張立峰,楊晨浩

(1.牡丹江公路設(shè)計(jì)院;2.黑龍江省龍建路橋第六工程有限公司)

隨著橋梁建設(shè)的發(fā)展,橋梁鉆孔樁已被廣泛采用,由于橋址處的水文和地質(zhì)條件復(fù)雜,橋孔施工普遍存在流砂層坍孔、卵礫石成孔與護(hù)壁困難,基巖鉆進(jìn)破巖效率很低,嚴(yán)重影響了橋梁鉆孔的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,在鉆孔樁施工中工序較多,工藝流程互相銜接,主要工序都在水下及地下進(jìn)行,不便監(jiān)視,經(jīng)常出現(xiàn)各種坍孔現(xiàn)象。在此,對(duì)一些技術(shù)問題進(jìn)行探討。

1 坍孔的原因

(1)鉆孔中經(jīng)過砂礫、卵石層等透水性強(qiáng)的土質(zhì),由孔內(nèi)水流失而造成孔內(nèi)水頭高度不夠引起坍孔。

(2)泥漿比重不夠及泥漿性能指標(biāo)不符合要求,使孔內(nèi)未形成堅(jiān)實(shí)泥皮而坍孔。

(3)護(hù)筒埋置太淺,下端孔口漏水,坍塌或孔口附近地面受水浸濕泡軟,由于沖擊振動(dòng)引起塌孔。

(4)在松散層中鉆孔,進(jìn)尺太快,孔避周圍不堅(jiān)實(shí)而發(fā)生坍塌。

(5)晴孔后泥漿比重、黏度等指標(biāo)降低,孔內(nèi)水位低于地下水位,清孔后停頓時(shí)間過久導(dǎo)致塌孔。

(6)吊入鋼筋骨架時(shí)碰撞引起孔避塌孔。

2 坍孔的預(yù)防

2.1 孔內(nèi)水頭不夠引起砂層塌孔問題

橋梁樁孔多數(shù)都不得不穿過厚度不同的河床砂層。這些砂層普通有松散、高孔隙比、高頭水性、高飽和、內(nèi)摩擦角很小、內(nèi)聚力為零等特點(diǎn)。所以砂層鉆孔的重要問題就是不鉆孔施工前必須詳細(xì)了解掌握橋樁各孔的地質(zhì)鉆探資料,分析各種原因,根據(jù)力學(xué)原理計(jì)算,當(dāng)護(hù)筒內(nèi)支護(hù)力小于砂層側(cè)壓力時(shí),可在筒內(nèi)設(shè)置一定高度的水頭。構(gòu)成對(duì)孔避的靜水壓力,這種靜水壓力連同孔避的園環(huán)作用,使水中的鉆孔避保持穩(wěn)定不塌。防止流砂塌孔。

2.2 泥漿比重不夠引起坍孔問題

鉆孔時(shí)泥漿不僅可以保持孔避不塌,更重要的是在沖擊成孔時(shí),還有排渣的功能.如使用太稠的泥漿,會(huì)增大鉆頭的阻力,因而,影響鉆進(jìn)速度,而且增加孔避泥漿附著量。對(duì)受力不利,同時(shí)還會(huì)增加清孔工作的困難,反之;如泥漿太稀,排渣能力會(huì)受到影響,護(hù)壁效果也同時(shí)降低,泥漿比重不夠及泥漿性能指標(biāo)不符合要求,會(huì)導(dǎo)致孔避未形成堅(jiān)實(shí)泥皮而發(fā)生塌孔事故.

