地裂隙地質條件下水中大直徑樁基施工技術

韓利江

（華邦建投集團股份有限公司，甘肅 蘭州）

1 項目背景

某特大橋全橋共長1 410.4 m。跨度布置為(4×30)+6×(3×30)+(91.2+2×160+91.2)+(3×30)+(5×30)，主橋23#～25#跨為連續剛構，其中23#墩位于河灘上；24#～25#墩位于黔江河道中，墩位處水深約16 m。主墩左、右幅對稱各布置9 根φ2.2 m 樁基，均為支承樁，其中24#墩縱向三排樁基底部設計成階梯式，如圖1 所示。要求整體嵌入完整的中風化白云質灰巖層不小于3.5 d，且樁基入土深度不小于10 m。

圖1 主橋樁基布置示意圖

施工常水位的過水量約為23 600 m3/s，水流速度達2 m/s；洪水期的過水量約為60 300 m3/s，水流速最高達3.21 m/s，墩位上下游均有孤島而形成漩渦。

2 樁基施工工藝比選

綜合施工條件、成本等困素，應優先選擇實心錘沖擊鉆機。主橋河床裸露，樁基嵌入巖層11.5～13 m，巖層為中風化白云巖，設計勘測報告顯示巖體強度為30～58.5 MPa。根據現場實際情況：①水中鉆機平臺面積有限；②地質為中風化巖層；③根據合同工期，主墩樁基須在一個旱季(6 個月)內完成施工，為縮短工期，一次性開鉆鉆機6 臺。

根據以上實際情況，經過比選項目部最終選用簡易沖擊鉆孔，采用錐型十字實心鉆, 配備55 KW 功率的卷揚機。簡易沖擊鉆機可減少平臺占用面積，鉆頭質量10 t 左右，可沖擊堅硬的巖石。

3 施工技術

3.1 鉆機的布置和鉆孔施工順序

一個承臺鉆孔樁采用6 臺鉆機三個循環進行施工，鉆孔順序按照隔樁跳打的原則進行，跳打方式為梅花形[1]。鉆機安裝與樁基施工平臺上，施工平臺經驗算，滿足強度、剛度及穩定性的要求。鉆孔順序如圖2所示。

圖2 鉆機的布置和鉆孔施工順序圖

施工按間隔跳孔鉆進，梅花形布置，鉆機主要擺設在未施工樁孔或已形成強度樁基的鋼護筒上，不得擺放在剛灌注完水下混凝土還未形成強度的樁基鋼護筒上，具體布置如圖2。

3.2 大直徑鉆孔樁成孔技術

開孔時采用1～1.5 m 低沖程沖擊，避免鉆錘擺動過大勾掛護筒腳，保證護筒的穩定[2]。鉆孔時，必須確保泥漿質量和用量，防止塌孔。在各種不同的土層和巖層中鉆進時，可按表1 沖擊鉆在不同地層的施工要點進行。沖孔時，當樁基剛入巖時，應降低沖程，同時多檢查，防止出現斜孔，如果已經出現斜孔現象，則可投放片石至孔底，投放量為填滿斜孔處0.3～0.5 m高，然后再重新鉆孔[3]。沖孔過程中，必須經常對鋼絲繩進行檢查，主要檢查磨損情況、卡扣的松緊程度、轉向裝置的靈活程度，防止鉆頭掉入孔內。除鋼絲繩外，還應經常對鉆頭進行檢查，防止由于鉆頭磨損過大導致樁徑偏小的情況出現[4]。勤補漿、勤排渣，保持泥漿濃度和水頭高度，使孔內鉆碴通過泥漿循環及時排出孔外，使鉆錘經常沖擊新鮮地層，提高鉆孔進尺速度。沖孔過程中還應及時撈取渣樣，以便能精準了解孔位地質情況，撈取渣樣后應及時與設計圖紙進行復核，若與設計文件不一致，則應及時通知設計單位。渣樣撈出后應及時清洗干凈，并妥善保存，渣樣保存應以1 kg 為準，并進行記錄。沖孔至設計標高后，測量孔深及孔底標高，達到要求后停止鉆進，進行清孔作業。清孔的方法有很多，可采用經濟、高效的清孔方式。清孔完成后再次測量孔深，檢測泥漿含砂率、泥漿比及沉渣厚度等指標，滿足要求后可下放鋼筋籠[5]。

表1 沖擊鉆在不同地層的施工要點

3.3 大直徑鋼筋籠安裝技術

鋼筋籠統一在鋼筋加工場按照設計及規范要求分節制作，運至現場在孔口焊接接長，鋼筋籠標準節段每節長12 m，零節根據設計樁長進行確定，在每節鋼筋籠內間隔2 m 設置一道加勁Φ25 鋼筋箍圈和等邊三角內支撐，防止鋼筋籠變形。經檢查合格后方可進行調轉、下放。

在23#～24#墩之間線路左側填筑運輸通道和碼頭，保證運輸船只停靠處水深不小于2 m，通過碼頭利用25 t 汽車吊分節吊轉鋼筋籠至運輸船上，并輔助人工拉纜風繩配合裝船；為減少鋼筋籠倒運次數造成變形，船只運輸鋼筋籠至施工平臺處時，人工拉纜風繩輔助50 t 浮吊直接吊裝鋼筋籠入孔。

