趙國英

摘要：依托雄忻高鐵五臺山機場特大橋樁基施工，針對跨滹沱河連續(xù)梁大直徑深孔樁在粉、砂類地質環(huán)境中的施工以及施工過程中所存在的問題，闡述樁基礎施工方法，并對其進行對比及總結，通過對鉆孔灌注樁的施工工藝對比、調(diào)整護筒長度、問題處理等相關施工成孔技術的歸納，確保施工效率和施工質量，從而為此類地質下大直徑深孔樁基礎施工提供參考。

關鍵詞：橋梁工程；大直徑深孔樁；粉、砂類地質；成孔技術

1? ?工程概況

五臺山機場特大橋全長28569.92m，含雙線簡支箱梁837榀，涉及跨越既有公路、鐵路、河流等特殊結構7處，主要施工內(nèi)容為橋梁轉體、支架及懸臂澆筑。其中跨滹沱河處采用（60+100+60）m雙線連續(xù)箱梁懸臂澆筑。

2? ?鉆孔施工技術要點

2.1? ?施工準備

根據(jù)平面控制網(wǎng)及高程控制網(wǎng)，對測量基準點進行加密布置，確保施工所用基準點的準確性和便捷性。整平、壓實施工現(xiàn)場，根據(jù)現(xiàn)場地質條件及有無地表水等情況，采用機械對施工作業(yè)所需范圍內(nèi)場地進行平整，使其滿足壓實標準。

施工范圍內(nèi)作業(yè)功能區(qū)，按照標準化施工要求劃分，進行三級技術交底，針對不同的地質嚴格要求泥漿制備及施工指標。準備施工現(xiàn)場所需發(fā)電機、電焊機、泥漿分離器、泥漿泵、水泵、枕木等各類設備及工具。

2.2? ?護筒埋設

本工程鋼護筒采用1cm厚鋼板制作，護筒直徑大于樁徑20cm（樁直徑2.2m），結合現(xiàn)場要求，護筒需深入設計樁頂50cm，地面外露50cm，故按照11～12m制作，或制作為標準節(jié)段現(xiàn)場焊接。測放樁位中心，埋設護筒，控制護筒傾斜度≤1%，施作“十字”護樁，隨時復測。

2.3? ?制備泥漿

選合適位置放置成品鋼制泥漿箱，減少泥漿對環(huán)境的污染。泥漿一次儲存量為1.5倍單孔容量。常用泥漿為膨潤土參加外加劑配制，特殊地質可采用化學泥漿進行成孔作業(yè)。泥漿的配制應在符合規(guī)范指標要求的同時滿足現(xiàn)場施工，突出泥漿的護壁效果[1]。

2.4? ?鉆孔作業(yè)

鉆進前調(diào)整鉆機，使鉆桿中心與樁位對正，呈現(xiàn)豎直狀態(tài)。開始鉆孔時應低壓、慢鉆，以確保孔壁上部形成泥皮，達到泥漿護壁效果。鉆進過程中按照18～22r/min進行均勻鉆進，且鉆桿提升時應緩慢，同時保證鉆進時泥漿液面高度，減少鉆頭在升降過程中擾動孔壁。鉆至設計孔底深度附近時降低鉆進速度，控制樁基超鉆。鉆進過程中，根據(jù)鉆進深度及地質情況及時留取渣樣[2]。

2.5? ?清孔作業(yè)

成孔后請監(jiān)理單位對孔型、孔經(jīng)、孔深、傾斜度進行驗收，驗收完成后采用泥漿置換法對成孔作業(yè)泥漿進行置換，確保置換后的泥漿指標滿足規(guī)范及設計要求。

2.6? ?鋼筋籠的制作與吊裝

2.6.1? ?鋼筋籠制作

樁基礎所用鋼筋籠均為廠內(nèi)集中加工，加工前針對樁長對鋼筋籠下料長度進行合理規(guī)劃，以使原材最大化利用。對于連續(xù)梁鋼筋籠的焊接，盡量在廠內(nèi)焊接為成品大節(jié)段，以減少孔內(nèi)焊接作業(yè)時間?？v向鋼筋接頭采用同軸雙面焊接，并按批次進行定量抽檢，保證鋼筋籠焊接質量。一般采用隨車起重機進行鋼筋籠吊裝、運輸，針對特殊孔跨大節(jié)段鋼筋籠，應設計專用炮車進行運輸，以減少成品鋼筋籠的變形[3]。

