灘涂區(qū)鉆孔樁施工事故原因分析及處理

朱夢(mèng)君 梁恒昌

1 工程概況

杭州灣跨海大橋全長(zhǎng)36 km,總投資118億元,建設(shè)工期約6年。大橋南引橋?yàn)┩繀^(qū)設(shè)計(jì)為50 m跨徑連續(xù)梁,鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁徑為4φ 1.5 m,承臺(tái)為圓形,直徑分8.5 m和 9.8 m兩種,承臺(tái)底標(biāo)高為-1.0 m。南引橋?yàn)┩繀^(qū)地形、地貌及地質(zhì)情況較復(fù)雜,對(duì)鉆孔灌注樁的施工極為不利。不利因素包括:沖刷深度大、不良地質(zhì)現(xiàn)象、潮汐和臺(tái)風(fēng)暴潮。

1)地質(zhì)地貌。南岸灘涂地稱為三北灘涂,以淤泥為主。表層為亞砂土,一般厚度為11 m～16 m,其下依次為淤泥質(zhì)黏土、中砂(粉砂)、黏土、泥巖等。表層土易沖刷,局部沖刷深度達(dá)10多米。

a.軟土層。區(qū)內(nèi)淤泥、淤泥質(zhì)亞黏土,有含水量高,抗剪強(qiáng)度低,高壓縮性等特性,屬不良地質(zhì)層。

b.砂土液化。本橋位區(qū)淺部20 m深度范圍內(nèi)表部發(fā)育厚1.9 m～19.4 m的Ⅱ灰黃色砂質(zhì)粉土層,經(jīng)判定會(huì)產(chǎn)生液化現(xiàn)象。

2)淺層氣。南引橋?yàn)┩繀^(qū)在勘察時(shí)遇有壓力較大的可燃性淺層天然氣,氣體中主要成分為甲烷,其含量達(dá)85%以上。淺層氣分布在標(biāo)高-50 m以下的⑦粉細(xì)砂層,當(dāng)?shù)刭|(zhì)鉆探穿Q3頂部暗綠色黏性土后,淺層氣伴隨泥砂噴出,最大高度達(dá)十余米,最長(zhǎng)可持續(xù)十余天。淺層氣的存在將會(huì)給橋梁基礎(chǔ)施工帶來較大的影響。

3)臺(tái)風(fēng)潮汐。在本橋位存在臺(tái)風(fēng)暴潮。杭州灣地處中緯度,夏、秋季常受臺(tái)風(fēng)影響。根據(jù)1951年～1984年34年資料統(tǒng)計(jì),平均每年受臺(tái)風(fēng)影響次數(shù)1.6次。影響杭州灣的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)若與天文大潮相遇就形成臺(tái)風(fēng)暴潮。

4)強(qiáng)潮汐。杭州灣為強(qiáng)潮河口灣,潮汐類型為淺海半日潮,日潮不等現(xiàn)象明顯。最大潮差4.26 m,平均潮差2.53 m(根據(jù)附近的海王山觀測(cè)站資料)。

5)海水的腐蝕性。根據(jù)海水及淺層地下水分析結(jié)果,海水對(duì)混凝土具有弱腐蝕性;地下水及海水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性。

2 鉆孔泥漿滲漏

1)原因分析。地層巖性是造成泥漿流失的內(nèi)因。對(duì)于有較大空隙,縫隙等滲透性強(qiáng)的巖層,或是一些有溶洞的巖層,泥漿的滲透流失量較大;其次為海潮的影響,其對(duì)泥漿流失的影響也不可低估,潮漲潮落使得泥漿大量的被沖刷和替換;還有泥漿的質(zhì)量也對(duì)其本身的滲透有著重要的影響,比重大、粘度大的自然會(huì)減小滲透的程度。

2)防范措施。針對(duì)不同的地層巖性用不同施工工藝和措施,對(duì)粘聚性大的地層采用慢轉(zhuǎn)慢進(jìn),以增加泥漿護(hù)壁的效果;要密切觀察、了解潮汐的變化規(guī)律,掌握其變化動(dòng)態(tài);對(duì)泥漿采取合理的保護(hù)或者是封閉措施,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制泥漿性能。

