汪鳴玉
摘 要:采用沖擊鉆與旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)聯(lián)合成孔方案,輔以注漿加固卵石地層方法在較厚、大料徑、高含量卵碎石地層施工鉆孔樁過程中遇到的問題及處理方法。
關(guān)鍵詞:大料徑 高含量卵石地層 聯(lián)合成孔
工程概況
應(yīng)天河大橋全長470.2米,跨越老華宏路、符祥浜河與應(yīng)天河。全橋左右兩幅幅各分3聯(lián),主跨為70m懸澆連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁,對(duì)應(yīng)橋墩為6#、7#號(hào)墩,均為水中樁,分別設(shè)計(jì)為12根Φ1.5m摩擦樁,設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高-58.5米。
地質(zhì)條件
6#、7#墩上部土層主要為淤泥質(zhì)土,下部以卵、碎石土為主,含個(gè)別漂石或塊石,底部為粉砂層,河床面至-20.9m為粉質(zhì)粘土,-20.9m至-25.6m為含量40-60%的卵、碎石層,部分卵石粒徑大于20cm,-25.6m至-59m為淤泥質(zhì)粘土。-59m至-62.7米為粉砂土層。根據(jù)地勘報(bào)告提供的鉆孔綜合柱狀圖,該墩位處的地質(zhì)條件較復(fù)雜,鉆孔過程中易造成坍孔且成孔后擴(kuò)孔率較大。
施工平臺(tái)
施工平臺(tái)系水中墩施工作業(yè)的專用平臺(tái)。平面尺寸27.8m×13.4m,高度2.5m,鋼結(jié)構(gòu)108t。其結(jié)構(gòu):下平臺(tái)橫橋向主梁Ⅰ為焊接板梁,梁高1.64m,縱橋向聯(lián)系梁Ⅱ?yàn)?根Ⅰ55工字鋼,梁Ⅰ和梁Ⅱ通過φ1.2m鋼套筒連接成90度角,下平臺(tái)支撐于6根φ1.0m定位樁上;上平臺(tái)縱橋向梁Ⅲ為4根Ⅰ55工字鋼,擱置于梁Ⅰ上面,見下圖:
鉆孔樁施工
1、鉆機(jī)選型
6#、7#墩地質(zhì)條件屬較厚、大粒徑、高含量的卵碎石地層,為了保證施工質(zhì)量,結(jié)D標(biāo)的進(jìn)度安排,采用以旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)(KPG-3000型)為主,沖擊反循環(huán)鉆機(jī)(CJF-20型)為輔的聯(lián)合成孔的方案,CJF-20型沖擊反循環(huán)鉆機(jī)破碎大直徑卵碎石,以達(dá)減薄其厚度的目的,考慮到含漂石、卵碎石地層中鉆孔易卡鉆、塌孔埋鉆頭等因素而控制沖擊鉆沖擊深度,其鉆進(jìn)高程宜控制在-26.00m以內(nèi),待鉆進(jìn)高程達(dá)-26.00左右時(shí),改用KPG-3000型旋轉(zhuǎn)鉆機(jī),解決鉆深問題。
2、護(hù)筒埋設(shè)
護(hù)筒埋設(shè)以鉆孔時(shí)護(hù)筒口不坍塌并嵌入穩(wěn)定土為原則。6#、7#墩護(hù)筒底標(biāo)高均控制在-2.5m左右。
3、鉆進(jìn)成孔
沖擊鉆孔開孔進(jìn)入護(hù)筒底口時(shí),向孔內(nèi)倒入1:1土石混合物,用小沖程使護(hù)筒至卵碎石層之間形成圓順、堅(jiān)實(shí)的過渡段,進(jìn)入卵碎石層后加入大比重(γ=1.3)高質(zhì)量泥漿和少量水泥。鉆進(jìn)中認(rèn)真研究記錄轉(zhuǎn)速、扭矩及鉆進(jìn)速度三者之間關(guān)系,避免轉(zhuǎn)速超高,對(duì)孔壁沖刷過大,造成塌孔、擴(kuò)孔及刀具嚴(yán)重磨損≤現(xiàn)象;刃口作用于巖石上的時(shí)間太短,硬巖石不易破碎,從而影響進(jìn)尺。
4、水頭控制
為保證孔壁的穩(wěn)定性,在鉆孔作業(yè)中,護(hù)筒內(nèi)泥漿面要保持高出護(hù)筒外水面2~3m,使水頭差始終保持在2m以上。
5、泥漿控制
