌注混凝土前檢查發(fā)現(xiàn)塌孔、沉渣超標(biāo)，需要把鋼筋籠吊起來(lái)，清孔完成后再進(jìn)行后續(xù)工作。

2.1 成樁可行性評(píng)價(jià)

根據(jù)鉆探揭露，本場(chǎng)地特殊性巖土主要有素填土及粉砂巖風(fēng)化層帶，其中粉砂巖風(fēng)化層在浸泡水作用下，其承載力銳減，對(duì)樁基的承載力影響較大，在設(shè)計(jì)施工時(shí)，應(yīng)及時(shí)澆筑混凝土，防止樁基持力層受水浸泡。因場(chǎng)地特殊性，尤其是沖洪積粉質(zhì)黏土、礫砂及素填土層，其穩(wěn)定性較差，在成樁過(guò)程中容易發(fā)生樁孔壁坍塌或縮頸現(xiàn)象，設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)加以注意。采用旋挖樁時(shí)，應(yīng)嚴(yán)禁成樁棄土在樁孔邊緣堆棄，防止由于棄土堆放過(guò)近，樁孔壁側(cè)壓力過(guò)大導(dǎo)致樁孔壁發(fā)生坍塌，對(duì)成樁施工過(guò)程造成不良影響。本場(chǎng)地的地下水類型主要為上層滯水及潛水，其對(duì)樁基成樁的不利影響主要體現(xiàn)在對(duì)樁基持力層的浸泡軟化方面，但由于本場(chǎng)地地下水水量貧乏，滲流梯度較小，難以形成較大的動(dòng)水壓力或靜水壓力。總體上，本場(chǎng)地特殊性巖土及地下水對(duì)樁基成樁有一定不利影響，尤其是礫砂及素填土層影響較大，設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)根據(jù)地層分布情況采取有效防范措施。因本場(chǎng)地中風(fēng)化粉砂巖層遇水泡后易崩解（軟化）的特征，基礎(chǔ)施工進(jìn)入持力層且達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行樁基灌注。

2.2 試鉆確定施工工藝及相關(guān)參數(shù)

為有效預(yù)控、解決施工中存在的問(wèn)題，分析確定過(guò)程質(zhì)量控制要點(diǎn)，本工程樁基施工擬采用的旋挖鉆進(jìn)施工工藝，在設(shè)計(jì)橋梁11號(hào)橋0號(hào)臺(tái)東側(cè)5m處側(cè)選取位置試鉆，確定鉆孔進(jìn)度、巖層分界與地勘數(shù)據(jù)相似度、入巖深度、孔壁穩(wěn)定性、中風(fēng)化層巖層強(qiáng)度及鉆機(jī)工作性能等。

工藝流程：測(cè)量放樣→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)（鉆孔記錄填寫(xiě)）→測(cè)量孔深及檢查沉渣→樁位回填。鉆孔記錄見(jiàn)表1，相鄰地勘孔Z343地質(zhì)狀況見(jiàn)表2。

表1 鉆孔記錄

表2 相鄰地勘孔Z343地質(zhì)狀況

據(jù)分析得出，試樁地質(zhì)情況與勘察單位勘察地質(zhì)情況基本相符。同時(shí)，根據(jù)本工程樁基礎(chǔ)施工計(jì)劃工期要求，每日需完成12根。試樁得出正常施工條件下鉆進(jìn)25.4m需4h27min，符合計(jì)算工期要求，故本工程橋梁樁基礎(chǔ)施工采用旋挖鉆干孔作業(yè)法施工。利用填方區(qū)域內(nèi)回填的片石等材料，在無(wú)地下水的情況下具有一定的自穩(wěn)性，并通過(guò)旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中反復(fù)擴(kuò)孔和掃孔，擠密孔壁達(dá)到成孔狀況，工藝簡(jiǎn)單、成樁效率高。

3 橋梁樁基礎(chǔ)施工

3.1 施工前采空區(qū)處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)曾有采礦歷史，地表可見(jiàn)采礦遺留的坑口，表層頂板較薄處易造成地面塌陷，且在項(xiàng)目東側(cè)已發(fā)生一處地面塌陷。由于地下構(gòu)造和采空區(qū)的復(fù)雜性，建議針對(duì)本項(xiàng)目東部坑口頂板較薄區(qū)域進(jìn)行治理。

