大直徑超深鉆孔樁施工技術(shù)要點

嚴赪強

（中國鐵路上海局集團有限公司上海鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部，上海 200040）

0 引言

近幾年，我國的橋梁建設(shè)由“大”向“強”進行發(fā)展，作為“定海神針”的超大型工程橋梁，樁基逐步向大樁徑、深樁長發(fā)展。嘉紹大橋于2013 年建成通車，其樁直徑為Φ3.8m；平潭海峽公鐵大橋在2020 年建成通車，其樁直徑已達Φ4.5m。為了確保大直徑鉆孔樁的施工質(zhì)量，本文以滬蘇湖鐵路青浦大橋（金澤橋段）5#樁為例，總結(jié)了大直徑鉆孔樁的施工要點，并針對工程建設(shè)中易出現(xiàn)的問題，給出了防治措施。

1 工程概況

滬蘇湖鐵路發(fā)端于上海市，西達浙江省湖州市，經(jīng)蘇州市吳江區(qū)，全長163.708km。青浦特大橋（金澤橋段）跨太浦河連續(xù)梁拱橋，跨越三級航道，設(shè)計2 個主墩和2 個邊墩，長448m，跨徑為112m+224m+112m。主梁采用雙箱直腹板截面，墩身采用鋼筋混凝土實體墩，墩高10.35m。主墩身基礎(chǔ)承臺尺寸為28.2m×23.2m×8m，采用30 根2m 直徑鉆孔灌注樁，樁長128.5m，屬于大直徑深長鉆孔樁。

青浦特大橋（金澤橋段）線路通過地區(qū)地勢低平，地形平坦，開闊，河網(wǎng)交織，湖蕩密布，地面高程1.2～3.5m，水位高程約2.0m，水深4～7m，主要的地質(zhì)情況自上而下為：淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土、粉土。

2 施工準備

基于青浦特大橋（金澤橋段）5#墩樁基的長度、直徑以及地質(zhì)情況綜合考慮，采用FXZ-400 型12 寸電動履帶式反循環(huán)鉆機鉆孔，吊車安裝鋼筋籠。該工程采用的澆筑方法為水下澆筑法。

青浦特大橋（金澤橋段）5#墩鉆孔前，先搭設(shè)鉆孔平臺，鉆孔平臺尺寸為23.2m×28.2m，四周設(shè)置8m 寬的鋼棧橋。鉆孔平臺及場地尺寸應(yīng)滿足鉆機位置、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、混凝土運輸車輛等配套工程的要求。

3 施工技術(shù)要點

3.1 樁位放樣

測量員根據(jù)樁的位置坐標，使用測量儀器放樣。樁位放樣完成后，由項目測量負責人審核。以樁的中心作為交叉線的中心點，確定保護樁在交叉線上的位置，然后在施工平臺上噴涂漆料標記保護樁的點位，并使用鋼板覆蓋，以此確保樁點位清晰。

3.2 埋設(shè)護筒

孔口設(shè)直徑2.4m 鋼護筒，鋼護筒長度6～8m，水中鋼護筒入持力層2m，孔口標高高出施工水位2m，護筒鋼板采用16mm Q235 鋼板制成，護筒頂部和底部安裝20～30cm 高的加勁板，加勁板與護筒滿焊聯(lián)結(jié)，采用振動錘埋設(shè)護筒，埋設(shè)的過程中，應(yīng)當及時檢查護筒，保證中心偏位＜50mm、傾斜度＜1%。

3.3 鉆機就位

在鉆機安裝完畢后，應(yīng)保證鉆機的基座、鉆機的狀況良好、無電氣安全隱患、電機外殼應(yīng)按規(guī)定接地。試驗合格后，將鉆機移至樁位，安裝鉆機時應(yīng)當調(diào)整垂直鉆架，并使鉆機中心、樁徑保持同一垂直線[1]。

