復雜地質(zhì)大直徑樁基施工工藝研究

羅廣LUO Guang

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545000）

0 引言

目前市域鐵路在我國很多城市紛紛落地，尤其在經(jīng)濟發(fā)達的東部沿海地區(qū)，市域鐵路的開通不但將城市周邊緊密的聯(lián)系在一起，而且也更大的促進了城市協(xié)調(diào)一體發(fā)展。但很多東部沿海地區(qū)由于地質(zhì)構(gòu)造較為復雜多變，使得公路或鐵路橋梁樁基施工時較為困難，尤其是大直徑超長樁基在復雜地質(zhì)條件下施工時，由于樁基的孔徑較大，穿越的地層較多，使得樁基成孔過程中或成樁質(zhì)量產(chǎn)生一系列問題。普通樁基的施工工藝應用在上述情況時已不能滿足施工要求及相關(guān)規(guī)定。在浙江臺州市域鐵路商海北街特大橋施工時，針對上述情況，項目部通過對施工工藝進行優(yōu)化和改進，使得大直徑超長樁基的施工質(zhì)量得到有效保證，尤其是通過使用氣舉法進行清孔，使得孔底沉渣厚度得到很好控制，避免了傳統(tǒng)清孔工藝所產(chǎn)生的問題。通過對泥漿添加輔助外加劑，減少了漿液分離，大大增加了泥漿護壁性能和潤滑度。通過現(xiàn)場實際使用，該施工工藝在大直徑樁基施工中取得很好的效果。

1 工程概況

商海北街特大橋起止里程：S1DK14+438.59 ～S1DK17+374.97，長2936.38m。該段線路規(guī)劃沿路橋北環(huán)線北側(cè)敷設(shè)，交通方便。該橋梁上部結(jié)構(gòu)包括雙線簡支箱梁：25m、30m、35m、40m 簡支梁（D=4.0m～4.8m），30m 簡支梁（D=4.756m～5.328m），雙線連續(xù)梁：（65+100+65）m 、（50+90+50）m 、（42.38+54.5+42.38）m，80m 雙線拱橋。橋墩一般采用雙線矩形橋墩，基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑根據(jù)工程性質(zhì)分別有0.8m、1.0m、1.25m、1.5m、2.0m、2.5m 六種類型。其中樁徑Φ1.0m 鉆孔灌注樁9 根/567 總延米，樁徑Φ1.25m 鉆孔灌注樁315 根/18779.5 總延米，樁徑Φ2.0m 鉆孔灌注樁125 根/6137.5 總延米，樁徑Φ2.5m鉆孔灌注樁18 根/810 總延米，其中樁徑Φ2.5m 樁基最長長度為70m，該樁基為商海北街特大橋（50+90+50）m 連續(xù)梁62#墩主墩樁基礎(chǔ)。

2 施工重難點及應對措施

商海北街特大橋（50+90+50）m 連續(xù)梁上跨朱家涇航道，連續(xù)梁主墩均位于航道范圍內(nèi)，其中62#墩樁基最長為70m。該墩樁基需穿越九種地質(zhì)，分別是淤泥、流塑黏土、軟塑黏土、灰色軟塑黏土、硬質(zhì)黏土、含圓礫石黏土、強風化灰?guī)r及弱風化灰?guī)r。樁基由于入巖較深需采用沖擊鉆進行施工，但由于沖擊鉆施工振動很大，對周邊地層會產(chǎn)生較大影響，使得軟弱地層在振動荷載下出現(xiàn)松動從而發(fā)生塌孔現(xiàn)象。并且該樁基樁長較長，樁徑較大，成孔后若采用傳統(tǒng)的反循環(huán)清孔會造成孔底沉渣超標，泥漿循環(huán)不徹底等問題。

針對上述問題需對施工工藝進行針對性整改。由于樁基成孔時間較長，成孔時機械振動較大，因此為減小上述問題對孔壁的影響，需對泥漿進行改良，改善泥漿的潤滑性，增加泥漿的粘度，減少其失水率，使得孔壁形成薄而堅、滲透性低的濾餅，同時增加泥漿的懸浮性，使得孔內(nèi)碎渣懸浮時間較長，可隨泥漿快速排出。樁基孔深到位后清孔采用氣舉法進行換漿清孔，即把孔外新制備的泥漿置換孔內(nèi)高濃度泥漿，從而使得孔內(nèi)泥漿各項指標滿足要求。該清孔方法不但相對于反循環(huán)清孔更加快速，而且清孔效果好，孔底周邊的沉渣均可快速清理，同時對孔壁影響小，進一步降低了塌孔發(fā)生的概率。

