沖擊鉆在嵊州大橋大直徑鉆孔灌注樁中的施工

一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，城市建設(shè)也在不斷的擴(kuò)展和提高。地基處理和打樁工藝以及施工控制也越來(lái)越成熟。針對(duì)不同的地質(zhì)情況，采用不同的打樁設(shè)備及工藝對(duì)施工的進(jìn)度、質(zhì)量、投資都能取得好的成效。達(dá)到投資少、進(jìn)度快、質(zhì)量有保證的三者統(tǒng)一體。

二、工程概況及工程地質(zhì)條件

1. 工程概況：

工程位于嵊州市官河路南段，連接市中心和城南區(qū)。橋梁全長(zhǎng)563.80米，其中主橋采用2Χ136米跨徑的下承式鋼管混凝土系桿拱橋，南北引橋均為3Χ22+3Χ26米跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。全橋下部結(jié)構(gòu)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，其中主橋樁底標(biāo)高進(jìn)入微風(fēng)化層大于1米，中間墩采用18Φ1500 MM 的鉆孔樁，邊墩采用14Φ1200 MM 的鉆孔樁(共計(jì)：14Χ2根)。兩邊引橋樁底標(biāo)高進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層，樁底標(biāo)高-6.00米，中間每墩采用4Φ1500 MM 的鉆孔樁(共計(jì)：20Χ2根)，兩邊墩采用16Φ1000 MM 的鉆孔樁(共計(jì)：16Χ2根)。

2. 場(chǎng)區(qū)的地形、地貌

嵊州大橋位于嵊州市澄潭江、長(zhǎng)樂(lè)江、曹娥江三江交處，全橋長(zhǎng)563.80米(包括引橋)，為兩跨過(guò)江。主橋墩地質(zhì)勘探部位位于曹娥江江中，本次施工期間沿主橋中心線(近南北走向)，位置水深在1.7-5.0 米之間，場(chǎng)區(qū)地貌上屬第四系沖積沉積相帶，河底起伏較大，主要是撈砂引起。

3. 地層及巖性

根據(jù)工程勘察報(bào)告及巖石單軸抗壓試驗(yàn)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層可分為三個(gè)大層，六個(gè)地質(zhì)亞層，具體分布如下：
第1-1層：河水
擬建橋墩部位河水深度在1.70-4.90米之間，平均水深約3.4米。
第1-2層：淤泥
江底的河泥，內(nèi)分布有多量腐植質(zhì)及部分生活垃圾沉積物等，層厚約0.3 米。
第3-2層：圓礫卵石

上部以卵石為主，粒徑大的達(dá)5-8 CM，一般粒徑為3-5CM；下部含較多圓礫，并以砂土及少量粘性土充填，該層分布全區(qū)，層頂埋深標(biāo)高8.58-11.68米，厚度約1.60-5.0米。

第4-1層：全風(fēng)化砂質(zhì)泥巖

一般分化成土壯，呈可塑-硬塑狀態(tài)，以粉質(zhì)粘土為主，粘土次之，可見原巖殘余結(jié)構(gòu)，局部分部有少量原巖碎石；其重型動(dòng)力觸探測(cè)試平均值N63.5=26.0 擊/10CM。該層分布全區(qū)，層頂埋深標(biāo)高4.98-6.98米，厚度約1.20-2.90米。

第4-2層：強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖

以砂質(zhì)泥巖，夾多層泥質(zhì)粉砂巖，巖石具有泥壯及凝灰質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，主要砂物成分為粉砂及石英、長(zhǎng)石等，填隙物為火山碎屑；巖石風(fēng)化。該層分布全區(qū)，層頂埋深標(biāo)高3.38-5.78米，厚度約11.80-15.10米。是設(shè)計(jì)選用的引橋樁基持力層。

第4-3層：中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖

砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂層互層、風(fēng)化、蝕變程度較淺、局部可見結(jié)構(gòu)侵蝕面，巖芯較完整，成長(zhǎng)柱狀；其巖石單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：fRK= 8.0Mpa，層頂埋深標(biāo)高-7.42- -10.72米，厚度約5.00-7.50米。