處理措施：坑道頂部為坡殘積粉質(zhì)黏土層，兩側(cè)為基巖風(fēng)化層，坑口處頂板厚約4.5m。坑口地下水涌出，可用引水管對(duì)洞口水流進(jìn)行引導(dǎo)，排入地下涵管，對(duì)洞口塌陷處用磚混結(jié)構(gòu)進(jìn)行封堵，表層用防水材料進(jìn)行防水處理。頂部為較平坦的公路，頂板采用蓋板處理，沿坑口走向，在頂板上部地面鋪設(shè)規(guī)格為長(zhǎng)10m、寬5m、厚0.5m的鋼筋混凝土蓋板，使上部土重力分散到兩側(cè)穩(wěn)定土層中

回填：利用本項(xiàng)目道路施工開(kāi)挖塊石+取土場(chǎng)取土相結(jié)合的方式，在橋跨下方進(jìn)行分幅、分段、分層回填。為確保樁基礎(chǔ)施工進(jìn)度、成孔質(zhì)量及材料運(yùn)輸、混凝土灌注通道，在樁基礎(chǔ)范圍內(nèi)采用粉質(zhì)黏土回填，在橋跨中間采用塊片石回填，并輔以水穩(wěn)鋪設(shè)和混凝土硬化便道進(jìn)行施工，要求回填壓實(shí)必須按照一般路基回填壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。

3.2 清表回填

施工區(qū)域清表時(shí)對(duì)樹(shù)根等進(jìn)行清理，清表土在項(xiàng)目道路橋梁交界處選取空地臨時(shí)堆放，用作后期道路綠化帶及邊坡綠化種植土使用。填方段在清理完地表面后，應(yīng)整平壓實(shí)，滿足地基壓實(shí)度要求后方可進(jìn)行填方作業(yè)；填土前應(yīng)做好原地面臨時(shí)排水設(shè)施，排走的雨水，不得流入農(nóng)田、耕地；路堤應(yīng)水平分層填筑壓實(shí)，分層的最大松鋪厚度不應(yīng)超過(guò)30cm。如原地面不平，由最低處分層填起，每填一層，經(jīng)過(guò)壓實(shí)檢測(cè)合格后，再填上一層。當(dāng)?shù)孛鏅M坡緩于1∶5時(shí)，清表后可在天然地面上直接填筑路堤；當(dāng)?shù)孛鏅M坡為大于1∶5~1∶2.5時(shí)，填方地基應(yīng)挖成寬度不小于2m的臺(tái)階，并設(shè)2%~4%向內(nèi)橫坡；在地面坡率陡于1∶2.5的斜坡上填筑路基時(shí)，應(yīng)選擇代表斷面進(jìn)行穩(wěn)定、變形計(jì)算。

