跨江特大橋旋挖鉆孔灌注樁入?？谒鲜┕?shí)踐

楊聯(lián)鋒， 劉成博

(山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西 晉中 030620)

跨江特大橋旋挖鉆孔灌注樁入?？谒鲜┕?shí)踐

楊聯(lián)鋒， 劉成博

(山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西 晉中 030620)

以溫州市市域鐵路靈昆特大橋北岸工區(qū)鉆孔灌注樁施工為工程實(shí)例，對(duì)旋挖鉆機(jī)在跨江入?？谒香@孔施工中，遇到的強(qiáng)潮海區(qū)，鉆孔樁深度較大，上部有流塑性地層極不穩(wěn)定，樁底要伸入卵石層較深且卵石層存在急性漏漿情況,受潮汐影響很容易造成塌孔等重點(diǎn)難點(diǎn)所采取的技術(shù)措施及工程效果進(jìn)行了分析與探討。

跨江特大橋；旋挖成孔；超深鉆孔灌注樁；水上施工；漏漿；塌孔

鉆孔灌注樁由于其穩(wěn)定性強(qiáng)、適用環(huán)境寬泛而被橋梁工程廣泛采用。旋挖鉆機(jī)施工因其成孔快、噪聲低、污染小而成為鉆孔灌注樁施工的主流工藝。近年來(lái)，隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)工程建設(shè)的迅猛發(fā)展，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的等級(jí)要求越來(lái)越高，而施工條件卻越來(lái)越復(fù)雜，促使旋挖鉆機(jī)成孔施工向深度長(zhǎng)、口徑大、難度高等方向發(fā)展。浙江省溫州市市域鐵路靈昆特大橋整座大橋全部采用鉆孔灌注樁形式基礎(chǔ)，對(duì)施工技術(shù)要求很高，質(zhì)量控制因素多，難度大，是我院近幾年遇到施工風(fēng)險(xiǎn)和難度最大的一個(gè)項(xiàng)目。該特大橋樁基工程分為南、北岸兩個(gè)工區(qū)，我院承擔(dān)了北岸工區(qū)鉆孔灌注樁的施工任務(wù)。由于我們成功地解決了旋挖鉆機(jī)在該工區(qū)遇到的漏漿、塌孔等技術(shù)難題，在該工區(qū)全部采用大型旋挖鉆機(jī)成孔工藝，而南岸工區(qū)仍然采用了“泥漿循環(huán)、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)”這一傳統(tǒng)的成孔工藝。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

浙江省溫州市市域鐵路靈昆特大橋是構(gòu)建未來(lái)溫州市龍灣區(qū)、甌江口新區(qū)兩大核心區(qū)的快速聯(lián)系通道，橫跨甌江東海入?？?，全長(zhǎng)3363.3 m。是全國(guó)首條制式創(chuàng)新軌道交通工程S1線項(xiàng)目中的重點(diǎn)控制工程。特大橋樁基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，全橋共設(shè)計(jì)鉆孔樁1224根(?1.5 m 84根，?1.25 m 1140根)，總計(jì)75888延米。分南北兩個(gè)工區(qū)，南岸工區(qū)625根，合計(jì)38750 m。北岸工區(qū)599根，合計(jì)37138 m。我公司主要承攬北岸工區(qū)鉆孔灌注樁施工，平均孔深75 m(最淺67.3 m，最深84.7 m)。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 巖土層特性

橋址所在區(qū)域自上而下巖土層特性見(jiàn)表1。

1.2.2 施工技術(shù)難點(diǎn)

由于本橋址位于甌江東海入?？?，屬?gòu)?qiáng)潮海區(qū)(潮差可達(dá)到5～9 m)，施工區(qū)域強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性氣象襲擊頻繁，工作環(huán)境比較惡劣。鉆孔樁平均深度為75 m，江內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，上部有流塑性地層極不穩(wěn)定，樁底要伸入卵石層6～12m。主要存在以下施工技術(shù)難點(diǎn)。

表1 巖土層特性

(1)護(hù)筒底部流塑狀淤泥層過(guò)渡性巖土層，在鉆進(jìn)成孔期間，如何確保不塌、不跨，不影響后續(xù)施工。

(2)要求鉆孔樁持力層進(jìn)入卵石層中，鉆進(jìn)效率低，鉆斗磨損大，成孔相當(dāng)困難。

(3)底部卵石層普遍存在漏漿現(xiàn)象，導(dǎo)致瞬時(shí)壓力失衡，受潮汐影響很容易造成塌孔，輔助作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)。