在砂性土、砂礫或卵石中鉆孔,事先需要準(zhǔn)備足的黏土數(shù)量一般約為鉆孔體積的 70%～80%。在施工中應(yīng)按土的塑性指數(shù)和粘粒含量來選擇粘土。通常選塑性指數(shù)大于25、小于0.05mm的粘土含量大于 50%的粘土?xí)r,可摻入塑性指數(shù)大于 25的粘土 30%,另摻入碳酸鈉 0.3%～0.4%,一提高聚粘度。采用沖擊鉆孔時(shí),可根據(jù)鉆孔的地層情況、鉆渣大小、鉆孔直徑和深度等選用泥漿的比重和粘度。一般在粘性土中用比重 1.0～1.3左右的泥漿,-可收到滿意的效果。但是在砂性土中,特別在砂卵石中,一般要用比重為1.2～1.6的泥漿。比重過小的泥漿不能把較大粒徑的鉆渣浮起并排除孔外,因而將影響鉆進(jìn)速度或?qū)е滤?。因?選擇調(diào)制泥漿的比重和粘度在鉆孔中起著重要作用。

2.3 護(hù)筒埋設(shè)深度不夠引起塌孔問題

在河床內(nèi)護(hù)筒埋設(shè)深度是否合適,對(duì)樁孔施工有重要影響,埋設(shè)過淺容易產(chǎn)生流砂或管涌;埋設(shè)過深則會(huì)給沉入和起拔帶來困難。所以,有必要確定合適的護(hù)筒埋深。樁孔內(nèi)泥漿樁壓力與孔壁外的靜土壓力所形成的應(yīng)力分布為三個(gè)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)區(qū)。在被動(dòng)區(qū)、泥漿壓力大于土壓力,形成被動(dòng)應(yīng)力,隨著鉆孔加深,孔內(nèi)外壓力趨于平衡,并且在樁孔進(jìn)一步延深,土壓力漸大于泥漿壓力,形成主動(dòng)應(yīng)力,進(jìn)入塑性區(qū)。根據(jù)土力學(xué)園環(huán)作用理論,鉆孔深度增加時(shí),半徑向土壓力雖也在增加,但是它的增加率則漸有減少,所以鉆也雖深,孔壁仍可穩(wěn)不定期不坍,但在過渡區(qū),因也內(nèi)外壓力接近平衡,在此情況下,若工層的滲透壓力等于其浮容重時(shí),會(huì)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象;若大于其浮容重,則會(huì)發(fā)生管涌現(xiàn)象。在埋設(shè)護(hù)筒時(shí)應(yīng)加填粘土,并進(jìn)行分層夯實(shí),增加護(hù)筒的穩(wěn)定性,防止坍孔。

3 坍孔的處理

(1)在河床水位較深或汛期,嚴(yán)格控制護(hù)筒內(nèi)水頭高度,必要時(shí)應(yīng)采取升高護(hù)筒,增加水頭,確保水頭相以穩(wěn)定。

(2)如果砂礫,卵石層發(fā)生孔內(nèi)地主坍塌,應(yīng)判明坍孔位置,回填土或黃土混合物到坍孔位置以上 1.0～2.0m。嚴(yán)重坍孔應(yīng)全部回填,待回填物沉積后,再進(jìn)行鉆孔,并掌握好泥漿比重和泥漿性能指標(biāo)。

(3)發(fā)生孔口坍塌時(shí),可立即拆除護(hù)筒并回填鉆孔。認(rèn)真確定護(hù)筒埋設(shè)深度,孔位附近要盡可能整平,避免靠近較大坡度的坡腳處鉆孔,防止鉆頭碰坍孔壁。

(4)在松散砂土或流砂中鉆孔時(shí),應(yīng)控制進(jìn)尺速度,選用較大比重、粘度膠體率的泥漿,投入粘土摻卵石,使粘土膏、卵石擠入孔壁起護(hù)壁作用。

(5)清孔時(shí)應(yīng)指定專人補(bǔ)水,保證鉆孔內(nèi)必要的水頭高度,供水管最好不要直接插入鉆孔中,應(yīng)通過水槽或水池使水減速后流入鉆孔中,可避免沖刷孔壁,清孔后停頓時(shí)間不要過久,灌注混凝土速度要快,以防坍孔。

(6)在清孔后吊入鋼筋骨架時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心豎直插入,防止碰撞孔壁,造成嚴(yán)重坍孔事故。

總之,橋梁鉆孔樁具有可靠的承載力和足夠的剛度,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活,適用于各種橋梁,在各種水文工程地質(zhì)條件、水域都可施工。