許秀明 王一龍

（中國(guó)機(jī)械工業(yè)建設(shè)集團(tuán)有限公司廣東分公司，廣東 廣州 510663）

細(xì)砂層具有黏粒含量少、粒間黏聚力小及土體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等特點(diǎn)，在樁基施工時(shí)易出現(xiàn)縮徑、坍塌、孔底沉渣過厚等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)埋鉆、埋管、樁長(zhǎng)不足、樁身夾砂等施工事故。該文通過對(duì)厚細(xì)砂層正循環(huán)鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制要點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格把控，保證樁基施工質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程背景

遵寶線改建工程SG2 標(biāo)位于河北省唐山市玉田縣境內(nèi)，路線在K11+662.5 處跨越小河口二排干渠設(shè)中橋1座（起點(diǎn)樁號(hào)K11+639.97，終點(diǎn)樁號(hào)K11+685.03），全長(zhǎng)45.06m，右前交角110°，橋型布置為3×13 一聯(lián)裝配式預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支T 梁。橋梁采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為1.3m，樁長(zhǎng)為31m～35m，設(shè)計(jì)均為摩擦樁且位于河床內(nèi)。

根據(jù)地勘報(bào)告顯示：橋區(qū)場(chǎng)地地質(zhì)情況復(fù)雜，從上至下大致分布為雜填土（雜色，稍濕，松散，工程性質(zhì)不均勻）、粉質(zhì)黏土（灰褐色，孔隙比0.625～0.778，液性指數(shù)0.31～0.44，可塑，中壓縮性土，工程性質(zhì)一般）、細(xì)砂（暗黃色，中密，工程性質(zhì)較好）、粉質(zhì)黏土（黃褐色，孔隙比0.673～0.722，液性指數(shù)0.10～0.28，硬塑，中壓縮性土），地質(zhì)呈層狀分布，局部細(xì)砂層厚度達(dá)15m 以上且地下水資源豐富，給樁基施工帶來非常大的難度。

2 鉆機(jī)選擇及平臺(tái)施工技術(shù)控制要點(diǎn)

2.1 鉆機(jī)選擇

結(jié)合橋區(qū)地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，常規(guī)的鉆孔工藝要穿過15m 厚的細(xì)砂層，極易發(fā)生塌孔、縮徑現(xiàn)象，無法確保樁基施工質(zhì)量。經(jīng)項(xiàng)目技術(shù)人員綜合考慮和技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，擬定了正循環(huán)鉆孔灌注法的施工方法，其主要優(yōu)勢(shì)在于泥漿經(jīng)泥漿泵以高壓形式從泥漿池快速輸進(jìn)鉆桿內(nèi)腔，經(jīng)鉆頭出漿口射出，在鉆進(jìn)過程中對(duì)細(xì)砂層位置進(jìn)行及時(shí)護(hù)壁，有效抑制塌孔、縮徑現(xiàn)象[1]。

2.2 鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)施工

通過橋區(qū)地形、地貌及水文條件調(diào)查分析得知，二排干渠為汛期農(nóng)田的排水集水溝渠，水面平靜，流水方向不明（由上下游集水量決定），平均水深3.0m。橋區(qū)永久征地范圍有限，紅線外為農(nóng)田，臨時(shí)占地難度大。綜上所述，最終確定采用人工裝砂袋和鋪設(shè)雙層防水土工布的方法在橋區(qū)上下游設(shè)置圍堰。

同時(shí)，考慮最不利因素，在圍堰頂部設(shè)直徑600mm 的聯(lián)通器管道，保證汛期水流通過。圍堰施工完成后，采用大功率水泵抽水，清除淤泥及雜物，分層回填夯實(shí)素土至樁頂標(biāo)高2.0m 處，且在洪水位1.2m 以上的位置搭建鉆機(jī)施工平臺(tái)。

3 厚細(xì)砂層中鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制要點(diǎn)