卵碎石地層泥漿指標(biāo)要求,采用復(fù)合泥漿。用粘土、膨潤土NaOH和CMC調(diào)劑,粘土的塑性指數(shù)大于15,膨潤土為鋼質(zhì)膨潤土,泥漿配比為:水1000kg,粘土200kg,膨潤土100kg CMC1.5 kg, Na2OH 1.5kg。泥漿指標(biāo)要求為:密度1.30~1.45。粘度23~28S,含沙率<4%,失水率<15ml/30min,PH值8-10。
6、鋼筋及聲測管的安裝
鋼筋籠在現(xiàn)場分節(jié)制作,并保證不變形。下鋼筋籠時(shí)保證鋼筋籠位置正確。焊接完畢檢查合格后,用扁擔(dān)吊起吊鋼筋籠,對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心,由操作人員扶持緩慢入孔,防止碰撞孔壁,造成坍孔,一旦發(fā)生骨架被卡下放困難時(shí),應(yīng)稍稍提起骨架并來回轉(zhuǎn)動(dòng),然后慢慢試探入孔,直到鋼筋籠下到設(shè)計(jì)標(biāo)高。6#、7#墩樁長較長,每根樁等距離設(shè)置三根Φ5.7cm×3.5mm聲測管,施工中為確保定位準(zhǔn)確、密封無滲漏、無變形,聲測管與鋼筋籠加強(qiáng)箍筋焊接連成整體。
7、水下砼灌注
鋼筋籠安裝就位后,插入導(dǎo)管進(jìn)行清孔,鉆渣沉淀滿足設(shè)計(jì)要求后開始灌注砼。砼和易性要好,坍落度18~20cm,初凝時(shí)間12小時(shí)以上,保證在初凝時(shí)間內(nèi)灌注完畢。導(dǎo)管口到孔底0.3~0.4m,首批砼導(dǎo)管埋深應(yīng)滿足1m以上,首批砼數(shù)量經(jīng)計(jì)算為11.2m3 ;在灌注前應(yīng)對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行氣密試驗(yàn),符合要求后使用。初灌砼拔球后,可用直徑3~4cm石塊丟入導(dǎo)管內(nèi)聽其回音以判斷導(dǎo)管內(nèi)有無進(jìn)水,如進(jìn)水則應(yīng)立即提高導(dǎo)管清出初灌砼,重新進(jìn)行灌注施工。如灌注時(shí)發(fā)生中斷,應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管埋深,每隔一段時(shí)間少量提升導(dǎo)管,抓緊排除故障;灌注開始后,連續(xù)不斷進(jìn)行,縮短拆除導(dǎo)管時(shí)間,掌握下料速度,不宜太快太猛,以免造成氣堵,每盤砼下料后探測孔內(nèi)砼面標(biāo)高,控制好導(dǎo)管埋深在2~6m范圍,最后一節(jié)導(dǎo)管埋深宜為2~4m,緩緩提出以免夾入泥芯形成空洞;灌注中為防止鋼筋籠上浮,將鋼筋籠頂部與護(hù)筒焊接固定,灌注時(shí)砼面接近鋼筋籠底部時(shí),導(dǎo)管埋深加大,灌注速度減慢以減少?zèng)_擊力。
出現(xiàn)問題及處理方法
1、7#墩塌孔
雖然嚴(yán)格采取了上述一系列技術(shù)措施,但由于地質(zhì)中卵石含量高,層厚深,在成孔過程中無法形成有規(guī)則的孔壁,擴(kuò)孔很大,泥漿無法起到護(hù)壁作用。在施工過程中,有2根樁沖擊鉆鉆至-23至-24m左右坍孔,在成孔過程中均出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿,卵石難以破碎而堵鉆桿、孔壁坍塌現(xiàn)象,成孔概率很低,為解決漏漿嚴(yán)重、易坍孔現(xiàn)象,對(duì)難成樁的特殊地質(zhì)問題進(jìn)行了研究,采取對(duì)地層進(jìn)行鉆小孔注水泥漿加固。
注漿孔鉆孔施工:插打內(nèi)徑10cm壁厚6mm以上的鋼套管至-25m左右,起鉆小孔導(dǎo)向作用,利用JY-500型工程地質(zhì)鉆機(jī)配置金剛石鉆頭和加強(qiáng)鉆桿鉆注漿孔,當(dāng)鉆機(jī)扭矩達(dá)到最大時(shí),停止鉆進(jìn),利用鉆桿先注漿,待水泥漿終凝后再繼續(xù)鉆進(jìn)(注漿后,卵石層不易坍孔、分層注漿可以減少上部已注漿的卵石層對(duì)鉆桿的阻力)直至達(dá)到需要的深度。