3.4 泥漿的制備及循環(huán)凈化

（1）泥漿池的設(shè)置。青浦特大橋（金澤橋段）5#墩設(shè)置兩組泥漿箱，泥漿箱由3m×6m×2.25m 沉淀箱和一個3m×6m×1.5m 的循環(huán)箱組成。灌注過程中，多余的泥漿通過泥漿運輸船運輸至指定棄置點。

（2）造漿。選定用膨潤土作為造漿原料，在調(diào)制泥漿前，根據(jù)初步擬定的泥漿比重1.13 進行了估算，造漿每方需用膨潤土量約292.5kg。

（3）泥漿指標。泥漿入孔時，應(yīng)檢測以下各項指標：①黏度：25MPa·s；②泥漿比重：1.13；③PH 值：＞6.5；④含砂率：新制泥漿3%；膠體率：≥95%。

3.5 鉆孔施工

（1）鉆孔：在打孔的時候，先把鉆頭從地面上提起來30cm，再加滿足夠的水，然后關(guān)掉閥門，打開真空管，讓空氣和水流通，最后打開真空泵，就會產(chǎn)生負壓。當泥漿泵裝滿水后，就關(guān)掉真空泵并打開泥漿泵。當泥漿泵出口的真空壓強大于0.2MPa 時，應(yīng)開啟出口控制閥，使水泥漿進入污水池，形成一個反向循環(huán)。

當平衡架移動到鉆導架下端時，停止鉆盤旋轉(zhuǎn)，等待泥漿循環(huán)3min，繼續(xù)反向循環(huán)，直到到達孔底。基本排干后，關(guān)閉泥漿泵，將鉆頭從井底提起，伸出鉆桿，繼續(xù)低速鉆進至套管下2m，然后繼續(xù)以6～8m/h 的正常速度鉆進。

（2）鉆進：當平衡架移動至鉆架滑道時，鉆頭應(yīng)該停止旋轉(zhuǎn)，待泥漿循環(huán)一定時間，然后再進行反向循環(huán)，直至底部的淤渣全部清除后，才能停止。將鉆頭從孔底提起，以替換長的鉆桿。在鉆孔過程中，要時常檢查和記錄地層產(chǎn)生的變化，并核對地質(zhì)剖面情況。在鉆孔過程中，及時檢查鉆機的位置以及鉆機和鉆桿的垂直度[2]。

（3）終孔：當鉆到目標高度時，把鉆頭從鉆孔底部移出10cm，然后轉(zhuǎn)盤均勻地轉(zhuǎn)動，直到鉆渣全部清除為止。鉆孔過程中，每隔2m 收集一袋鉆渣樣品并徹底沖洗干凈。渣樣應(yīng)收集并存放在渣樣袋中，以備地質(zhì)變化時使用，并在鉆孔記錄表中注明取樣的堆數(shù)、位置和時間，將鉆渣樣品編號保存，并制作地質(zhì)核實對照表，以確保現(xiàn)場地質(zhì)條件符合設(shè)計要求。

（4）泥漿指數(shù)檢查：鉆孔過程中，每次入井、地層變化處、鉆孔前和注入前，都要檢查泥漿的比重和含砂量。同時，根據(jù)不同地層調(diào)整鉆速和鉆壓，確保鉆進過程順利。

3.6 成孔質(zhì)量檢查

成孔后，應(yīng)對其進行進一步檢查，檢查具體內(nèi)容包括孔深、孔位中心、直徑、傾斜度、沉積厚度等。孔深檢查合格后，進行孔清理工作，如表1 所示。

表1 鉆孔質(zhì)量檢查表

用直尺對沿直線和垂直方向上的孔位中心位置誤差進行測量。孔徑、孔深、斜率由智能超聲成孔質(zhì)量檢測儀器進行檢測，并對其進行驗收。用測繩和測頭對渣厚量進行檢驗。成孔檢查結(jié)束后，向監(jiān)理報告，確定鉆孔的質(zhì)量[3]。