二排干中橋樁基采取正循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆孔灌注法，其施工方法如圖1所示。

圖1 鉆孔灌注樁（正循環(huán)）施工流程圖

3.1 施工準(zhǔn)備

樁基施工前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整處理，在樁基側(cè)旁設(shè)置沉淀池并內(nèi)套鋼套箱，防止鉆孔產(chǎn)生的廢漿污染環(huán)境，同時(shí)，通過設(shè)置制漿池、循環(huán)池及凈化處理系統(tǒng)達(dá)到泥漿重復(fù)使用和環(huán)保要求。泥漿循環(huán)順序如下：泥漿制備→泥漿池→樁孔→泥漿槽→沉淀池→儲(chǔ)漿池→樁孔。正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)前，選用膨脹土在樁孔外儲(chǔ)漿池內(nèi)攪拌成泥漿后使用，分別設(shè)置泥漿沉淀池和循環(huán)池。在鉆進(jìn)過程中，產(chǎn)生的鉆碴隨泥漿從孔內(nèi)流入沉淀池，經(jīng)沉淀后再返回孔內(nèi)，形成循環(huán)沉淀凈化。

3.2 測(cè)量定位

基準(zhǔn)點(diǎn)必須澆筑砼固定牢靠，并采用保護(hù)裝置。采用全站儀坐標(biāo)法對(duì)樁的中心位置進(jìn)行放樣，用直徑12cm、長(zhǎng)度35cm～40cm 鋼筋打入地面30cm 作為樁的中心點(diǎn)，保證樁位準(zhǔn)確。從絕對(duì)標(biāo)高點(diǎn)引入臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)采用米字拴樁，確保能快速、準(zhǔn)確地恢復(fù)樁位，測(cè)定護(hù)筒口標(biāo)高，并進(jìn)行測(cè)量記錄。

3.3 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒是保護(hù)樁基周圍土體，防止土層的滑動(dòng)和塌方的必要措施，也是保證鉆孔后的空間尺寸精準(zhǔn)和安裝基準(zhǔn)面水平的基準(zhǔn)面。

護(hù)筒是由厚10mm 的鋼板卷制而成的，直徑比樁徑大0.2m，防護(hù)長(zhǎng)度不小于2.0m，上、下口焊接加強(qiáng)筋和吊環(huán)以便在樁基施工結(jié)束后拔出。測(cè)量定位后做好護(hù)樁布控，確定樁位、護(hù)筒位置，挖出底面直徑比護(hù)筒大40cm 的圓坑。護(hù)筒采用十字定位法埋設(shè)，即在距離樁基1m～1.2m 處呈垂直方向埋設(shè)四個(gè)護(hù)樁，用回交的方法確定樁中心，護(hù)樁埋深≥0.5m，確保牢固。護(hù)筒頂口高出地面約30cm，周圍通過黏土分層夯實(shí)來確保護(hù)筒埋設(shè)牢固。整個(gè)護(hù)筒埋設(shè)由現(xiàn)場(chǎng)施工員和測(cè)量員共同負(fù)責(zé)，確保其中軸線與樁位中心線偏差≤5cm。

為確保鉆機(jī)垂直作業(yè)，護(hù)筒在豎直方向的傾斜度不大于1%。同時(shí)泥漿儲(chǔ)存要高于地下水位，確?？變?nèi)頂部土層不因鉆桿反復(fù)上下升降、機(jī)身振動(dòng)而坍孔。

3.4 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)安裝就位時(shí)，用鉆頭尖對(duì)準(zhǔn)樁中心，偏差≤2.0cm；同時(shí)，調(diào)整鉆機(jī)，保證主鉆桿垂直地面，垂直度偏差＜1%。

