摘 要：樁基礎(chǔ)以其承載力大，施工簡單，造價低等特點，被廣泛用于各種橋梁和高層建筑的基礎(chǔ)中。中鐵十三局集團有限公司承建的沙壩特大橋，橋址地層巖性變化較大，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，尤其在卵石層中鉆進更是困難重重。在現(xiàn)場的樁基礎(chǔ)鉆孔施工中，克服了地質(zhì)條件不好，等客觀因素，精心組織施工，總結(jié)出了切實可行的施工經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：卵石層 沖擊鉆孔 施工技術(shù)

中圖分類號：TU472 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0037-02

樁基礎(chǔ)以其承載力大，施工簡單，造價低等特點，被廣泛用于各種橋梁和高層建筑的基礎(chǔ)中。我中鐵十三局集團有限公司承建的沙壩特大橋，全長2424.46 m，橋臺采用T型橋臺，圓端型橋墩，基礎(chǔ)采用直徑1.25 m鉆孔樁基礎(chǔ)。由于甘肅隴南地區(qū)區(qū)域特殊，在現(xiàn)場的樁基礎(chǔ)施工中，需要克服地質(zhì)條件不好，交通條件不利等種種客觀因素，為確保工程施工質(zhì)量，保證工程按計劃順利完成，結(jié)合該工程的施工，總結(jié)施工經(jīng)驗，以企對類似工程的施工由一定的借鑒意義。

1 工程概況

我集團承建的沙壩特大橋位于甘肅省隴南市境內(nèi)，全長2424.46 m。該橋橋臺采用T型橋臺，圓端型橋墩，基礎(chǔ)采用直徑1.25 m鉆孔樁基礎(chǔ)和挖井基礎(chǔ)。其中0#臺～5#墩為挖井基礎(chǔ)，7墩#～74#臺為鉆孔樁基礎(chǔ)，鉆孔樁樁長為17～45 m。樁基礎(chǔ)地質(zhì)上部為薄層砂質(zhì)黃土、細角礫土、粗、細圓礫土，樁基大部分位于卵石土層中。

2 樁孔樁施工整體方案

2.1 鉆機的選用

樁基鉆孔施工主要選用鋼繩沖擊鉆機。其主要優(yōu)點是在堅硬的地質(zhì)中進尺速度較快、機動靈活、經(jīng)濟效益良好。其原理為鋼絲繩系結(jié)帶合金鉆頭，在動力系統(tǒng)的牽引下，提升至一定高度處，松開剎車，讓鉆頭做自由落體沖擊鉆孔，將孔內(nèi)大顆粒擠壓進周壁或?qū)⒙咽┧槌杉氼w粒，用泥漿泵注入優(yōu)質(zhì)泥漿將細顆粒沖出孔外，然后注入泥漿進行護壁和鉆孔，如此循環(huán)直至完成鉆孔。

2.2 沖擊鉆機施工方法

2.2.1 泥漿池的設(shè)置

為盡量減少泥漿的排放污染，同時又要滿足樁基施工生產(chǎn)的需要。泥漿池的設(shè)置采取集中布置的方式，即每個墩的鉆孔樁共用一個長×寬×高=7×4×2.5 m的泥漿池（挖掘機成型），遠離便道一側(cè)靠近紅線邊。泥漿池挖出的土一部分堆在周圍做成土埂，土埂寬1.5 m，高1 m距泥漿池邊1 m，土埂在兩端留1 m左右的缺口。泥漿池周圍需要設(shè)置圍護裝置，采用Φ40鋼管刷紅白相間的油漆做成1.2 m高的圍欄，掛上醒目的警示標(biāo)志，圍欄采用周圍一圈掛彩色三角旗。

2.2.2 測量定位

根據(jù)已布設(shè)線路導(dǎo)線坐標(biāo)，計算鉆孔樁樁位坐標(biāo)，使用全站儀放出樁位并設(shè)置護樁，護樁的設(shè)置，必須設(shè)在比較穩(wěn)固地點，距離中心樁2～4 m，呈十字形。

2.2.3 護筒加工與埋設(shè)

護筒長度為2.0 m以上，采用6～10 mm厚鋼板制作，并保證堅實、不漏水。護筒內(nèi)徑大于設(shè)計樁徑不少于20 cm且大于鉆頭直徑40 cm，在護筒口下40 cm處設(shè)一30 cm×30 cm出漿孔。鋼護筒的焊縫密實，無孔洞不漏水，鋼護筒在澆筑混凝土后拔出，重復(fù)利用。護筒埋設(shè)前先在樁位處挖設(shè)探坑，探明確認無地下管線后方可埋設(shè)護筒。因地質(zhì)原因，鋼護筒采用人工埋設(shè)，四周用粘土夯填密實。護筒頂高出地面0.5 m，護筒的埋設(shè)深度不小于1.5 m，筒頂高出地下水位1.5～2.0 m。鋼護筒埋設(shè)中心的平面誤差≤50 mm，傾斜度≤1%。護筒埋設(shè)完成后，由護樁拉出十字線核定樁中心位置。