2.6.2? ?鋼筋籠安裝

鋼筋籠的安裝主要為人工配合機械進行吊裝，現(xiàn)場采用汽車起重機對鋼筋籠采取三點起吊，以防止發(fā)生較大變形。鋼筋籠進行孔口焊接時采用穿筋撐杠，固定于護筒兩側的方形枕木之上，孔口在護筒安裝后進行夯實整平。枕木主要用于鋼筋籠孔口焊接和灌注混凝土時對鋼筋籠進行固定，相較于放置于護筒上，可有效確保鋼筋籠的穩(wěn)定性。

2.7? ?混凝土灌注

2.7.1? ?導管選取與安裝

常用的導管連接方式主要為搭接式、法蘭式、卡箍式，為了實現(xiàn)快速安裝，現(xiàn)場導管采用繩卡式連接方式，其較其他傳統(tǒng)方法更為便捷、快速。導管直徑應不小于300mm，同時可根據(jù)現(xiàn)場情況進行導管定制。導管安裝后進行水密承壓試驗，以確保導管能夠承受在混凝土灌注過程所形成的負壓力[4]。

2.7.2? ?混凝土灌注

混凝土灌注時配置不小于3m3混凝土料斗?；炷灵_始灌注時不停歇補充料斗內(nèi)混凝土，使混凝土連續(xù)灌注不小于7.96m3，保證混凝土首封成功，且導管埋深不小于1m。灌注過程中不斷測量導管長度與混凝土頂面高程，確保導管不被超拔、不埋置過深。樁基超灌不得少于80cm且不小于設計要求。

3? ?施工常見問題及處理

3.1? ?卡鉆

3.1.1? ?原因分析

粉土中砂類顆粒含量較高，其地質及力學特征接近于砂土性質。其黏性土顆粒含量較高時，其地質及力學特征接近于黏土性質，因此具有砂土和黏性土的雙重特性。鉆頭進入黏土層時，其鉆頭上下范圍段落地質主要呈現(xiàn)黏土性質，通過土體內(nèi)部結合水作用呈現(xiàn)軟塑狀態(tài)。大直徑深樁基礎底部孔壁外部壓力大，且由于孔徑較大孔壁穩(wěn)定性差，導致其形成初步孔壁縮徑。

鉆頭與孔壁粉土（體現(xiàn)黏土性質）及黏土摩擦力增大的同時，進一步形成封閉界面。加之操作手施工經(jīng)驗不足，暫停之后急于提升鉆頭，導致鉆頭下方形成壓力差，即會發(fā)生黏吸卡鉆現(xiàn)象。發(fā)生卡鉆后由于現(xiàn)場處理不及時，機械對孔內(nèi)土體擾動時間長，造成孔內(nèi)局部坍塌。長時間泥漿未循環(huán)引發(fā)沉砂、鉆頭上部覆土，最終導致鉆機無法轉動和提升[5]。

3.1.2? ?處理措施

根據(jù)現(xiàn)場情況，在既有孔內(nèi)下放導管，利用氣舉反循環(huán)原理進行覆土清除及泥漿護壁。但清孔效果不佳，且伴隨局部小型塌孔。

重新測定泥漿指標，具體指標如下：泥漿比重為1.24g/cm3，含砂率為0.5%，粘度為24s。循環(huán)泥漿漿液，同時在泥漿中增加纖維素、石灰粉進行調(diào)整，以減少泥漿含水率，增強泥漿整體穩(wěn)定性。經(jīng)過調(diào)整泥漿比重為1.29g/cm3，含砂率為0.3%，粘度為30s。

調(diào)整泥漿后，采用正循環(huán)進行鉆頭頂部覆土清理。清理過程中孔內(nèi)孔壁穩(wěn)定性較好，未發(fā)生新的塌孔，但整體施工速度較慢?，F(xiàn)場研究，決定采用正循環(huán)和氣舉反循環(huán)同時進行清孔。此次兩種方式的結合帶來了很好的清孔效果，通過不斷清孔，完成鉆頭頂部覆土清理。