3.5 鉆孔

選取不同的泥漿密度做試樁得到以下試驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)泥漿密度控制在1.25g/cm3以下時(shí)，出現(xiàn)明顯縮孔現(xiàn)象；當(dāng)泥漿密度控制在1.25g/cm3～1.35g/cm3時(shí)，護(hù)壁固孔效果較好，但砂率過大，檢測(cè)達(dá)到22%，10min 沉淀厚度為85cm；當(dāng)泥漿密度控制在1.35g/cm3～1.45g/cm3時(shí)，護(hù)壁固孔懸渣效果好，砂率為8%，10min 沉淀厚度為5cm～10cm,能夠安全地進(jìn)行細(xì)砂層鉆進(jìn)。綜上所述，選擇泥漿性能參數(shù)：泥漿密度1.40（±0.05）g/cm3，黏度25Pa·s～30Pa·s，含砂率≤10%。

鉆孔：綜合考慮地質(zhì)情況及成孔條件，采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方式來成孔。為增加鉆頭在孔底回轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，鉆頭選用梳齒形刀頭，鉆桿安裝導(dǎo)向鋼絲繩并在鉆頭上部帶扶正器，確保鉆孔垂直，鉆進(jìn)平穩(wěn)，孔壁完整。

鉆進(jìn)時(shí)，主要技術(shù)參數(shù)控制范圍：鉆壓為6kN～15kN、轉(zhuǎn)速為40r/min～124r/min、泵量為600L/min～1200L/min。因此，為確保鉆孔質(zhì)量，鉆機(jī)速度由土層性質(zhì)來決定，要定期打撈鉆渣，通過渣樣結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告來確定實(shí)際地質(zhì)情況，從而選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)，提高工效。為避免或減少偏（斜）孔、彎（擴(kuò)）孔等現(xiàn)象發(fā)生，要確?？椎壮惺艿你@壓不超過鉆桿、鉆頭、壓重總量的80%。

在細(xì)砂層鉆孔的過程中，基座的平穩(wěn)、鉆桿的擺幅、鉆機(jī)震動(dòng)等尤為重要，一旦發(fā)現(xiàn)有偏差要予以修正，防止斜孔。同時(shí)，開鉆時(shí)要輕壓慢轉(zhuǎn)，將鉆進(jìn)速度控制在5m/h以內(nèi)（細(xì)砂層中鉆進(jìn)速度控制在2m/h～3m/h），在終孔前，要放慢鉆進(jìn)速度以便排出鉆屑，減少孔底沉渣。鉆孔時(shí)，由于受地層覆蓋土壓力的作用使自由面易產(chǎn)生變形，可通過選用不同的泥漿性能參數(shù)來平衡地層的側(cè)壓力，用以抑制孔壁的縮頸、坍塌以及有效地懸浮鉆渣。

需要特別注意的是，每鉆進(jìn)2m 或遇地層變化時(shí)須撈取鉆渣，確定土質(zhì)并做好記錄，及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)。為確保孔徑直徑和垂直度符合要求，每進(jìn)尺5m～8m 要檢查鉆具的磨損情況及孔的豎直度，一旦發(fā)生偏差隨時(shí)調(diào)整。

3.6 檢孔和清孔

鉆孔深度到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，評(píng)定持力層鑒定和樁尖持力層情況。標(biāo)記深度，取出樁尖位置鉆渣，與地質(zhì)鉆探的巖樣相對(duì)照，并請(qǐng)勘探單位確認(rèn)，以驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)要求。例如測(cè)得的孔徑、垂直度、孔壁穩(wěn)定性、樁端巖樣和回淤等監(jiān)測(cè)指標(biāo)不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，必須改進(jìn)施工工藝，擬定補(bǔ)救措施。經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)孔合格后，采用換漿法進(jìn)行清孔。為防止坍孔，清孔時(shí)保持孔內(nèi)水頭。清孔后的泥漿指標(biāo)滿足下列要求，保證樁基成孔灌注質(zhì)量[1]。泥漿密度1.30g/cm3 ～1.35g/cm3，黏度20Pa·s～24Pa·s，含砂率≤6%，膠體率≥98%。