(4)在灌注混凝土之前，底部卵石土層的清除沉渣和保持孔段穩(wěn)定難度比較大，需采取特殊的技術(shù)措施。

(5)超深孔灌注容易出現(xiàn)導(dǎo)管癟管和爆管，需分析清楚原因，采取相應(yīng)的辦法。

2 鉆孔灌注樁施工工藝及質(zhì)量控制

2.1 施工工藝流程

本工程位于甌江入?？冢┕で跋扔蓷蚴┕り?duì)搭設(shè)好棧橋，鋪設(shè)好鉆孔平臺(tái)，并進(jìn)行安全防護(hù)，驗(yàn)收合格之后鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)。由于上部地層含薄層粉細(xì)砂淤泥，流塑性淤泥層厚，需先將27 m左右鋼制護(hù)筒(入土15 m左右)打入水下穩(wěn)定的土層之后，才能開(kāi)始正常的鉆進(jìn)成孔施工。鉆孔樁施工工藝流程如圖1所示。

2.2 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.2.1 保證護(hù)筒底部淤泥層的穩(wěn)定

根據(jù)前期施工情況，發(fā)現(xiàn)護(hù)筒底部超方嚴(yán)重，我們及時(shí)采取相應(yīng)措施，旋挖鉆機(jī)鉆至護(hù)筒底部時(shí)加密取樣，每0.5 m取樣一次，送至土工實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物理指標(biāo)參數(shù)試驗(yàn)。根據(jù)指標(biāo)試驗(yàn)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)施工情況，制定出相應(yīng)的技術(shù)工藝處理措施。要求施工人員嚴(yán)格按照制定的施工方案操作。

圖1 鉆孔灌注樁施工工藝流程

改進(jìn)鉆頭結(jié)構(gòu)，加大筒體通氣孔，加高導(dǎo)條高度，防止鉆頭在淤泥層抽吸形成真空出現(xiàn)縮孔。鉆至距護(hù)筒底部1 m左右時(shí)，要求控制鉆進(jìn)速度，采取輕壓慢轉(zhuǎn)，每回次進(jìn)尺30～40 cm，等鉆出護(hù)筒底部2 m左右開(kāi)始正常進(jìn)尺。每次提下鉆至護(hù)筒底部時(shí)放慢速度，盡量減少護(hù)筒底部擾動(dòng)。

2.2.2 提高卵石層施工效率

由于底部卵石層密實(shí)，鉆孔樁設(shè)計(jì)持力層進(jìn)入卵石土層較厚，前期施工效率低，成孔困難。我們采用多種辦法進(jìn)行試驗(yàn)，第一次按常規(guī)辦法采用截齒鉆頭施工，鉆頭磨損嚴(yán)重且進(jìn)尺緩慢。再用螺旋鉆頭進(jìn)行擾動(dòng)然后用截齒鉆頭掏孔，雖然鉆頭磨損不是很嚴(yán)重，由于進(jìn)行2次下鉆，施工效率還是不能提高。最后我們采用小鉆頭(直徑600 mm)進(jìn)行引孔，再用和孔徑相同的截齒鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，這樣雖然也是2次下鉆，但是鉆進(jìn)速度比較快，且每次下鉆都在掏渣，不但提高了效率，而且降低了鉆頭的磨損程度。

2.2.3 底部卵石土層瞬時(shí)漏漿分析與控制

2.2.3.1 卵石土層漏漿原因分析

地層漏漿必須同時(shí)具備3個(gè)條件：儲(chǔ)存空間、足夠的壓力差、地層滲透性好?？變?nèi)漏漿狀況與這3個(gè)條件的關(guān)系是：儲(chǔ)存空間決定漏漿量，泥漿壓力差及卵石土層滲透性參數(shù)決定著漏漿速度。卵石層滲透性與卵石層空間結(jié)構(gòu)(即孔隙比)和泥漿流動(dòng)性參數(shù)相關(guān)，只要改變上述3個(gè)條件之一就可以改變漏漿情況，進(jìn)而達(dá)到減緩或控制漏漿的目的。