第4-4層：微風(fēng)化砂質(zhì)泥巖

粉砂質(zhì)泥巖淤泥質(zhì)粉砂巖互層，是微弱風(fēng)化，蝕變痕跡，其巖石單軸抗壓強(qiáng)度值：fRK= 9.50Mpa，層頂埋深標(biāo)高-13.92- -16.42米。

三、主要施工方法

針對(duì)本工程地質(zhì)情況，工程開工前我們對(duì)施工方案進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致地審查，并著重在以下幾個(gè)方面采取相應(yīng)的技術(shù)措施，從而保證了施工的順利進(jìn)行。

1. 樁機(jī)選擇

該工程地層主要是砂質(zhì)泥巖(主要礦物成分為粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂級(jí)石英、長(zhǎng)石等)。根據(jù)地質(zhì)條件，從質(zhì)量、進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)方面出發(fā)對(duì)多種機(jī)型的方案比較。決定采用8T沖擊鉆機(jī)并配置氣舉反循環(huán)方式清渣。

2. 施工組織

為了在保證工程質(zhì)量的前提下提前完成合同工期，施工中每個(gè)樁機(jī)組采用了平行作業(yè)分段流水的施工方案。在主橋中間7號(hào)墩18Φ1500MM根樁，在有限的筑島上安排了6臺(tái)8T沖擊鉆機(jī)連續(xù)施工。采用成孔與灌注平行作業(yè)法，以縮短施工時(shí)間，相鄰工程樁采用間隔跳打。

3. 護(hù)筒埋設(shè)

為固定樁位、導(dǎo)向鉆頭、隔離水、保護(hù)孔口及提高內(nèi)水位，增加對(duì)孔壁的靜壓力以防坍塌，應(yīng)于鉆孔前埋設(shè)護(hù)筒?？卓谧o(hù)筒采用鋼板制作，內(nèi)徑比設(shè)計(jì)樁徑大200MM，護(hù)筒高度宜高出地面0.3M，水中施工護(hù)筒高出水面1M并高出筑島面0.3M。底部入土深度不小于3M，穿過(guò)淤泥層進(jìn)入圓礫卵石層。其位置坐標(biāo)垂直度和高程由全站儀控制，護(hù)筒垂直下沉，頂面中心與設(shè)計(jì)樁位偏差不得超過(guò)50MM，豎直線傾斜不大于1%。

4. 泥漿配置

鉆孔泥漿一般由水、粘土(或優(yōu)良膨潤(rùn)土)按適當(dāng)配合比配置而成，其性能指標(biāo)：相對(duì)密度1.20-1.40；粘度(PaS)22-30；含砂率不大于4%；膠體率不低于95%；PH值8-11；造漿能力不低于2.5L/Kg。

工程地層主要是砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖互層(全、強(qiáng)、中、微風(fēng)化)，最深樁身進(jìn)入砂質(zhì)泥巖近30M，砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖本身具備造漿能力。在施工過(guò)程中剛開始進(jìn)入圓礫卵石層成孔時(shí)，采用了自制泥漿，為了加固孔壁適當(dāng)提高泥漿的比重達(dá)1.38和粘度達(dá)24，來(lái)平衡鉆進(jìn)成孔時(shí)孔壁的穩(wěn)定。穿過(guò)(全、強(qiáng)、中)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖由自身造漿比重為1.32-1.33，粘度為22-23。最后進(jìn)入微風(fēng)化砂質(zhì)泥巖(達(dá)設(shè)計(jì)要求)造漿比重為1.30。

5. 鉆進(jìn)成孔

工程采用8T沖擊鉆機(jī)，準(zhǔn)備工作完成后，將鉆機(jī)就位固定，將鉆頭中心線對(duì)準(zhǔn)樁中心線，平面偏差控制在20MM以內(nèi)。鉆進(jìn)時(shí)詳細(xì)記錄，確保成孔成孔樁中心線偏差不大于50MM，傾斜度不大于1%樁長(zhǎng)。在第3-2層圓礫卵石以上，先采用人工配制泥漿，鉆進(jìn)時(shí)如出現(xiàn)孔內(nèi)泥漿遺失，水位下降時(shí)，應(yīng)向孔內(nèi)漏水層投泥球堵漏，如孔內(nèi)出現(xiàn)坍孔等異常情況，應(yīng)立即將鉆頭提離孔底并控制泵量，向孔內(nèi)補(bǔ)充足夠的泥漿，加大泥漿比重(或抬高水頭高度)以仰制坍孔。進(jìn)入第4-1層以下的砂質(zhì)泥巖利用其自身的造漿能力護(hù)壁。在鉆孔過(guò)程中，應(yīng)對(duì)孔位、孔深、孔徑、傾斜度及泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)常進(jìn)行檢查，及時(shí)調(diào)整和核對(duì)。應(yīng)注意地層變化，在地層變化處均應(yīng)撈取渣樣，寫入計(jì)錄表中并與地質(zhì)剖面圖核對(duì)。