3.3 鉆孔灌注樁施工步驟

前期準(zhǔn)備→施工放樣→護(hù)筒埋設(shè)→鉆孔→清孔→鋼筋骨架制作和安放→下導(dǎo)管→二次清孔→灌注水下混凝土。

3.4 施工塌孔、縮孔控制措施

高回填區(qū)域由于土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，為了保證樁基施工質(zhì)量，應(yīng)有效減少高回填區(qū)域因土質(zhì)松散引發(fā)的塌孔，有效預(yù)防施工過(guò)程中因施工方法不當(dāng)造成塌孔、縮孔與漏漿等質(zhì)量問(wèn)題。由于該部分樁均在高回填區(qū)域進(jìn)行施工，一般在土石方施工時(shí)，如未對(duì)回填土層進(jìn)行分層夯實(shí)、碾壓，孤石或者漂石進(jìn)行粉碎等技術(shù)處理，當(dāng)施工場(chǎng)地較低時(shí)，下雨后大量的地表水匯集，會(huì)使得回填雜土的含水率增大，導(dǎo)致孔壁垮塌。開(kāi)孔過(guò)程中,為了避免塌孔現(xiàn)象發(fā)生，可使用挖土機(jī)向孔內(nèi)回填可塑性好的黏性土，鉆機(jī)反轉(zhuǎn)向下加壓，正轉(zhuǎn)取土，充分壓實(shí)孔壁，重新成孔。若塌孔較嚴(yán)重，則向孔內(nèi)澆筑低標(biāo)號(hào)C15混凝土，待24h后重新成孔。對(duì)縮孔的處理，可塑性軟弱層不易大面積坍塌，可通過(guò)反復(fù)掃孔，在孔內(nèi)適當(dāng)回填一些干土，反壓后再正轉(zhuǎn)取土，使一部分干土壓入孔壁內(nèi)，增加淤泥層的可塑性，注意鉆進(jìn)速度的控制。若孔底遇水，記錄下孔口距水面深度，提鉆時(shí)應(yīng)提出水面后停滯一段時(shí)間，使鉆頭內(nèi)的水流出鉆頭后再提鉆，以減少水對(duì)孔壁的沖刷，從而減少塌孔和縮孔。在可塑性較差軟弱層遇無(wú)法鉆進(jìn)時(shí)，可停止鉆進(jìn)，反復(fù)取土使孔底形成空腔，向孔內(nèi)填充C20混凝土，待24h后再重新成孔，軟弱層較厚時(shí)，重復(fù)上述步驟。無(wú)可塑性或可塑性極差軟弱層則反復(fù)撈土，形成空腔，反壓高標(biāo)號(hào)C25混凝土，下放鉆頭攪動(dòng)混凝土，使混凝土充分摻入軟弱層中，48h后重新成孔。在旋挖施工過(guò)程中,各種機(jī)械必須按照規(guī)定線路進(jìn)行,以避免壓壞成型樁或孔。

3.4.1 特殊地帶鉆孔措施

本蓋橋工程部分橋?yàn)闆_溝匯水面，又為回填較高地段，施工采用液壓振動(dòng)錘沉樁、拔鋼護(hù)筒與旋挖鉆機(jī)成孔相結(jié)合，充分發(fā)揮液壓振動(dòng)錘適用于粉質(zhì)黏土遇水高填方地區(qū)的樁基鉆孔施工。為確保孔內(nèi)不存水，采取在樁基鉆孔周邊5m處延水流下游范圍設(shè)置兩處降水井，抽排降水，確保孔洞不坍塌。

3.4.2 卡埋鉆具

卡埋鉆具是旋挖鉆進(jìn)施工中最容易發(fā)生的、也是危害較大的事故，因此在施工過(guò)程中一定要采有效措施加以預(yù)防，及時(shí)處理。在鉆遇較疏松的砂卵層或流砂層，孔壁易發(fā)生大面積塌方而造成埋鉆，應(yīng)提前制定對(duì)策，如調(diào)整泥漿性能、埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒等；黏泥層一次進(jìn)尺太深，孔壁易縮徑而造成卡鉆。所以，在這類地層鉆進(jìn)時(shí)要控制一次進(jìn)尺量，一次鉆進(jìn)深度最好不超過(guò)40cm；鉆頭邊齒、側(cè)齒磨損嚴(yán)重，也無(wú)法保證成孔直徑；鉆筒外壁與孔壁間無(wú)間隙，如鉆進(jìn)過(guò)深，則易造成卡鉆。所以，鉆筒直徑一般應(yīng)比成孔直徑小6cm以上，邊齒、側(cè)齒應(yīng)加長(zhǎng)，以占鉆斗筒長(zhǎng)的2/3為宜；同時(shí)，在使用過(guò)程中，鉆頭邊齒、側(cè)齒磨損后要及時(shí)修復(fù)；因機(jī)械事故而使鉆頭在孔底停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致鉆頭筒壁四周沉渣太多或孔壁縮徑而造成卡埋鉆。因此，平時(shí)要注意鉆機(jī)本身的及時(shí)保養(yǎng)和維修，同時(shí)要調(diào)整好泥漿性能，使孔底在一定時(shí)間內(nèi)無(wú)沉渣。