注漿施工:選用具有3~5Mpa壓力的注漿機(jī)和3~5m3/h的攪拌機(jī),并配制水泥漿,水灰比為0.6,為方便施工,降低水泥漿注入卵石后的強(qiáng)度,加入適量的膨潤土,摻量為水泥的30%,7天強(qiáng)度為10Mpa左右,注漿時(shí)利用鉆桿從下往上注入水泥漿,水泥漿由鉆頭噴出,注漿量一般為2.0~3.0m3/m。endprint
注漿效果:卵石層注入水泥漿后,使卵石層形成一定強(qiáng)度的結(jié)石體,鉆孔過程中,克服了漏漿、坍孔現(xiàn)象,卵石破碎比例增大,堵管現(xiàn)象減少,擴(kuò)孔率降低30%左右。
2、漏漿與卡鉆
2.1漏漿
卵石含量大,孔隙多,采用常規(guī)泥漿護(hù)壁達(dá)不到目的,直接從孔口拋入整袋的水泥或混合物,濃稠水泥漿液進(jìn)入空隙后靜態(tài)下形成結(jié)石體,達(dá)到護(hù)壁的目的。
2.2卡鉆
原因:換鉆頭時(shí)鉆頭直徑不一,或焊補(bǔ)超限,致使孔小鉆頭大;有十字槽或探頭石等不規(guī)則孔形未及時(shí)處理;鉆頭傾斜等。
處理方法:反復(fù)移動(dòng)鉆頭,使其沿下落軌道拔出;使用千斤頂或滑輪組等辦法施加靜拔力強(qiáng)行提出,萬不得已,在原護(hù)筒外加插一個(gè)大護(hù)筒至鉆頭深度,利用吸泥機(jī)將兩護(hù)筒之間的土層吸凈,然后拔除小護(hù)筒,鉆頭即可輕松拔出。
3、處理砼灌注中的堵管
首先分析堵管的原因,并采取相應(yīng)的措施。常見堵管有以下幾種:
3.1氣堵
主要原因是向?qū)Ч軆?nèi)傾注混凝土?xí)r速度過快,導(dǎo)管內(nèi)空氣不能及時(shí)排出而形成高壓氣囊,從而減小導(dǎo)管底口混凝土壓力,形成了氣堵。
處理辦法。采用傳統(tǒng)的辦法即抖動(dòng)導(dǎo)管將空氣排出或?qū)?dǎo)管提高20厘米后打“pass”,利用混凝土的慣性產(chǎn)生的沖擊力。如以上方法仍不能解決,則可以采用加壓方法處理。
預(yù)防措施:在漏斗與導(dǎo)管間設(shè)計(jì)排氣口,混凝土進(jìn)入導(dǎo)管時(shí)能及時(shí)從漏斗與導(dǎo)管承接口處排出空氣。
3.2 混凝土離析堵管
原因。混凝土和易性不良,保水性和粘聚差,混凝土泌水和離析,即水和水泥漿上浮,粗骨料下沉,導(dǎo)管內(nèi)下部混凝土缺少水泥漿的潤滑而堵管。
處理辦法。此種堵管不宜采用傳統(tǒng)的方法處理,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的方法會(huì)加速水泥漿的上浮和粗骨料的下沉,從而加大導(dǎo)管下部粗骨料的緊固程度。遇到此種堵管應(yīng)立即采用在導(dǎo)管混凝土上施工加壓力處理,通過實(shí)驗(yàn)該方法相當(dāng)成功。
預(yù)防措施:提高混凝土的和易性,在混凝土中摻入粉煤灰、減水劑、緩凝劑等。減少混凝土運(yùn)輸過程中的震動(dòng)、顛簸。加快混凝土的灌注速度,縮短混凝土放置時(shí)間。
結(jié)語
本橋6#、7#號(hào)墩采用沖擊鉆和旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)在超深厚、大料徑、高含量卵石地層中聯(lián)合成孔雖然也出現(xiàn)了許多問題,但為我們?cè)诖祟惖貙鱼@孔樁施工提供了較有價(jià)值的參考。
參考文獻(xiàn):
【1】公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 (JTG/F50-2011)
【2】宋江華:汛后鉆孔灌注樁塌孔等問題的處理。(橋梁建設(shè)2005年第3期)
(作者單位:江蘇東南交通工程咨詢監(jiān)理有限公司)endprint