項目管理系統

沖擊鉆在嵊州大橋大直徑鉆孔灌注樁中的施工

一、引言

隨著經濟建設的高速發(fā)展，城市建設也在不斷的擴展和提高。地基處理和打樁工藝以及施工控制也越來越成熟。針對不同的地質情況，采用不同的打樁設備及工藝對施工的進度、質量、投資都能取得好的成效。達到投資少、進度快、質量有保證的三者統一體。

二、工程概況及工程地質條件

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米跨徑的預應力混凝土連續(xù)箱梁。全橋下部結構均采用鉆孔灌注樁基礎，其中主橋樁底標高進入微風化層大于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：14Χ2根)。兩邊引橋樁底標高進入強風化層，樁底標高-6.00米，中間每墩采用4Φ1500 MM 的鉆孔樁(共計：20Χ2根)，兩邊墩采用16Φ1000 MM 的鉆孔樁(共計：16Χ2根)。

2. 場區(qū)的地形、地貌

嵊州大橋位于嵊州市澄潭江、長樂江、曹娥江三江交處，全橋長563.80米(包括引橋)，為兩跨過江。主橋墩地質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

根據工程勘察報告及巖石單軸抗壓試驗，場區(qū)內地層可分為三個大層，六個地質亞層，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，內分布有多量腐植質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)，層頂埋深標高8.58-11.68米，厚度約1.60-5.0米。

第4-1層：全風化砂質泥巖

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

第4-2層：強風化砂質泥巖

以砂質泥巖，夾多層泥質粉砂巖，巖石具有泥壯及凝灰質粉砂結構，主要砂物成分為粉砂及石英、長石等，填隙物為火山碎屑；巖石風化。該層分布全區(qū)，層頂埋深標高3.38-5.78米，厚度約11.80-15.10米。是設計選用的引橋樁基持力層。

第4-3層：中風化砂質泥巖

砂質泥巖與泥質粉砂層互層、風化、蝕變程度較淺、局部可見結構侵蝕面，巖芯較完整，成長柱狀；其巖石單軸抗壓強度標準值：fRK= 8.0Mpa，層頂埋深標高-7.42- -10.72米，厚度約5.00-7.50米。

第4-4層：微風化砂質泥巖

粉砂質泥巖淤泥質粉砂巖互層，是微弱風化，蝕變痕跡，其巖石單軸抗壓強度值：fRK= 9.50Mpa，層頂埋深標高-13.92- -16.42米。

三、主要施工方法

針對本工程地質情況，工程開工前我們對施工方案進行了認真細致地審查，并著重在以下幾個方面采取相應的技術措施，從而保證了施工的順利進行。

1. 樁機選擇

該工程地層主要是砂質泥巖(主要礦物成分為粘土、粉質粘土、粉砂級石英、長石等)。根據地質條件，從質量、進度及經濟方面出發(fā)對多種機型的方案比較。決定采用8T沖擊鉆機并配置氣舉反循環(huán)方式清渣。

2. 施工組織

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

3. 護筒埋設

為固定樁位、導向鉆頭、隔離水、保護孔口及提高內水位，增加對孔壁的靜壓力以防坍塌，應于鉆孔前埋設護筒。孔口護筒采用鋼板制作，內徑比設計樁徑大200MM，護筒高度宜高出地面0.3M，水中施工護筒高出水面1M并高出筑島面0.3M。底部入土深度不小于3M，穿過淤泥層進入圓礫卵石層。其位置坐標垂直度和高程由全站儀控制，護筒垂直下沉，頂面中心與設計樁位偏差不得超過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)良膨潤土)按適當配合比配置而成，其性能指標：相對密度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泥巖和泥質粉砂巖互層(全、強、中、微風化)，最深樁身進入砂質泥巖近30M，砂質泥巖和泥質粉砂巖本身具備造漿能力。在施工過程中剛開始進入圓礫卵石層成孔時，采用了自制泥漿，為了加固孔壁適當提高泥漿的比重達1.38和粘度達24，來平衡鉆進成孔時孔壁的穩(wěn)定。穿過(全、強、中)風化砂質泥巖由自身造漿比重為1.32-1.33，粘度為22-23。最后進入微風化砂質泥巖(達設計要求)造漿比重為1.30。

5. 鉆進成孔

工程采用8T沖擊鉆機，準備工作完成后，將鉆機就位固定，將鉆頭中心線對準樁中心線，平面偏差控制在20MM以內。鉆進時詳細記錄，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。在第3-2層圓礫卵石以上，先采用人工配制泥漿，鉆進時如出現孔內泥漿遺失，水位下降時，應向孔內漏水層投泥球堵漏，如孔內出現坍孔等異常情況，應立即將鉆頭提離孔底并控制泵量，向孔內補充足夠的泥漿，加大泥漿比重(或抬高水頭高度)以仰制坍孔。進入第4-1層以下的砂質泥巖利用其自身的造漿能力護壁。在鉆孔過程中，應對孔位、孔深、孔徑、傾斜度及泥漿的各項指標經常進行檢查，及時調整和核對。應注意地層變化，在地層變化處均應撈取渣樣，寫入計錄表中并與地質剖面圖核對。