3 鋼護(hù)筒下沉

1)原因分析。由于地層本身的原因加上護(hù)筒埋設(shè)的問題使得護(hù)筒與粉砂層之間的側(cè)摩阻力小于護(hù)筒的質(zhì)量,所以導(dǎo)致了護(hù)筒的下沉。對(duì)于不同的地層應(yīng)采用不同的護(hù)筒埋設(shè),比如護(hù)筒底部應(yīng)坐落在粘聚性大的土層上,而不應(yīng)放到粉砂層等易被水沖刷引發(fā)其底部脫空的地層上。

2)防范措施。對(duì)極其松軟和易坍塌的地層可采取一定措施改善土體的性能,如在一定深度摻入適量的水泥(這種方法適于先開挖護(hù)筒基坑再埋護(hù)筒的做法),并在護(hù)筒四周分層填筑夯實(shí)改善過的土;對(duì)一般情況的地層可采取加大護(hù)筒埋置深度,及時(shí)在護(hù)筒外側(cè)填壓砂包。

4 鉆孔縮孔

1)原因分析。通過實(shí)際施工觀察,縮頸主要發(fā)生在淤泥質(zhì)亞黏土層、淤泥質(zhì)黏土層。當(dāng)鉆頭穿過淤泥質(zhì)亞黏土層、淤泥質(zhì)黏土層時(shí),破壞了土體的原應(yīng)力,使得土體失去了原有平衡,這時(shí)如果孔內(nèi)泥漿對(duì)孔壁的壓力小于土體的側(cè)向壓力,那么土層必然會(huì)向孔內(nèi)縮頸,再加上淤泥質(zhì)亞黏土層、淤泥質(zhì)黏土層的內(nèi)摩擦角相對(duì)較小,承載力低,所以比較容易產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象。

2)防范措施。鉆孔孔深穿過淤泥質(zhì)亞黏土層后,讓孔壁經(jīng)過充分縮頸,然后上一次鉆,再下鉆掃孔。鉆進(jìn)過程中泥漿比重控制在1.40左右,加大孔內(nèi)泥漿對(duì)孔壁的壓力,使土體達(dá)到自身平衡。在不易跨孔、縮頸的地層快速鉆進(jìn)通過,縮短成孔時(shí)間,以防進(jìn)一步的縮頸。終孔后,盡量的縮短安裝鋼筋籠、導(dǎo)管和灌注的時(shí)間,縮短成孔后的擱置時(shí)間。發(fā)生縮孔后,采用鉆頭上下來回掃孔、滑孔,將縮進(jìn)孔內(nèi)的土層刮除。

5 鉆孔塌孔

1)原因分析。塌孔原因:a.泥漿護(hù)壁效果差。b.承壓水壓力超過了孔內(nèi)的泥漿壓力,承壓水對(duì)護(hù)壁泥皮沖擊破壞后,向孔內(nèi)滲流過程中沖垮孔壁。c.潮汐影響。海水的潮起潮落對(duì)護(hù)筒周圍的亞砂層沖刷,導(dǎo)致護(hù)筒的實(shí)際埋置深度減小,亞砂土層在潮起潮落和鉆孔泥漿動(dòng)蕩的相互作用影響下被擾動(dòng)、液化、失穩(wěn),進(jìn)而產(chǎn)生流動(dòng)。

2)防范措施。在護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)時(shí),避免鉆頭、導(dǎo)正器碰撞護(hù)筒而導(dǎo)致砂土液化:在粉砂層中采用慢轉(zhuǎn)慢進(jìn),泥漿性能控制為:比重1.20以上,粘度 25 s以上,含砂率小于4%;在細(xì)砂、中細(xì)砂層中采用慢轉(zhuǎn)慢進(jìn),控制泥漿性能為:比重 1.40以上,粘度 25 s以上,含砂率小于4%;在不易塌孔、縮頸的地層快速鉆進(jìn)通過,縮短成孔時(shí)間;終孔后快速安置鋼筋籠、安裝導(dǎo)管,快速澆筑樁身混凝土,縮短成孔后的擱置時(shí)間。