3 主要施工工藝

3.1 施工流程（圖1）

圖1 樁基施工流程圖

3.2 泥漿的制備

商海北街特大橋擬采用鈉質(zhì)膨潤土、純堿配制優(yōu)質(zhì)泥漿，過程中檢測泥漿指標是否符合要求，隨時進行調(diào)整；為了增加泥漿的粘度，減少其失水率，在配置泥漿時加入適量的CMC 和兩性離子聚合物。

在施工期間設(shè)置試驗員負責泥漿檢查記錄，隨時調(diào)整泥漿性能并按《泥漿施工日常檢查記錄表》記錄備案，滿足現(xiàn)場要求。泥漿定時檢測（1 次/2h），根據(jù)鉆進地層不同作出相應處理。尤其是在鉆進過程中穿越不同地質(zhì)條件時要更加注意泥漿各項指標的檢測，當鉆進至含粘性土圓礫層等易塌孔地層時，需增加泥漿比重、膠體率和粘度指標，從而增加泥漿的護壁性能和孔內(nèi)靜水壓力，增強泥漿的護壁效果，防止塌孔。

圖2 鉆孔施工現(xiàn)場圖

3.3 鉆孔施工

成孔過程中必須對各層地質(zhì)情況根據(jù)地質(zhì)勘察資料進行詳細核對及了解，對鉆孔的直徑及垂直度必須嚴格控制，對泥漿指標進行嚴格控制，確保鉆孔的質(zhì)量。

在初次向孔內(nèi)注入泥漿時要使得泥漿流位于孔中心位置，不得沿護筒壁注入，防止泥漿對孔壁沖刷從而的護筒底板孔壁松散坍塌。

鉆孔時需鎖定鉆孔中心位置，校核無誤后方可進行鉆孔作業(yè)。鉆孔時將鉆頭端部與地面接觸，調(diào)整孔深等參數(shù)進行歸零。鉆進過程中操作人員需根據(jù)電腦顯示器確定鉆孔的深度及垂直度，技術(shù)人員需實時嚴格監(jiān)控鉆孔參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常時需立即停止進行檢查。

在鉆孔作業(yè)時，操作人員需時刻注意鉆機的加壓壓力值、鉆頭壓力值以及卷揚機受力值，當出現(xiàn)異常情況時需立即停機檢查。

3.4 清孔

鉆孔到位后需對樁徑孔深等進行檢查，確認無誤后開始進行清孔作業(yè)。由于該樁基直徑較大樁長較長，需采用氣舉法進行換漿清孔，即把孔外新制備的泥漿置換孔內(nèi)高濃度泥漿，從而使得孔內(nèi)泥漿各項指標滿足要求。泥漿注入后緩慢轉(zhuǎn)動鉆孔，對孔內(nèi)底部泥漿加一步攪拌，同時注意孔內(nèi)泥漿面標高，確保孔內(nèi)靜水壓力，防止塌孔。孔內(nèi)泥漿各項指標符合要求后，需盡快成樁施工。

3.5 鋼筋籠吊裝

鋼筋籠分節(jié)制作和吊裝，經(jīng)驗收合格后，鋼筋籠起吊不但采用單點吊裝，需采用雙點吊。采用汽車吊首先將鋼筋籠水平吊起一定高度，然后大鉤升起小鉤下降緩慢將鋼筋籠調(diào)整為豎直狀態(tài)，，然后將小鉤松開，將鋼筋籠緩慢入孔。此案有型鋼制作的卡具對鋼筋籠進行臨時固定，焊接后繼續(xù)吊裝下一節(jié)鋼筋籠，所有鋼筋籠均在鋼筋加工場采用滾籠機制作，然后采用平板運輸車運送到施工現(xiàn)場。

圖3 氣舉法清孔示意圖

鋼筋籠起吊時，在頂部設(shè)置2 個吊點（位置為頂部第1 道加強筋位置）用于垂直吊裝，在每節(jié)鋼筋籠中部設(shè)置1 個吊點（加強筋位置）用于翻身起吊。鋼筋籠具體吊點見圖4。