6. 泥漿凈化

根據工程地質資料，在鉆進成孔時最深處要穿過20多米深度的(全、強、中)砂質泥巖進入微風化砂質泥巖。在鉆機成孔時沖擊的砂、巖屑率高，造成泥漿的表觀密度高，粘度降低，沉積增加，影響泥漿的護壁效果和樁身混凝土質量。所以在泥漿循環(huán)使用時，必須對護壁泥漿及時凈化。本工程通過在排渣口用網斗排除砂及巖屑。增設泥漿沉淀池和延長泥漿循環(huán)回流線路的方法進行凈化。

7. 放置鋼筋籠及導管安裝

鋼筋籠長度根據設計要求制作，等分成2節(jié)(如主橋墩29.2米，每節(jié)14.6米)。單節(jié)制作時在現場工棚固定架上焊制成型，為了防止起吊與放置過程變形，需在鋼筋籠內側每隔2M，增加一道Φ22箍筋，并在外側豎筋上每道沿圓周對稱布置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時，避免導管上拔時帶動鋼筋籠上浮。安放鋼筋籠，采取三點起吊，空中翻身護直入孔，孔口搭接焊成整體。鋼筋籠的頂面標高控制，選用2Φ16吊筋固定在澆搗架上，吊筋的長度根據事先測量的孔口高度和標高計算。鋼筋籠安放后在泥漿中浸泡時間越少越好。要求做到入孔內1-2小時內澆注混凝土，以便減少鋼筋握固力的損失。

導管用內徑為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。安裝導管前，對全部導管進行密水試驗，然后解體吊放入孔。混凝土澆注架用型鋼制作，用于支撐懸吊導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與沉渣多少，直接影響澆注質量與單樁承載力，采取清孔措施是確保工程質量的關鍵。本工程采取二次清孔。

第一次為終孔時清孔，第二次為灌注混凝土前清孔。第一次清孔方法是：鉆孔深度達到設計標高后停鉆，沖擊鉆頭提離成孔，開動反循環(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)，長度為4-6倍外徑的鋼筋檢孔器吊入孔內檢測孔徑和孔形，以到底為標準。

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

氣管壓縮空氣通過供氣管路至孔內的氣水混合室，利用導管內外的壓力差清除孔底沉渣的氣舉反循環(huán)清孔。清孔后測量沉渣厚度必須小于設計提出的50MM，若未達到則再次清孔，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混凝土，要求具有好的易性和大流動度。拌制水下混凝土宜選普通硅酸鹽水泥，最大粒徑不大于導管內徑的1/6，且不大于40MM，使用碎石時，粒徑為5-30MM，砂用級配良好的中砂，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，擴散度為34-38CM。

混凝土第一次澆灌量應滿足導管埋人混凝土內1M以上，可通過計算確定。如主橋墩最深處樁徑Φ1500MM，孔深27.2M，導管選用Φ300MM，導管底離孔底400MM，泥漿比重取1.3g/cm3 混凝土充盈系數取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，導管內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)
灌注混凝土做好測量記錄是確保樁身澆筑質量的重要保證，記錄應注意：
預測孔底深度，復核導管總長度。
每灌注一車(5M3)每拆一節(jié)導管，必須測混凝土上表面上升情況與復算導管埋入深度，以保持導管埋入混凝土2-6M為宜。
樁頂灌注標高的測量應比設計標高提高1M。

四、質量檢驗

本工程鉆孔樁的小應變和高應變動力檢測，委托浙江有色地球技術應用研究院工程檢測中心進行。對全部的樁進行了小應變的檢測未發(fā)現斷樁、夾層、斷裂和離析現象屬一類樁。對主橋7號墩抽了2根、北引橋14號墩和9號墩各抽1根、南引橋0號墩和5號墩各抽1根進行高應變動力檢測。(見下表)

五、結語

在卵石圓礫和砂質泥巖層中采用沖擊鉆孔灌注樁，在質量和進度保證下，它具有操作簡單，設備經濟。通過實踐認識到在施工中應做好以下幾方面工作是質量的保證：
(1) 施工過程中應時時測量拉錘頭鋼繩的垂直度，發(fā)現傾斜，及時采用糾偏措施。
(2) 根據工程施工范圍內的地層巖性特點，合理確定泥漿性能控制指標，在卵石圓礫層中，可在滿足施工要求的基礎上，適當提高泥漿比重和粘度。
(3) 泥漿的凈化是性能控制中的一個重要組成部分，嚴格控制泥漿的含砂率，保證界面泥皮形成的質量，從而保證樁身質量。
(4) 采用氣舉反循環(huán)清孔具有吸力強，被沖擊破碎的巖、卵石都能吸上來，因此孔底沉渣清除徹底，從而提高端承樁的承載力。
(5) 排渣口可以用網斗取巖屑檢驗，確保達到設計要求進入的巖層深度。