2.2.4 鉆機就位

鉆機就位前，應(yīng)對主要機具及配套設(shè)備進行檢查、維修，底架應(yīng)平整，保持穩(wěn)定，不得產(chǎn)生位移和沉陷。鉆孔前，按施工設(shè)計所提供的地質(zhì)、水文資料繪制地質(zhì)剖面圖，掛在鉆臺上。針對不同地質(zhì)層選用不同的鉆頭、鉆進壓力、鉆進速度及適當(dāng)?shù)哪酀{比重。

2.2.5 鉆孔施工

鉆機安裝及鉆孔，安裝鉆機時，底架墊平，保持穩(wěn)定，使不產(chǎn)生位移和沉陷，鉆機頂端用纜風(fēng)繩對稱拴牢拉緊。鉆孔過程中，起落鉆頭速度均勻，不過猛或驟然變速，以免碰撞孔壁或護筒。孔內(nèi)出碴，不能堆積在鉆孔周圍。開鉆前，在護筒內(nèi)多加一些粘土。地表土層疏松時，還要混和加入一定數(shù)量的小片石，然后注入泥漿和清水，借助鉆頭的沖擊把泥膏、石塊擠向孔壁，以加固護筒腳。為防止沖擊振動使鄰孔坍塌或影響鄰孔已灌注混凝土的凝固，必須等鄰孔混凝土灌注完畢并達到一定的強度后方可開始鉆孔。沖擊鉆孔開始時宜用小沖程，當(dāng)孔底在護筒腳下3～4 m后，可根據(jù)實際情況適當(dāng)加大沖程。鉆機安裝處先整平夯實，以免在鉆孔過程中鉆機發(fā)生傾斜和下陷而影響成孔的質(zhì)量。鉆機必須固定牢固，嚴禁在鉆孔過程中鉆機移位。鉆孔時，隨時察看鋼絲繩的回彈情況，耳聽鉆錐的沖擊聲，以判別孔底情況，掌握勤松動，少量松繩的原則；孔內(nèi)泥漿水平面須高出護筒腳至少0.5 m以上，以免泥漿面蕩漾損壞護筒腳孔壁，但比護筒頂面低0.3 m，防止泥漿溢出；沖擊過程中勤抽碴，勤檢查鋼絲繩和鉆頭的磨損情況，預(yù)防安全質(zhì)量事故的發(fā)生。鉆孔作業(yè)應(yīng)分班連續(xù)進行，填寫鉆孔施工記錄，交接班時應(yīng)交待鉆進情況及下一班應(yīng)注意事項。應(yīng)經(jīng)常對鉆孔泥漿及鉆機對位進行檢測，不符合要求時，應(yīng)及時改正。應(yīng)經(jīng)常注意地層變化，在地層變化處撈取樣渣保存。因故停鉆時，鉆機應(yīng)將鉆頭提離孔底5 m以上。鉆孔過程中應(yīng)經(jīng)常檢查并記錄土層變化情況，并與地質(zhì)剖面圖核對。樁外土體隨時用裝載機清離孔口，防止土體壓力過大造成孔壁坍塌，然后再用自卸汽車運至棄土場。

2.2.6 檢孔與清孔

鉆孔至設(shè)計標(biāo)高后，用探孔器檢查孔徑、孔深、孔位、豎直度，待檢測合格后，及時清孔。清孔應(yīng)達到以下標(biāo)準：孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無2～3 mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20 s，澆筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于30 cm。嚴禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔。

3 技術(shù)難題與解決措施

由于沙壩特大橋地質(zhì)情況復(fù)雜，地層巖性變化較大，鉆機在鉆進過程中困難較多，尤其是在卵石層中，經(jīng)常發(fā)生鉆孔進度慢，鉆孔偏斜、卡鉆、塌孔等一系列鉆孔病因。

3.1 鉆孔偏斜

鉆孔樁開工前期時，發(fā)生過幾例鉆孔偏斜的問題，雖然斜率在技術(shù)指南要求范圍之內(nèi)，但在實際施工中造成了鋼筋籠難以吊放到孔內(nèi)指定標(biāo)高，或?qū)Ч鼙讳摻罨\卡住，無法下放。對于這些情況，我們認真觀察，仔細分析，其原因主要有與下兩點因素有關(guān)。