圖4 鋼筋籠起吊示意圖

3.6 水下混凝土灌注

灌注前確保導管底部至孔底距離為300mm~500mm，封底時采用隔水栓或者導管內(nèi)設(shè)置可靠的可浮起的橡膠隔水球。大料斗底口放置錐形堵板，堵板用鋼絲繩系住。備足首盤封底混凝土數(shù)量，首灌前現(xiàn)場需要有4 輛裝滿混凝土的罐車在等候，灌注首批混凝土要由施工員或工班長統(tǒng)一指揮，大料斗內(nèi)混凝土放滿后，停止放料，立即提升錐形堵板，在大料斗內(nèi)混凝土剩余1/3 時，再次開始放罐車內(nèi)混凝土。為了防止發(fā)生斷樁現(xiàn)象，澆注首盤混凝土時，大料斗的混凝土量，應滿足混凝土沖擊隔水球全部下落后，初次埋置導管不小于1m 的要求。混凝土開始灌注后，應連續(xù)進行，不得中斷。

4 鋼筋籠吊裝受力計算

4.1 鋼絲繩驗算

本工程吊裝用鋼絲繩擬選用6×19S+FC-32mm，公稱抗拉強度1870MPa。

本工程鋼筋籠吊裝至垂直時，輔吊鉤撤除，由固定于扁擔梁上的四根鋼絲吊繩四點受力，此時為受力最不利狀況。

因扁擔梁下四根鋼絲吊繩相應分散了起吊重量，因此，只需驗算扁擔梁上兩根鋼絲吊繩受力狀況即可。

受力驗算簡要模型如圖5。

圖5 受力驗算簡要模型

鋼絲繩受力應滿足以下公式要求：

其中：

K：鋼絲繩安全系數(shù)，8~10，本工程取10；

P：單根鋼絲繩實際所受到的拉力（kN）；

Q：最大起重量（kN），本工程為100kN（10t）；

n：鋼絲繩根數(shù)，為2；

α：鋼絲繩與起吊中心線夾角，取30°；

P0：鋼絲繩最小破斷拉力（kN），查表得本工程選用鋼絲繩為682kN。

經(jīng)計算得P=577.4kN＜P0，因此，選用該型號鋼絲繩可滿足吊裝要求。

4.2 鋼筋籠吊筋吊環(huán)計算

選本橋梁工程樁徑2.5m 樁長70m，鋼筋籠重量為9.82t，采用HPB300Φ16mm 鋼筋制作吊環(huán)2 個。

4.2.1 吊環(huán)受力計算公式

式中：σ—吊環(huán)拉應力；

n—吊環(huán)的截面?zhèn)€數(shù)，一個吊環(huán)時為2；二個吊環(huán)時為4；四個吊環(huán)時為6；

A—單個吊環(huán)截面積；

G—鋼筋籠重量（t）；

9807 —t（噸）換算成N（牛頓）；

[σ]—吊環(huán)的允許拉應力，一般不大于60N/mm2（已考慮超載沖擊等應力集中系數(shù)、鋼筋角度影響系數(shù)、鋼筋代換等）。

滿足要求

4.2.2 吊筋抗拉強度計算

抗拉強度強度設(shè)計值

滿足要求。

5 安全質(zhì)量保證措施

①雨天旋挖鉆機作業(yè)平臺受雨水浸泡后，不能滿足其地基要求時必須暫停施工，待作業(yè)平臺晾干碾壓密實后方可復工。②泥漿池沉淀池需設(shè)置護欄，護欄高度不得小于1.2m，護欄材料可采用48mm 鋼管制作，埋入深度大于0.5m 且牢靠，懸掛醒目夜光安全警示牌及標語，并有足夠的照明設(shè)施。③泥漿循環(huán)使用過程中防止泥漿泄漏，污染環(huán)境。④起重作業(yè)前必須檢查制動器、吊鉤、鋼絲繩和安全防護裝置是否完好，嚴禁機械帶病作業(yè)。

6 結(jié)束語

通過對樁基施工工藝進行改進和優(yōu)化，使得大直徑超長樁基的施工質(zhì)量得到有效保證，尤其是使用氣舉法進行清孔，不但大大加快了清孔速度，而且還使得孔底沉渣厚度得到很好控制，避免了傳統(tǒng)清孔工藝所產(chǎn)生的問題。對泥漿添加輔助外加劑，減少了漿液分離，大大增加了泥漿各項性能，減少了泥漿的排放量，保護了周邊環(huán)境。此方法為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。