鉆進至設計標高并排碴完成后，即進行樁基鋼筋籠下放。施工中采用50 t 浮吊分節接長下放的施工方案，施工時第一節下放后，用兩根I14 工字鋼挑梁臨時固定于鋼護筒上，再用50 t 汽車吊起吊下一節與之對接后焊接成整體，下放至設計標高通過吊筋固在孔口。樁基檢測管隨鋼筋籠接長以直接管聯接密封，每下一節用清水注入檢測管檢查接頭是否密封，頂端及底部均用檢測管配套封頭管密封，見表2。

表2 鋼筋籠制作和安裝質量標準

3.4 水下混凝土灌注技術

水下混凝土灌注的核心思想是通過首批混凝土埋住導管，防止泥漿進入樁基內部形成斷樁。因此，首批混凝土數量一定要足夠，首批混凝土最小方量可按下式計算：

式中，d 代表導管直徑（m）；D 代表孔徑（m）；H1代表導管底部與孔底的距離（m）；H2代表導管埋置深度（m）。h1代表孔內混凝土達到埋置深度時，導管內部混凝土的高度（m），可按下式計算：

式中，hw代表孔內泥漿深度（m）；rw代表泥漿重度（kN/m3）；rc代表混凝土重度（kN/m3）。

3.5 漏漿、塌孔處理措施

施工過程中24#墩實際地質情況與設計不符，設計地質為完整基巖，河床裸露無覆蓋層；實際地質情況為河床有1～1.7 m 砂礫石覆蓋層，基巖不完整有裂隙。在鉆孔遇到地裂隙時出現漏漿，孔內水頭突然聚降比孔外低約1 m，然后孔外河水通過砂礫層反涌孔內直至孔內外水頭平衡(該現象隨河水水位漲落出現變化)，孔內水頭升降形成的壓力差造成砂礫層塌孔。

（1）設置內護筒處理措施。在采取以上兩種處治措施達不到治理地裂隙漏漿效果后，經研究決定：采用設置內護筒至塌腔以下1 m 處防止塌腔擴大；鉆孔工藝改為清水鉆進，不采用泥漿循環排碴，通過抽碴筒抽碴。

具體施工方法為：先采用黃泥、片石、水泥回填至塌孔處以上3 m；再用直徑2.4 m 鉆頭反復沖孔穿過塌腔以下1 m；然后在現鋼護筒(直徑2.5 m)內套入直徑2.4 m 的鋼護筒(壁厚10 mm)置于平整的基巖頂面上，并在孔口固定牢靠；再換成設計樁徑2.2 m 鉆頭進行鉆孔直至設計標高，每鉆進0.5 m 采用抽碴筒進行抽碴，在安裝鋼筋籠前再用氣動反循環將孔底沉碴和孔內泥漿全部抽換，使孔內完全處于清水狀態后下放鋼筋籠按“大直徑水下混凝土灌注施工技術”灌注樁基混凝土。處理示意圖如圖3 所示。實施效果：在鉆孔過程中有漏漿，但有效的治理了塌孔，鉆孔日進尺在0.8 m～1 m；沒有漏漿前泥漿反循環鉆孔日進尺1.5 m～1.8 m。

圖3 塌孔處理剖面示意圖

（2）拋填片石、黃泥、水泥處理措施。采用分層拋填片石、黃泥、水泥至鋼護筒腳以上3 m，靜待2天，然后采用短沖程繼續沖擊鉆進，將塌腔擠壓密實，再次形成泥漿護壁，鉆進通過塌腔地段沒有發生塌孔，可進行泥漿反循環排碴；鉆進至地裂隙處，再次出現漏漿、河水反涌引起塌腔內填充的護壁塌孔。經分析：拋填片石、黃泥、水泥處理措施在沒有出現漏漿時，可以實現塌腔填充密實并形成泥漿護壁，但對基巖裂隙堵塞防止漏漿的效果不明顯。

（3）灌注素砼處理措施。在采用拋填片石、黃泥、水泥處理措施沒有達到理想的治理效果，經研究決定：采取孔內灌注水下C20 素砼充填塌腔直至砼上升至護筒腳以上3 m 處，等待3 天使砼具有一定強度后，短沖程鉆進，鉆進通過塌腔地段沒有發生塌孔，可進行泥漿反循環排碴；鉆進至地裂隙處，再次出現漏漿、河水反涌引起塌腔內填充的砼塌孔。經分析：填充素砼處理措施在沒有出現漏漿時，可以實現塌腔填充密實并形成泥漿護壁，但達不到基巖裂隙堵塞漏漿的治理效果。

4 結論

本工程主橋24#、25#主墩左、右幅對稱各布置9根φ2.2 m 樁基，均為支承樁，要求整體嵌入完整的中風化白云質灰巖層不小于3.5 d，在鉆孔過程中遇到地裂隙與河床連通、淺覆蓋層等與設計不符的地質條件，復雜的地質條件和水文影響給施工帶來的技術難度尚屬少見。經上述技術措施處理后，圓滿完成了施工任務，證明該技術方案可行，可為類似工程提供借鑒意義。