此時鉆頭雖能轉動，但仍無法提起鉆桿。采用500t起重機配合鉆機進行提鉆，效果仍不理想。通過分析認為，無法提鉆仍存在上下空間壓力差?，F(xiàn)場在氣舉反循環(huán)的導管端部增設圓形鋼筋導向環(huán)，通過進一步循環(huán)鉆進，清理鉆頭周邊土體，。持續(xù)3h后鉆機恢復正常轉動和升降功能。

3.1.3? ?預防措施

滿足規(guī)范要求的同時，對泥漿指標進行模擬試驗。在指定壓力狀態(tài)下確定泥漿的比重、黏度、PH值、泥皮厚度及失水量，進而在原有基礎之上突破規(guī)范取值范圍，尋求與地層相適應的合理泥漿指標，增加泥漿整體穩(wěn)定性、護壁能力的同時，提升其懸浮砂粒的能力，減緩沉砂速度。在粉、砂土質下進行大直徑深孔樁鉆孔過程中，需不?；顒鱼@具，防止沉砂過快產(chǎn)生卡鉆。同時減慢該地層中的鉆進速度，在鉆頭產(chǎn)生輕微阻力時緩慢轉動，對孔壁進行上下掃孔，避免形成黏性吸鉆。

旋挖鉆在黏土質粉土中鉆進時，要充分考慮地層段縮徑現(xiàn)象，通過增大泥漿比重調(diào)整孔內(nèi)壓力，同時每鉆進一段進行一段掃孔作業(yè)，確保施工孔徑。

3.2? ?孔口或孔壁溜塌

3.2.1? ?原因分析

孔口或孔壁溜塌的原因如下：一是樁基處于地表水及地下水位較高地質時，孔外靜水壓力較大，由于孔內(nèi)泥漿比重和泥漿水頭高度不足，造成孔壁內(nèi)外壓差，導致孔口或孔壁坍塌。二是由于初始鉆進速度過快，泥皮厚度不足，未能形成有效護壁效果，造成粉、砂層地質滲水較大，導致孔壁溜塌。三是孔口周邊布置不合理，大型機械振動干擾大。四是鉆機操作不當和鋼筋籠對地層擾動較大，孔壁發(fā)生坍塌。

3.2.2? ?處理及預防措施

合理規(guī)劃場地布置，重型機械及較大動荷載遠離樁基礎布置。在粉、砂地質中增加護筒防護長度，或采用護筒嵌套施工，同時對護筒周邊填土進行夯實和防水處理。合理調(diào)配泥漿，滿足規(guī)范要求的同時，針對地質特點調(diào)整泥漿指標，適當突破規(guī)范值范圍。及時補充孔內(nèi)泥漿水頭高度，確?？變?nèi)壓力。

孔口作業(yè)時，放慢鉆進速度，反復旋轉鉆頭，確保泥皮厚度，以保證孔口護壁效果。減少鉆機升降和鋼筋籠下放時對孔壁的碰撞和擾動，同時做好資源調(diào)配工作，縮短工序時間。

3.3? ?導管混凝土堵塞

3.3.1? ?原因分析

導管混凝土堵塞的原因如下：導管距孔底的距離過小，混凝土無法順利上翻，導致混凝土堵塞導管。灌注作業(yè)時，導管長時間未進行上拔取節(jié)，導致埋深過大，導管內(nèi)混凝土無法壓入孔內(nèi)，造成堵管?；炷潦┕づ浜媳任催M行合理調(diào)控，材料質量參差不齊，導致混凝土和易性差，流動性小，現(xiàn)場灌注時混凝土離析。大直徑深樁未清孔或未進行泥漿置換，灌注作業(yè)時泥漿比重過大，混凝土壓力不足無法壓入?？卓谔幍目諛遁^長，導管內(nèi)外壓力差較大，混凝土體量不足以上浮泥漿，造成導管堵塞。導管接口密封不嚴，管內(nèi)進入泥漿，混凝土發(fā)生離析，產(chǎn)生堵管。