將樁底沉渣厚度嚴(yán)格控制在50mm 以下，否則繼續(xù)清孔，直至滿足要求。清孔取樣時(shí)分別從從頂、中、底進(jìn)行，以平均值為準(zhǔn)。鉆孔樁基允許誤差見表1。

表1 鉆孔樁允許誤差表

3.7 鋼筋籠制作與安裝

樁基所用的鋼筋規(guī)格、型號(hào)、尺寸必須符合設(shè)計(jì)，預(yù)制時(shí)采用焊接，可分多節(jié)制作，安放時(shí)現(xiàn)場(chǎng)電焊拼接，要求主筋中心線順直，相鄰鋼筋焊接位置按規(guī)范要求錯(cuò)位，錯(cuò)位長(zhǎng)度不小于75cm；鋼筋籠每2m 設(shè)置一道加強(qiáng)筋，主筋與加強(qiáng)筋應(yīng)電焊連接以提高鋼筋籠剛度；螺旋筋與主筋間點(diǎn)焊連接數(shù)不少于總數(shù)的25%。相鄰焊接點(diǎn)應(yīng)錯(cuò)位、均勻布置，其他接點(diǎn)可采用鋼絲綁扎；導(dǎo)向鋼筋每4m 設(shè)置一道，與主筋電焊連接，每組4 個(gè)，沿周長(zhǎng)等分布置，相鄰兩組按45°錯(cuò)位。同一截面的主筋接頭率≤0%。鋼筋籠制作偏差見表2。

表2 鋼筋籠制作偏差值

鋼筋籠在人工扶持下緩緩落入孔內(nèi)安放，如果遇到障礙，要及時(shí)探明原因并處理后才可以繼續(xù)操作。嚴(yán)禁高起猛落、碰撞和強(qiáng)行下放。入孔時(shí)，鋼筋籠上不得有泥土和雜物，有變形或移位的箍筋須修復(fù)后進(jìn)行。鋼筋籠下放設(shè)計(jì)標(biāo)高后，為確保定位準(zhǔn)確，鋼筋籠籠底標(biāo)高以及錨固長(zhǎng)度，避免鋼筋籠下沉和灌注砼時(shí)上浮，使用吊筋與孔口固定，吊筋長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算確定。鋼筋籠定位必須準(zhǔn)確，可采用護(hù)樁進(jìn)行位置校核，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正，在灌注砼過程中確保鋼筋籠不變位。

3.8 導(dǎo)管安裝

導(dǎo)管采用Φ30cm 導(dǎo)管，絲扣連接，接頭處加設(shè)橡膠“O”形墊圈。

導(dǎo)管安放前，必須提前對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行水密、接頭抗拉試驗(yàn)，便于成孔后及時(shí)灌注，防止長(zhǎng)時(shí)間停留而出現(xiàn)其他質(zhì)量問題。下放時(shí)，導(dǎo)管必須居中，螺旋接口要旋緊，防止在砼灌注過程中脫落，下口距孔底約300mm～500mm。同時(shí)，記錄導(dǎo)管安裝的順序，以便于導(dǎo)管有序拆除。

3.9 灌注水下砼

砼灌注前須再次檢測(cè)孔底沉渣厚度，當(dāng)大于5cm 時(shí)須進(jìn)行二次清孔，直至符合設(shè)計(jì)要求。

灌注所用的貯料斗要求吊裝方便，開啟靈活，操作簡(jiǎn)單，不漏漿，同時(shí)灌注前要檢查隔水栓距漿表面高度是否在30cm 左右，過球是否方便，鐵絲固定端是否牢靠，導(dǎo)線裝置是否穩(wěn)定等，其容積≥計(jì)算首批砼體積。上述全部檢查合格后，可進(jìn)行首批砼的灌注。