6. 泥漿凈化

根據(jù)工程地質(zhì)資料，在鉆進(jìn)成孔時(shí)最深處要穿過(guò)20多米深度的(全、強(qiáng)、中)砂質(zhì)泥巖進(jìn)入微風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。在鉆機(jī)成孔時(shí)沖擊的砂、巖屑率高，造成泥漿的表觀密度高，粘度降低，沉積增加，影響泥漿的護(hù)壁效果和樁身混凝土質(zhì)量。所以在泥漿循環(huán)使用時(shí)，必須對(duì)護(hù)壁泥漿及時(shí)凈化。本工程通過(guò)在排渣口用網(wǎng)斗排除砂及巖屑。增設(shè)泥漿沉淀池和延長(zhǎng)泥漿循環(huán)回流線路的方法進(jìn)行凈化。

7. 放置鋼筋籠及導(dǎo)管安裝

鋼筋籠長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作，等分成2節(jié)(如主橋墩29.2米，每節(jié)14.6米)。單節(jié)制作時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)工棚固定架上焊制成型，為了防止起吊與放置過(guò)程變形，需在鋼筋籠內(nèi)側(cè)每隔2M，增加一道Φ22箍筋，并在外側(cè)豎筋上每道沿圓周對(duì)稱布置4根門拉手形的定位鋼筋。鋼筋籠最下端的主筋端部再焊一只封閉鋼箍，便于順利下放，并能起到在灌注混凝土?xí)r，避免導(dǎo)管上拔時(shí)帶動(dòng)鋼筋籠上浮。安放鋼筋籠，采取三點(diǎn)起吊，空中翻身護(hù)直入孔，孔口搭接焊成整體。鋼筋籠的頂面標(biāo)高控制，選用2Φ16吊筋固定在澆搗架上，吊筋的長(zhǎng)度根據(jù)事先測(cè)量的孔口高度和標(biāo)高計(jì)算。鋼筋籠安放后在泥漿中浸泡時(shí)間越少越好。要求做到入孔內(nèi)1-2小時(shí)內(nèi)澆注混凝土，以便減少鋼筋握固力的損失。

導(dǎo)管用內(nèi)徑為300MM的鋼管，壁厚4MM左右，每節(jié)2.5M，配1-2節(jié)1.5M短管，由法蘭盤螺栓連接，接頭處用橡膠圈密封防水。安裝導(dǎo)管前，對(duì)全部導(dǎo)管進(jìn)行密水試驗(yàn)，然后解體吊放入孔?；炷翝沧⒓苡眯弯撝谱?，用于支撐懸吊導(dǎo)管及上部放置混凝土漏斗。

8. 二次清孔

大直徑鉆孔樁的孔底泥漿指標(biāo)與沉渣多少，直接影響澆注質(zhì)量與單樁承載力，采取清孔措施是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵。本工程采取二次清孔。

第一次為終孔時(shí)清孔，第二次為灌注混凝土前清孔。第一次清孔方法是：鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后停鉆，沖擊鉆頭提離成孔，開動(dòng)反循環(huán)裝置清孔。清孔后采用外徑為鉆孔樁直徑加100MM(不得大于鉆頭直徑)，長(zhǎng)度為4-6倍外徑的鋼筋檢孔器吊入孔內(nèi)檢測(cè)孔徑和孔形，以到底為標(biāo)準(zhǔn)。

第二次清孔方法是：(1)在鋼筋籠入孔與安放混凝土導(dǎo)管完后，在澆灌之前30分鐘內(nèi)進(jìn)行清孔。(2)利用灌注混凝土的鋼制導(dǎo)管，管內(nèi)插入供