6 灌注混凝土堵管

1)原因分析。初灌堵管原因如下:導(dǎo)管質(zhì)量不合格,變形、破損,使隔水塞不能通過。連接處不密封、漏水,使混凝土產(chǎn)生離析。導(dǎo)管底口距離孔底太低,使隔水塞無法沖出導(dǎo)管,或?qū)Ч軆?nèi)有異物,如鋼筋籠的保護(hù)層墊塊等,阻擋隔水塞沖出導(dǎo)管。導(dǎo)管內(nèi)泥漿中存有高壓水囊,其向上頂托混凝土柱的能力大于混凝土的下落勢(shì)能,而使混凝土無法下落。泥漿比重過大,造成孔底反壓力大于混凝土下落勢(shì)能而使混凝土無法下落?；炷恋馁|(zhì)量不合格,如偏干、偏稠、泌水、離析,混凝土內(nèi)有直徑大于導(dǎo)管內(nèi)徑1/3的異物。灌注過程中途堵管原因包括:首灌混凝土無埋管,導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)泥漿,混凝土離析,或者導(dǎo)管連接處漏水,使混凝土離析。另外孔內(nèi)壓力大時(shí),首灌混凝土將導(dǎo)管焊接口處壓爆而漏泥漿,從而使混凝土離析。導(dǎo)管起拔過多,使導(dǎo)管底口被拔離孔內(nèi)混凝土面,從而管內(nèi)進(jìn)泥漿,使混凝土產(chǎn)生離析?；炷临|(zhì)量不合格,也會(huì)導(dǎo)致灌注過程中堵管。鑒于杭州灣海水的腐蝕性,其混凝土的配比采用了專門的海工混凝土,這種混凝土與一般混凝土的區(qū)別在于它摻入了相當(dāng)量的粉煤灰和礦粉,它的粘性很大,對(duì)導(dǎo)管的粘附性特強(qiáng),這使得在灌注混凝土的過程中,堵管的可能大大的增加了。

2)防范措施。導(dǎo)管在使用前要做水密性試驗(yàn),試驗(yàn)壓力為1.3 MPa,質(zhì)量合格后才能使用,保證下入孔內(nèi)的導(dǎo)管無變形、破損,導(dǎo)管連接處及內(nèi)壁清潔;導(dǎo)管連接處墊“O”形密封圈,并涂抹黃油作進(jìn)一步密封;檢查導(dǎo)管內(nèi)有無異物、泥漿內(nèi)有無高壓氣囊,如有要排除。嚴(yán)格控制導(dǎo)管下口距離孔底的距離,保持在30 cm～50 cm。設(shè)專人觀測(cè)混凝土面上升高度,保證每次拔管后混凝土埋管深度為2 m～6 m。此外混凝土的拌制質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格保證,它的各種摻合料應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配比要求進(jìn)行摻入(考慮拌合機(jī)自動(dòng)出料的各種誤差調(diào)整后的值),各項(xiàng)性能指標(biāo)都應(yīng)符合配比要求,絕對(duì)不容許出現(xiàn)離析,粗、細(xì)骨料嚴(yán)重失調(diào)等,對(duì)坍落度和易性能不符合要求的混凝土嚴(yán)禁用于灌注。

7 垂直度超標(biāo)

1)原因分析。垂直度超標(biāo)主要原因是鉆頭鉆進(jìn)過程中,在鉆頭及鉆桿的自重壓力下鉆進(jìn),如果地層發(fā)生變化時(shí),可能會(huì)發(fā)生擺動(dòng)而使得鉆頭偏斜,導(dǎo)致孔內(nèi)發(fā)生偏斜。

2)防范措施。經(jīng)常檢查鉆機(jī)是否水平。另外,如果在鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)鉆桿搖擺的厲害時(shí),減緩鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速,慢速鉆進(jìn)。

8 結(jié)語

在施工過程中的上述事故,一般均是諸多因素相互作用綜合結(jié)果,只是在表現(xiàn)上可能以某種因素較為突出而已,一旦施工工藝不能有效的控制這些因素,就必然造成相應(yīng)的事故。通過認(rèn)真總結(jié)施工過程中發(fā)生的各種質(zhì)量事故的原因,積極采取各種應(yīng)對(duì)措施,保證了杭州灣大橋的鉆孔灌注樁的順利施工,已完成的近幾百根鉆孔灌注樁經(jīng)超聲波檢測(cè),均為一類樁,表明在施工過程中采用的措施是及時(shí)并適當(dāng)?shù)?。最終經(jīng)過這些措施的處理,很好的保證了鉆孔的質(zhì)量。

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