砼灌注采用提升導(dǎo)管法，砼在攪拌站集中生產(chǎn)，罐車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。首批砼的方量滿足導(dǎo)管初次埋深≥1m 和填充導(dǎo)管底部間隙的需要。在灌筑過程中，先往貯料斗中儲(chǔ)存一盤砂漿，然后再倒入砼，放開隔水栓使砼向孔底落下。砼灌注要連續(xù)進(jìn)行，隨著孔內(nèi)砼高度不斷增加，導(dǎo)管相應(yīng)地提升和拆除，直至砼灌注完畢。

當(dāng)灌筑水下砼時(shí)注意以下5 點(diǎn)：1）貯料斗頂端高出樁頂3m 以上，確保管內(nèi)砼能滿足樁頂超灌0.8m 以上。2）砼灌注一旦開始要連續(xù)進(jìn)行，并盡可能地縮短導(dǎo)管拆除的間隔時(shí)間，整體灌注時(shí)長(zhǎng)不超過首批砼的初凝時(shí)間。當(dāng)灌筑接近鋼筋籠骨架時(shí)，放緩速度，減少對(duì)鋼筋籠的沖擊防止上浮。3）在灌注過程中要經(jīng)常探明孔內(nèi)砼面位置，及時(shí)將導(dǎo)管埋深控制在2m～6m，避免埋深過淺導(dǎo)致導(dǎo)管撥離砼面而出現(xiàn)斷樁或過深導(dǎo)致導(dǎo)管無法撥出而出現(xiàn)斷樁等不利情況發(fā)生。4）嚴(yán)控砼的材料參數(shù)，粗骨料≦40mm，水灰比在0.45 左右，坍落度在18cm～20cm；嚴(yán)控砼的配比，設(shè)計(jì)時(shí)將標(biāo)號(hào)提高20%，并加入適量緩凝劑，初凝時(shí)間≧6h，可適當(dāng)提高含砂率（宜采用40%～50%），提高砼的和易性。5）在厚細(xì)砂層中，最后水下砼灌筑在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高上增灌1.5m，以便鑿除樁頂浮漿或松動(dòng)層后，保證與承臺(tái)或柱之間的聯(lián)接部分的砼質(zhì)量[3-4]。6）在砼灌注過程中，每根樁至少做2 組抗壓試件。

擬定的橋梁樁基成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：1）孔徑≥設(shè)計(jì)樁徑（1.3m）。2）孔的中心位置偏差≤50mm。3）傾斜度＜1%；孔內(nèi)沉渣厚度≤5cm。4）孔深比設(shè)計(jì)深度超深≥5cm。

4 結(jié)論

在厚細(xì)砂層樁基鉆孔施工中，施工平臺(tái)的搭設(shè)、鉆機(jī)合理選擇、鉆進(jìn)成孔以及澆筑水下砼等各項(xiàng)施工技術(shù)要點(diǎn)，必須嚴(yán)格控制才能確保橋梁樁基的施工質(zhì)量和進(jìn)度。尤其是鉆孔時(shí)泥漿指標(biāo)泥漿密度控制在1.40（±0.05）g/cm3，黏度25Pa·s～30Pa·s，含砂率≤10%，能夠有效地護(hù)壁、固孔、懸渣，防止細(xì)砂層鉆孔縮徑；終孔后泥漿密度控制在1.30g/cm3～1.35g/cm3，黏度20Pa·s～24Pa·s，含砂率≤6%，水下砼在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高上增灌1.5m，確保樁基灌注質(zhì)量。二排干中橋共16 根樁基經(jīng)唐山交通建設(shè)檢測(cè)中心進(jìn)行小應(yīng)變檢測(cè)均為I 類樁。希望對(duì)中小型橋梁場(chǎng)地受限，地質(zhì)條件復(fù)雜的厚細(xì)砂層條件有水樁基施工，在修筑圍堰及平臺(tái)、鉆孔及終孔、澆筑水下砼等各項(xiàng)技術(shù)控制要點(diǎn)提供參考。