3.1.1 鉆機定位與支撐

鉆機定位不精確，支撐不穩(wěn)定，鋼繩中心、鉆頭中心、護筒中心未在同一豎直線上，以致發(fā)生了鉆孔偏斜，不但浪費了人力物力，還不能保證優(yōu)良的工程質(zhì)量。所以，鉆機安裝前，應(yīng)控制鉆機和鉆架的穩(wěn)固可靠、位置準確。鉆機安裝完成后，應(yīng)進行試運轉(zhuǎn)，并檢查下列各項：（1）鉆機平臺、鉆機及鉆架穩(wěn)定牢固，不產(chǎn)生位移及沉降。（2）鉆架垂直及機身水平，鉆架上的起吊滑輪組與轉(zhuǎn)盤中心應(yīng)在同一鉛垂線上。（3）鉆頭、鋼繩中心與護筒中心的偏差不得大于5 cm。（4）電力及機械系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常。

3.1.2 鉆機沖程的控制

鉆孔沖程的控制也關(guān)系到成樁質(zhì)量的好壞，如果控制不好，則會導(dǎo)致鉆孔傾斜的發(fā)生。開始鉆孔時應(yīng)采用小沖程開孔，待鉆進深度超過鉆頭全高加正常沖程后方可進行正常沖擊鉆孔，沖程應(yīng)根據(jù)土層情況分別確定：一般在通過堅硬密實卵石層或基巖漂石之類的土層中應(yīng)采用大沖程。在通過松散砂、礫類土或卵石夾土層中應(yīng)采用中沖程。在通過高液限粘土，含礫低液限粘土?xí)r，采用中沖程.在宜坍塌或流砂地段宜采用小沖程，并應(yīng)提高泥漿的粘度和相對密度。鉆進過程中，應(yīng)勤松繩和適量松繩，不得打空錘，勤取碴，使鉆頭經(jīng)常沖擊新鮮地層。每次松繩量應(yīng)按地質(zhì)情況，鉆頭形式，鉆頭重量決定。

3.2 塌孔

因沙壩特大橋橋址地層巖性變化較大，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生塌孔事件，對此我們分析原因，對鉆機的工作情況，性能，工序等一系列問題進行跟蹤調(diào)查，主要原因就在于鉆孔過程中的泥漿。而泥漿池的修建，孔內(nèi)泥漿面高度的控制，泥漿的制備都與其有著密不可分的聯(lián)系。

3.2.1 泥漿池的修建

泥漿的主要功能有兩點：一是保持地層和孔壁相對的穩(wěn)定，封閉土及砂層孔壁的空隙，使鉆孔的整體性得到保證。二是在巖層施工中降低鉆頭溫度，防止鉆頭過熱熔化造成質(zhì)量事故。所以泥漿的循環(huán)通暢是鉆孔施工中質(zhì)量保證的重要條件。如果泥漿池離鉆孔距離遠，循環(huán)不暢，將出現(xiàn)循環(huán)間歇的現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔中泥漿密度的降低，從而導(dǎo)致孔壁土剝離，嚴重的會出現(xiàn)塌方。如果灌注過程中剝離孔壁土摻入混凝土中勢必降低混凝土的標(biāo)號，甚至出現(xiàn)斷樁，影響工程的進度和質(zhì)量。所以泥漿池的修建一定要靠近鉆孔，保證泥漿循環(huán)通暢。

3.2.2 孔內(nèi)泥漿面高度的控制

孔內(nèi)泥漿高度的控制是曾經(jīng)忽略過的一個問題，施工進行中時，把注意力都集中在鉆孔而忽略了孔內(nèi)泥漿高度的控制。在鉆孔中沒有觀察到泥漿面的突然下降，而繼續(xù)鉆進，這導(dǎo)致了塌孔。其原因是由于卵石層土質(zhì)間隙比較大，滲水率也比較大，而在其滲水的過程中沒有及時的補充泥漿，起不到泥漿護壁的作用，導(dǎo)致塌方。在施工中，加強孔內(nèi)泥漿面高度的控制，由專人負責(zé)控制，在護筒內(nèi)側(cè)設(shè)立標(biāo)尺，漿液面基本穩(wěn)定在護筒溢流口下20 cm處，當(dāng)水位下降時及時補充水，并加入一定量的粘土進行攪拌，如在較高的泥漿比重下，漿液依然流失，則在孔內(nèi)充填粘土，不加水反復(fù)沖擊，將粘土擠壓進空壁周邊空隙中，再加水形成漿液沖擊通過不穩(wěn)定層。

3.2.3 泥漿的制備

泥漿的制備直接關(guān)系著孔壁的穩(wěn)定和鉆孔質(zhì)量的好壞，特別在卵石土地層中，更為重要。漿液比重過小，其粘滯力小，鉆頭在漿液中穿越的阻力小，其有效功大，相應(yīng)鉆孔速度大，但是卵石層中的空隙得不到填塞，起不到護壁的作用，容易塌孔。反之泥漿比重過大，又影響鉆進速度。所以選用優(yōu)質(zhì)的泥漿性能指標(biāo)極其重要。