3.7 第一次清孔

采用吸泥法清孔，持續(xù)進行凈化循環(huán)。清孔時，應(yīng)符合下列標準：①孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無2～3mm 顆粒；②泥漿比重1.08；③含砂率＜2%；④黏度為18mPa·s；⑤沉渣厚度摩擦樁≤20cm。

3.8 鋼筋籠加工及吊放

（1）鋼筋籠應(yīng)提前在指定的加工廠制造生產(chǎn)。相鄰對接段間距應(yīng)≥1.5m，且每段中的接頭數(shù)應(yīng)≤50%。鋼筋籠應(yīng)每2m 安裝一圈混凝土墊塊，避免澆筑混凝土時與孔壁接觸（間距7cm）。其次，用雨布覆蓋，以避免雨水等外部環(huán)境因素引起的質(zhì)量問題。

（2）按照設(shè)計要求，對聲測管進行合理的布置，并在焊接后將其與鋼筋籠的主筋進行牢固地連接。混凝土澆筑后，導管仍應(yīng)保持清潔。為達到該效果，施工時必須采取措施保護管口，即管口必須高出施工平臺100mm 以上，以防雜物進入。聲測管就位后，向內(nèi)部注水，頂部端口用木塞牢牢密封，防止泥漿或其他碎屑進入導管。

（3）鋼筋籠的制作和安裝是一項非常精細的工作。鋼筋籠主筋與鋼筋箍筋必須焊接牢固，成型后必須進行全面質(zhì)量檢查。鋼筋籠吊裝，其平面位置偏差≤10cm，其底部高度偏差在±10cm。鋼筋籠外對稱設(shè)置墊塊，以調(diào)整鋼筋保護層的厚度[4]。

（4）為避免鋼筋籠容易浮起，為了保證鋼筋籠的穩(wěn)定，需在鋼筋籠的上端設(shè)置吊環(huán)或固定桿。

3.9 導管安裝

（1）導管的選用及檢查。導管采用Φ300mm 灌注導管，壁厚10mm，標準截面長度3m，配有0.5m、1m 和1.5m 的調(diào)節(jié)段，用于調(diào)節(jié)導管的長度和料斗的高度。導管采用螺紋式進行連接。在兩個法蘭盤中間墊1 個厚度為4～5mm 的橡膠密封墊圈。在將導管放下之前，應(yīng)檢查導管是否有損傷、密封圈和卡扣是否正常、內(nèi)壁是否平整、接頭是否牢固。接著進行防水、拉伸連接的試驗，具體的試驗方法為：①將場地平整，每隔1m 放1 塊方木，并將其平整；②將導管安裝并放置在方板上，每五根連接成一根，并安裝前后蓋；③在導管中注入70%的水，并與空氣進氣管相連接，輸入約2275kPa 的設(shè)計壓力；④在恒壓狀態(tài)下來回滾動導管，保持15min 壓力，觀察接頭有無滲漏，有無變形，并檢查導管的密封性、耐壓性和拉伸特性。

（2）導管長度的計算和吊放。導管的長度應(yīng)根據(jù)實際孔底標高和孔板框架之間的距離進行配置，以確保最終導管底部距離孔底30～50cm。組裝時，對導管的內(nèi)壁及法蘭表面進行仔細地清潔及雜質(zhì)檢測。保證吊車在鉆孔的中央位置，并對下降速率進行控制，以避免鋼筋籠骨架被卡住。

3.10 二次清孔及灌注水下混凝土

澆筑混凝土前需要二次清潔。混凝土在成孔質(zhì)量控制合格后方可澆筑。澆注前，再次測量沉積物的厚度。

（1）清洗步驟如下：①鋼筋籠下放后，將澆筑導管下放至孔底100mm 處；②將風管從澆注管降下，距離噴嘴底部45～50m；③引出氣壓管的另一端，并將其連接到空氣壓縮機上；④將接渣籃置于出渣口下方，保證泥漿高度，防止塌孔；⑤操作空氣壓縮機進行孔清潔。風量和氣壓的范圍從小到大。正常風量為8m3/h，氣壓為0.4～0.7MPa；⑥測量孔內(nèi)沉積物的厚度和泥漿的比重。確認符合質(zhì)量標準后，首先關(guān)閉空壓機，拆下風管蓋，拆下氣壓管，進行正常加注。