3.3.2? ?處理及預防措施

作業(yè)前對導管進行水密承壓試驗，合格后進行混凝土灌注。導管安裝時檢查安裝效果，同時根據(jù)實測孔深計算導管安裝長度，確保導管底部距離孔底距離不小于0.3m且不宜超過0.5m。灌注作業(yè)時，及時進行混凝土頂面量測，計算導管埋置深度，及時進行導管提升和取節(jié)。首封混凝土導管埋深不小于1m，正常灌注段落保持導管埋深2～6m，特殊情況不得超過8m。施工過程中嚴控混凝土原材料質量，同時及時完成班前原材料檢測，動態(tài)調(diào)整施工配合比，確保混凝土施工和易性差，保證混凝土質量。成孔完畢后，根據(jù)地質情況及時進行清空作業(yè)，確保泥漿比重不影響混凝土灌注，同時計算空樁范圍內(nèi)泥漿壓力，適當提高樁頭高度。

3.4? ?導管卡死

3.4.1? ?原因分析

導管卡死原因如下：樁基深度較大，導管安裝不平順，導管傾斜后與鋼筋籠卡死。進行灌注作業(yè)時，長時間未進行拔管，導管埋深較大。

3.4.2? ?處理及預防措施

鋼筋籠安裝要定位準確，導管安裝時檢查安裝效果，確保導管安裝緊固、豎直、居中。灌注作業(yè)時，及時進行導管埋設深度計算，正常灌注段落保持導管埋深2～6m，特殊情況不超過8m，同時在作業(yè)過程中小幅度抽拔導管。大直徑深樁施工前優(yōu)化資源配置，保證混凝土供應速度，縮短澆筑作業(yè)時間。

3.5? ?縮徑

3.5.1? ?原因分析

粉、砂類樁基縮徑問題主要發(fā)生在粉質地層，粉土本身具有黏土性質，在一定的條件下產(chǎn)生較大的塑性變形。當孔內(nèi)泥漿比重不足以抵抗孔外土體壓力，且成孔時間較長時，土體膨脹便發(fā)生縮徑。

3.5.2? ?處理及預防措施

調(diào)配泥漿指標，增加泥漿泥皮厚度，同時增大泥漿比重，加大孔內(nèi)壓力。鉆進作業(yè)時對縮徑地層段進行反復掃孔，確保孔徑。各工序間銜接有序，縮短樁基作業(yè)時間。

3.6? ?斷樁

3.6.1? ?原因分析

斷樁的原因如下：混凝土施工配合比不準確，混凝土質量不穩(wěn)定?；炷另斆鏈y量不準確，導管埋深計算錯誤，導管拔出混凝土面?；炷凉嘧⑦^程中，發(fā)生孔內(nèi)局部坍塌，土體進入混凝土內(nèi)部形成斷樁。

3.6.2? ?處理及預防措施

動態(tài)監(jiān)測混凝土原材料試驗指標，及時調(diào)整混凝土施工配合比，提高混凝土拌和質量，確?，F(xiàn)場混凝土有良好的施工和易性。灌注混凝土設專人帶班作業(yè)，準確測量混凝土頂面深度，準確計算導管埋置深度，控制拔管長度。控制清空后泥漿指標和泥漿水頭高度，確?？變?nèi)壓力?？s短成孔、鋼筋籠安裝及混凝土灌注作業(yè)時間。

4? ?結束語

應用旋挖鉆能夠快速完成粉、砂類地質中的大直徑深孔樁基成孔作業(yè)。粉、砂類地質中大直徑深孔樁，對于泥漿指標要求較高，施工時除了滿足規(guī)范要求外，還應通過試樁或模擬試驗適當調(diào)整泥漿指標，確保粉、砂類地層中形成較厚的泥皮，減少失水。同時可通過纖維素等外加材料，提高泥漿膠體率和其穩(wěn)定性。對于粉、砂類地質發(fā)生的埋鉆問題，可采用小型正循環(huán)鉆機配合氣舉反循環(huán)能夠有效完成孔內(nèi)覆土清理。對于大直徑深孔樁在粉、砂類地質中的施工，必須從管理上高度重視，優(yōu)化設計方案，做好技術培訓工作，配足資源儲備，緊密銜接工序，縮短各個工作時間，從而快速完成大直徑深孔樁的灌注施工，減少長時間作業(yè)帶來的各種施工風險。

參考文獻

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