大直徑樁基兩次成孔法在橋梁基樁中的應(yīng)用

孫建民

1 概述

所謂大直徑樁,按國(guó)內(nèi)外習(xí)慣,往往指樁徑大于80 cm的樁基,多在較硬持力層埋深不大或樁較長(zhǎng)時(shí),為保證其長(zhǎng)徑比L/d不致過(guò)大的情況下采用。

橋梁樁基設(shè)計(jì)中,樁徑在120 cm～150 cm較為多見(jiàn),施工中已有成熟可行的經(jīng)驗(yàn)。但對(duì)于部分大橋中出現(xiàn)的樁徑180 cm,200 cm的大直徑樁基,普遍存在成樁效率低,成孔時(shí)間長(zhǎng),以致加大塌孔的可能等問(wèn)題。

某高速公路施工中,我們根據(jù)工程實(shí)際,通過(guò)試樁施工,采用了兩次成孔法,效果顯著。

2 工程概況

山西某公路工程,雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。其中某大橋,橋長(zhǎng)245 m,橋梁基樁采用樁長(zhǎng) 60 m、樁徑 200 cm的大直徑灌柱樁基礎(chǔ)。

基樁區(qū)域主要地質(zhì)情況為黏土層、黏土與粉細(xì)砂互層,樁底標(biāo)高持力層為粉質(zhì)黏土層。

3 大直徑樁兩次成孔法及現(xiàn)狀分析

3.1 成孔工藝的選擇

橋址所在區(qū)域地下水位約在樁頂標(biāo)高下20 m處,施工采用泥漿護(hù)壁成孔工藝。

同時(shí),考慮設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)、樁徑對(duì)于成孔機(jī)械性能的要求,采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行成孔作業(yè)。

3.2 旋挖鉆機(jī)一次成孔工藝及現(xiàn)狀分析

3.2.1 旋挖鉆機(jī)一次成孔工藝

1)鉆機(jī)就位。首先做好場(chǎng)地的平整,使主機(jī)左右履帶板處于同一水平面上,動(dòng)力頭施工位置朝履帶順直方向布置,調(diào)整好機(jī)身前后左右的水平。同時(shí)將鉆機(jī)桅桿調(diào)整至垂直于孔口的水平面,使鉆頭中心置于護(hù)筒內(nèi)的樁中心位置。2)鉆孔。開(kāi)孔時(shí)將護(hù)筒內(nèi)注入足夠的泥漿(即保證高出地下水1 m～2 m),然后用旋挖鉆斗將孔內(nèi)鉆渣依次挖出,并在成孔中間隨時(shí)補(bǔ)充泥漿,保證護(hù)筒內(nèi)泥漿水頭壓力,安排裝載機(jī)將鉆斗挖出的鉆渣清理到場(chǎng)外。3)清孔。鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)用帶有活門的筒形鉆清理沉渣,即一次清孔。

當(dāng)孔壁泥漿皮沉淀較厚時(shí),可用掃孔鉆頭上下往復(fù),掃刷孔壁。

清孔后提出鉆頭,由質(zhì)量員和工程監(jiān)理進(jìn)行孔徑、孔深、垂直度檢測(cè),驗(yàn)收合格后,移走鉆機(jī),蓋好蓋板,進(jìn)行下道工序施工。

3.2.2 旋挖鉆機(jī)一次成孔現(xiàn)狀分析

1)成孔效率。施工過(guò)程中對(duì)于樁徑2 m的灌注樁,若采用旋挖鉆機(jī)、主要地質(zhì)情況為黏土層、黏土與粉細(xì)砂互層時(shí),成孔效率約為 50 m/d～55 m/d(三班連續(xù)作業(yè))。缺點(diǎn):成孔效率低,成孔作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),有限工期條件下機(jī)械設(shè)備投入量大。2)成孔質(zhì)量控制難點(diǎn)。大直徑、長(zhǎng)樁前提下,成孔過(guò)程中最容易發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題就是鉆孔偏斜和孔壁坍塌。

鉆孔偏斜一般發(fā)生在有傾斜的軟硬地層交界處鉆進(jìn)或鉆出過(guò)程中遇到較大孤石或探頭石時(shí),施工過(guò)程中只要根據(jù)鉆頭鉆進(jìn)速度、鉆具平穩(wěn)狀況等進(jìn)行判斷,然后針對(duì)前一種情況采取低速鉆進(jìn)、隨時(shí)校正鉆桿的垂直度來(lái)預(yù)防,針對(duì)后一種情況,采用巖石鉆頭鉆碎孤石后再正常鉆進(jìn)的方式進(jìn)行處理。但對(duì)于塌孔現(xiàn)象,則明顯與作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)短、設(shè)計(jì)孔壁暴露時(shí)間長(zhǎng)短直接相關(guān)。