氣管壓縮空氣通過(guò)供氣管路至孔內(nèi)的氣水混合室，利用導(dǎo)管內(nèi)外的壓力差清除孔底沉渣的氣舉反循環(huán)清孔。清孔后測(cè)量沉渣厚度必須小于設(shè)計(jì)提出的50MM，若未達(dá)到則再次清孔，直到滿足為止。

9. 灌注水下混凝土

水下混凝土是一種自密實(shí)混凝土，要求具有好的易性和大流動(dòng)度。拌制水下混凝土宜選普通硅酸鹽水泥，最大粒徑不大于導(dǎo)管內(nèi)徑的1/6，且不大于40MM，使用碎石時(shí)，粒徑為5-30MM，砂用級(jí)配良好的中砂，混凝土水灰比為0.6以下，水泥用量不低于400KG/M3，含砂率為40-50%，坍落度18-20CM，擴(kuò)散度為34-38CM。

混凝土第一次澆灌量應(yīng)滿足導(dǎo)管埋人混凝土內(nèi)1M以上，可通過(guò)計(jì)算確定。如主橋墩最深處樁徑Φ1500MM，孔深27.2M，導(dǎo)管選用Φ300MM，導(dǎo)管底離孔底400MM，泥漿比重取1.3g/cm3 混凝土充盈系數(shù)取1.2，鋼筋混凝土容重取2.5t/m3,則第一次混凝土灌注量為：
(a) 第一次混凝土灌注好后，導(dǎo)管內(nèi)混凝土面離樁孔底的高度：
H = (27.2-0.4-1.0)×1.3/2.5=13.68(M)
(b) 灌入量：
V≥3.14/4(0.32×13.68+1.52×1.4×1.2)H≥3.93(M3)
灌注混凝土做好測(cè)量記錄是確保樁身澆筑質(zhì)量的重要保證，記錄應(yīng)注意：
預(yù)測(cè)孔底深度，復(fù)核導(dǎo)管總長(zhǎng)度。
每灌注一車(5M3)每拆一節(jié)導(dǎo)管，必須測(cè)混凝土上表面上升情況與復(fù)算導(dǎo)管埋入深度，以保持導(dǎo)管埋入混凝土2-6M為宜。
樁頂灌注標(biāo)高的測(cè)量應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)高提高1M。

四、質(zhì)量檢驗(yàn)

本工程鉆孔樁的小應(yīng)變和高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)，委托浙江有色地球技術(shù)應(yīng)用研究院工程檢測(cè)中心進(jìn)行。對(duì)全部的樁進(jìn)行了小應(yīng)變的檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)斷樁、夾層、斷裂和離析現(xiàn)象屬一類樁。對(duì)主橋7號(hào)墩抽了2根、北引橋14號(hào)墩和9號(hào)墩各抽1根、南引橋0號(hào)墩和5號(hào)墩各抽1根進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)。(見下表)

五、結(jié)語(yǔ)

在卵石圓礫和砂質(zhì)泥巖層中采用沖擊鉆孔灌注樁，在質(zhì)量和進(jìn)度保證下，它具有操作簡(jiǎn)單，設(shè)備經(jīng)濟(jì)。通過(guò)實(shí)踐認(rèn)識(shí)到在施工中應(yīng)做好以下幾方面工作是質(zhì)量的保證：
(1) 施工過(guò)程中應(yīng)時(shí)時(shí)測(cè)量拉錘頭鋼繩的垂直度，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時(shí)采用糾偏措施。
(2) 根據(jù)工程施工范圍內(nèi)的地層巖性特點(diǎn)，合理確定泥漿性能控制指標(biāo)，在卵石圓礫層中，可在滿足施工要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高泥漿比重和粘度。
(3) 泥漿的凈化是性能控制中的一個(gè)重要組成部分，嚴(yán)格控制泥漿的含砂率，保證界面泥皮形成的質(zhì)量，從而保證樁身質(zhì)量。
(4) 采用氣舉反循環(huán)清孔具有吸力強(qiáng)，被沖擊破碎的巖、卵石都能吸上來(lái)，因此孔底沉渣清除徹底，從而提高端承樁的承載力。
(5) 排渣口可以用網(wǎng)斗取巖屑檢驗(yàn)，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求進(jìn)入的巖層深度。