處理卡埋鉆的方法：（1）直接起吊法，即用吊車或液壓頂升機(jī)直接向上施力起吊；（2）鉆頭周圍疏通法，即用反循環(huán)或水下切割等方法，清理鉆筒四周沉渣，然后再起吊；（3）高壓噴射法，即在原鉆孔兩側(cè)對(duì)稱打2個(gè)小孔（小孔中心距鉆頭邊緣0.5m左右），然后下入噴管，對(duì)準(zhǔn)被卡的鉆頭高壓噴射，直至兩孔噴穿，使原孔內(nèi)沉渣落入小孔內(nèi)，即可回轉(zhuǎn)提升被卡鉆頭；（4）護(hù)壁開(kāi)挖法，即卡鉆位置不深時(shí)，用護(hù)筒、水泥等物品護(hù)壁，人工直接開(kāi)挖清理沉渣。

4 施工控制要點(diǎn)

針對(duì)多雨地區(qū)粗粒土高填方區(qū)域進(jìn)行高密度鉆孔灌注樁施工工程量大、環(huán)境復(fù)雜、工期緊等特點(diǎn)，通過(guò)創(chuàng)新和改革，形成了一套多雨地區(qū)高填方區(qū)域鉆孔灌注樁施工技術(shù)，并在本項(xiàng)目得到了成功的應(yīng)用。主要關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）采用液壓振動(dòng)錘沉樁、拔鋼護(hù)筒與旋挖鉆機(jī)成孔相結(jié)合，充分發(fā)揮液壓振動(dòng)錘適用于粗粒土高填方地區(qū)的樁基鉆孔施工。本工程樁基數(shù)量多、分布較密集，且處于多雨地區(qū)粗粒土高填方區(qū)域；針對(duì)高填方易塌孔區(qū)域，采用12m加長(zhǎng)鋼護(hù)筒埋設(shè)，使用振動(dòng)錘形成振動(dòng)體系，頂進(jìn)鋼護(hù)筒，埋置高出地面30cm，鉆機(jī)及時(shí)跟進(jìn)，樁基灌注完畢后使用振動(dòng)錘起重力拔出鋼護(hù)筒，有效保證成孔質(zhì)量和成樁質(zhì)量。

（2）采用全自動(dòng)鋼筋籠滾焊機(jī)，保證鋼筋籠加工進(jìn)度及質(zhì)量。本工程樁基多達(dá)360根，且直徑達(dá)到1.3m和1.6m,普通常規(guī)的鋼筋籠焊制方法、進(jìn)度和質(zhì)量無(wú)法滿足施工需求。鋼筋籠加工采用全自動(dòng)鋼筋籠滾焊機(jī)，大大提高了效率與加工質(zhì)量，滿足施工進(jìn)度要求，同時(shí)對(duì)鋼筋籠起吊部位等薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加強(qiáng)，防止起吊運(yùn)輸過(guò)程中造成鋼筋籠的變形。

（3）向商混攪拌站派駐技術(shù)骨干，合作試驗(yàn)，制定配合比。為保證樁基混凝土灌注的及時(shí)、連續(xù)，項(xiàng)目部采用外購(gòu)商品混凝土，與項(xiàng)目部所在位置距離最近、交通最為便利通暢的兩家商品混凝土生產(chǎn)廠商簽訂采購(gòu)合作合同。為保證灌注混凝土的強(qiáng)度、和易性等質(zhì)量要求，項(xiàng)目部首次委派試驗(yàn)負(fù)責(zé)人進(jìn)駐商品混凝土廠商的攪拌站，同攪拌站相關(guān)人員合作配制適用于本項(xiàng)目的相關(guān)生產(chǎn)的配合比，并經(jīng)過(guò)有檢測(cè)資質(zhì)的第三方檢測(cè)單位的驗(yàn)證出具了配合比驗(yàn)證報(bào)告。同時(shí)在日常生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)本項(xiàng)目的混凝土生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以G205上設(shè)置蓋橋工程為載體，確定鉆孔樁施工重難點(diǎn)。根據(jù)巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，制定并完善特大橋樁基設(shè)計(jì)方法。結(jié)合施工實(shí)例，探討了鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制要點(diǎn)，確保施工質(zhì)量。施工時(shí)應(yīng)結(jié)合多雨地區(qū)粗粒土高填方區(qū)域地質(zhì)情況，嚴(yán)格按照施工規(guī)范以及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工控制，確保工程建設(shè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行。