3.3 大直徑樁兩次成孔法施工工藝及優(yōu)勢(shì)

3.3.1 旋挖鉆機(jī)兩次成孔工藝

1)初次鉆孔。鉆機(jī)就位后,開(kāi)孔時(shí)將護(hù)筒內(nèi)注入足夠的泥漿(即保證高出地下水1 m～2 m),然后采用直徑1.5 m旋挖鉆頭,按一次成孔的工藝成孔,鉆進(jìn)出渣,并在成孔中間隨時(shí)補(bǔ)充泥漿,保證護(hù)筒內(nèi)泥漿水頭壓力。2)二次成孔。初次成孔至孔底標(biāo)高后,換用直徑2.0 m鉆頭,再次按一次成孔的工藝成孔,重新鉆進(jìn)出渣,至設(shè)計(jì)樁底。3)采用帶有活門的筒式鉆頭清理沉渣,進(jìn)行一次清孔。

3.3.2 大直徑樁兩次成孔法施工優(yōu)勢(shì)

1)采用兩次成孔法的最大優(yōu)勢(shì),就是提高施工效率,在同等工作量、同等工期要求下,可減少設(shè)備投入量,從而提高經(jīng)濟(jì)效益。2)由于提高成孔效率,縮短了孔壁暴露時(shí)間,且只有二次成孔過(guò)程中,才有可能出現(xiàn)塌孔影響,同時(shí),設(shè)計(jì)孔壁暴露時(shí)間縮短至原來(lái)的1/4左右,最大限度地降低了出現(xiàn)塌孔的可能。

4 兩次成孔法與一次成孔法的對(duì)比

4.1 成孔效率

以樁長(zhǎng)60 m,樁徑200 cm的灌注樁為例,若主要地質(zhì)情況為黏土層、黏土與粉細(xì)砂互層的樁基,采用旋挖鉆機(jī)作業(yè)時(shí):一次成孔平均作業(yè)時(shí)間為連續(xù)28 h成孔一個(gè);兩次成孔平均作業(yè)時(shí)間為連續(xù)15 h成孔一個(gè);平均每根樁提高效率 13 h。

4.2 成孔質(zhì)量控制

由于提高成孔效率,且首次成孔后由于孔徑遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)孔徑,設(shè)計(jì)孔壁實(shí)際暴露時(shí)間僅僅為6 h～7 h,為一次成孔孔壁暴露時(shí)間的1/4,也明顯地減少了孔壁坍塌的可能,有力地保證了成孔質(zhì)量。

由于其他原因引起的塌孔,可通過(guò)以下措施預(yù)防:1)由于泥漿指標(biāo)不符合要求,起不到護(hù)壁作用造成的塌孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和地層情況,在基本配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)配試驗(yàn),直到泥漿各種指標(biāo)都符合要求后才能正式施工。施工過(guò)程中,應(yīng)隨時(shí)測(cè)定泥漿的各種指標(biāo),出現(xiàn)偏差,及時(shí)調(diào)整。2)由于鉆具提升、下降速度過(guò)快,沖刷孔壁形成坍孔。同時(shí),在快速上提鉆斗時(shí),在其下方可能產(chǎn)生負(fù)壓,而導(dǎo)致孔壁坍塌。施工中應(yīng)按孔徑大小及土質(zhì)情況來(lái)調(diào)整鉆斗的升降速度。3)由于鉆進(jìn)流砂、軟塑淤泥質(zhì)土層或松散砂層等易塌孔地層進(jìn)尺太快,孔壁來(lái)不及形成泥膜,造成塌孔。根據(jù)不同的地層采用不同的鉆速,一般黏土層,每鉆進(jìn)尺50 cm左右,在松散砂礫、砂層中鉆進(jìn)時(shí),每鉆進(jìn)尺35 cm左右,并適當(dāng)加大泥漿密度。

5 施工成果

1)目前,該樁基工程已交工驗(yàn)收,現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求。2)兩次成孔經(jīng)驗(yàn)已被本項(xiàng)目其他標(biāo)段施工過(guò)程中借鑒采用,效果良好。

6 結(jié)語(yǔ)

我們采用以上所述的樁基兩次成孔法,成功地進(jìn)行了超大直徑樁基工程的成孔作業(yè),實(shí)現(xiàn)了橋梁樁基施工的高效、優(yōu)質(zhì)、安全可靠的施工目標(biāo),取得了很好的施工效果。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 《樁基工程手冊(cè)》編寫委員會(huì).樁基工程手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3] 呼延鋒.旋挖成孔灌注樁施工[J].山西建筑,2009,35(21):124-125.