泥漿的主要性能有：泥漿比重，粘度，靜切力、含砂率、膠體率、失水率、酸堿度。制備泥漿的粘土應(yīng)選擇水化快、造漿能力強、粘度大的膨脹土或接近地表經(jīng)過凍融的粘土為好。調(diào)制泥漿前，應(yīng)先把粘土塊打碎，使其攪拌時易于成漿，縮短攪拌時間，提高泥漿的質(zhì)量。因沙壩特大橋樁基均為鉆孔較淺，且為易坍地層，所以要求泥漿的穩(wěn)定性能要高。真對此項內(nèi)容，我們選用優(yōu)質(zhì)的泥漿性能指標(biāo)，見表1所示。

3.3 鉆機沖程的控制

鉆孔沖程的控制也關(guān)系到成樁質(zhì)量的好壞，如果控制不好，則會導(dǎo)致偏孔，卡鉆，掉鉆等一系列問題的發(fā)生。開始鉆孔時應(yīng)采用小沖程開孔，待鉆進深度超過鉆頭全高加正常沖程后方可進行正常沖擊鉆孔，沖程應(yīng)根據(jù)土層情況分別規(guī)定：（1）一般在通過堅硬密實卵石層或基巖漂石之類的土層中應(yīng)采用大沖程。（2）在通過松散砂、礫類土或卵石夾土層中應(yīng)采用中沖程。（3）在通過高液限粘土，含礫低液限粘土?xí)r，宜采用中沖程。（4）在宜坍塌或流砂地段宜采用小沖程，并應(yīng)提高泥漿的年度和相對密度。（5）鉆進過程中，應(yīng)勤松繩和適量松繩，不得打空錘，勤取碴，使鉆頭經(jīng)常沖擊新鮮地層。（6）每次松繩量應(yīng)按地質(zhì)情況，鉆頭形式，鉆頭重量決定。

3.4 掉鉆、卡鉆

卵石層卡鉆的主要原因為：卵石層中有孤石存在，在施工到該層時，判斷不準，繼續(xù)按原沖程施工，很容易造成偏孔卡鉆，鉆機鋼絲繩是否堅固耐用也是比較容易忽視的一個事項，由于鋼絲繩的斷裂而導(dǎo)致掉鉆甚至卡鉆也很常見?？ㄣ@和掉鉆事故如果打撈失敗，不但延誤工期而且對施工隊伍也是不小的經(jīng)濟損失。對于預(yù)防掉鉆、卡鉆應(yīng)注意以下問題：提高鉆機操作手的技術(shù)，準確判斷地層變化情況，當(dāng)遇到大孤石時，改為小沖程，適當(dāng)填入片石保證不偏孔，不卡鉆。吊鉆頭的鋼絲繩必須選用同向捻制、柔軟優(yōu)質(zhì)、無死彎和無斷絲者，安全系數(shù)不小于1.2，鋼絲繩與鉆頭間需設(shè)轉(zhuǎn)向裝置并連接牢固，鉆孔過程中應(yīng)經(jīng)常檢查其狀態(tài)和運轉(zhuǎn)是否正常、靈活。主繩與鉆頭的鋼絲繩搭接時，兩根繩徑應(yīng)相同，捻扭方向必須一致。鋼絲繩要有足夠的長度，即以卷揚及滾筒起到設(shè)計最深的樁底標(biāo)高，滾筒上要留有7圈以上的富余量，繩尾必須錨固在滾筒上。

4 結(jié)語

沖擊鉆鉆孔是一項傳統(tǒng)的施工技術(shù)，但在富含卵石的地層中施工仍是一個存在挑戰(zhàn)的工藝。施工前要認真核對地質(zhì)資料，分析個各地層容易出現(xiàn)的事故。進入卵石層后尤其要控制好泥漿護壁的質(zhì)量，這是卵石這種透水層地質(zhì)鉆孔的首要任務(wù)，也是樁基順利鉆進的關(guān)鍵。這就要求我們現(xiàn)場施工技術(shù)人員要掌握好控制要點，嚴格按照設(shè)計圖紙和現(xiàn)行規(guī)范及施工技術(shù)指南指導(dǎo)施工。卵石層中沖擊鉆孔的成功是樁基成功的一半，只有成孔質(zhì)量優(yōu)良，后續(xù)的樁基混凝土灌注質(zhì)量才能得到有效保障。其次要提高操作工人的操作水平，對鉆進時渣樣進行分析，底層變化時調(diào)整沖程，防止沖程過大，也要防止落空錘。交接班和雨后要及時進行驗孔，對孔位、孔深、孔斜率及時進行校核，出現(xiàn)偏差及時糾正，同時要進行設(shè)備設(shè)施的檢驗，尤其是鉆機鋼絲繩，鋼絲繩的質(zhì)量是鉆孔質(zhì)量和鉆頭安全的要害。

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