（2）二次清孔合格后，安裝大料斗，澆筑封底混凝土。封底首盤混凝土以直徑2.0m，首盤混凝土導管埋深≥1m 進行計算，最終確定為7.9m3，封底采用4m3大料斗，15m3罐連續(xù)澆筑，保證復封順暢。

（3）水下混凝土應(yīng)由專用混凝土運輸車進行運輸，并使用料斗和導管澆筑。進入漏斗的混凝土坍落度控制在180～220mm，和易性好。

（4）第一批混凝土澆筑完成后，取下大漏斗，用小漏斗澆筑。灌裝要緊湊、連續(xù)，不能停頓。導管拆除的中斷時間應(yīng)盡可能短，填充應(yīng)在10h 內(nèi)完成。在整個澆筑過程中，導管埋入混凝土的深度至少要達到2.0m，并且必須控制在6m 以內(nèi)。

（5）混凝土澆筑完畢后，應(yīng)將最后一節(jié)導管慢慢提起。導管拆除后，必須在混凝土初凝前拆除鋼護筒[5]。

3.11 成樁檢測

按設(shè)計要求，對該樁基礎(chǔ)進行了超聲探傷。樁體混凝土均勻、完整，混凝土強度和樁基承載能力測試達到設(shè)計要求，均為I 類樁。

4 問題防范與處理

考慮到大直徑鉆孔樁施工條件惡劣、地質(zhì)條件復雜，在開工前，必須對以下問題進行全面地分析，并采取相應(yīng)的防范措施。

（1）塌孔。其特征為孔內(nèi)的水位下降快，小氣泡密集，進尺緩慢，鉆機負荷大幅度增加。因此，必須控制鉆孔速度，選擇黏度較高的泥漿。孔口坍塌時，立即拆除套管，回填鉆孔，重新安裝套管后再鉆孔。如果坑內(nèi)有塌方，確定塌方位置，并用礫石和黃土混合料回填。在回填物沉積并壓實后繼續(xù)進行鉆孔。清孔時，由專人補充水和泥漿，確保孔內(nèi)水頭達到要求。水必須放慢速度，通過水箱或水池進入井內(nèi)，以避免沖刷井壁。

（2）縮頸。縮頸主要是由于塑性土的膨脹引起的，在孔的形成過程中，孔壁形成泥殼，引起膨脹。應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)泥漿，減少水分流失，提高鉆孔速度。在鉆孔或操作時，在導向器的外面焊接一定量的合金刀片以清潔孔。如果收窄，可上下重復掃描使孔徑變大。

（3）鉆孔漏漿。在高滲透性砂巖和流沙地層中，尤其是在地下水地層中，鉆孔時會有薄的泥漿從孔壁中排出，因此應(yīng)使用優(yōu)質(zhì)泥漿。此外，如果護筒埋的太淺，沒有完全壓實回填，護筒制作不精良，接縫不是密封的，水壓過高，水柱壓力太高，都會導致泥漿在孔壁滲透，需按相關(guān)規(guī)范進行處理。如果接縫處泥漿泄漏很少，潛水員可以用棉花等填料封堵接縫，密封接縫。如果滲水嚴重，應(yīng)將護筒挖出，修補后重新埋入。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文以滬蘇湖鐵路青浦特大橋（金澤橋段）5#樁基為例，對其鉆孔灌注樁施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及技術(shù)要點進行了分析，并針對工程建設(shè)中易出現(xiàn)的問題，提出了防范與處理措施。大直徑鉆孔樁在鐵道、橋梁等工程中應(yīng)用科學的施工技術(shù)，使樁基工程質(zhì)量得到了極大地改善，為橋梁施工創(chuàng)造了良好的條件。在以后類似工程中，施工人員應(yīng)當優(yōu)化施工的流程，提高施工的質(zhì)量。