2.2.3.2 瞬時(shí)漏漿的控制方法

在北岸工區(qū)，卵石土層嚴(yán)重漏漿主要發(fā)生在64～71 m孔段。在施工起初，首先，選用紅粘土造漿，因紅粘土雜質(zhì)多、含砂量大，體系穩(wěn)定性差，攪拌時(shí)間長(zhǎng)、工序繁瑣，導(dǎo)致施工成本高。其次，選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土造漿，因其配比難控制、用量大，控制漏漿效果不好，出現(xiàn)了多次塌孔現(xiàn)象，造成施工困難。通過(guò)認(rèn)真研究漏漿條件和規(guī)律，分析漏漿原因，現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)，積極尋找解決辦法。

經(jīng)過(guò)多方對(duì)比分析，選用化學(xué)聚合物泥漿。這種泥漿作為一種新型材料引入我國(guó)市場(chǎng)，有著與紅粘土和膨潤(rùn)土泥漿迥然不同的性能。它能在不提高泥漿密度的基礎(chǔ)上迅速提高泥漿粘度，即在泥漿中能絮凝巖屑和劣質(zhì)粉土，使之處于不分散的絮凝狀態(tài)；化學(xué)聚合物中高分子鏈上大量的官能團(tuán)對(duì)巖層表面的多點(diǎn)吸附，形成一層薄而韌的吸附膜，可以降低卵石層的滲透性，泥漿密度小可以降低孔內(nèi)泥漿壓力差，有效地破壞了漏漿條件，較好地控制了漏漿現(xiàn)象。

2.2.4 孔底沉渣的控制及清除

2.2.4.1 孔底沉渣的控制

由于化學(xué)聚合物泥漿快速沉淀鉆屑的能力比較顯著，只要泥漿按規(guī)定合理配置，孔內(nèi)沉渣都能控制在合理范圍之內(nèi)。但是在施工過(guò)程中要掌握影響沉渣的各種因素，比如鉆頭直徑的保徑、下放鋼筋籠對(duì)孔壁破壞、長(zhǎng)時(shí)間等待使孔壁不穩(wěn)定等，都需要在施工過(guò)程中加以控制。為此，我們抓住重點(diǎn)，制定解決辦法。

設(shè)專人對(duì)泥漿進(jìn)行配置，對(duì)配漿設(shè)備進(jìn)行合理改進(jìn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)比例配置泥漿；開(kāi)孔前對(duì)鉆頭尺寸進(jìn)行測(cè)量，必須保證設(shè)計(jì)孔徑；加強(qiáng)鋼筋加工班組質(zhì)量管理，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范制作鋼筋籠，保證鋼筋籠吊放過(guò)程中軸向位置對(duì)準(zhǔn)孔位，鋼筋保護(hù)層按規(guī)范布置，避免發(fā)生碰撞孔壁事故；各工序相互銜接，避免孔壁周圍泥土長(zhǎng)時(shí)間浸泡，松動(dòng)塌落；最終保證孔內(nèi)沉渣控制在規(guī)范之內(nèi)。

2.2.4.2 孔底沉渣的清除

雖然使用化學(xué)聚合物泥漿，孔內(nèi)沉渣較少；但是由于本次在入?？谑┕?，全部鉆孔樁都要進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，質(zhì)量要求高。前期樁檢發(fā)現(xiàn)部分樁底波形不太理想，化學(xué)聚合物泥漿使鉆屑在孔底形成絮凝的不分散狀態(tài)，且粘度較高，測(cè)錘很難測(cè)準(zhǔn)孔底沉渣厚度?；炷凉嘧r(shí)孔底絮凝狀鉆屑不能隨初灌的沖擊力全部翻出。通過(guò)認(rèn)真分析，決定采用氣舉反循環(huán)清孔。下放完導(dǎo)管后，不管測(cè)得孔深能否滿足設(shè)計(jì)要求，都要進(jìn)行徹底清孔。把孔內(nèi)泥漿進(jìn)行置換，徹底把孔底絮凝狀不分散狀態(tài)的鉆屑清出孔外，使孔內(nèi)泥漿粘度得以平衡。之后樁檢效果有了明顯提高。這一清孔方案一直執(zhí)行到工程結(jié)束。

2.2.5 混凝土灌注時(shí)導(dǎo)管爆管和癟管分析與控制

2.2.5.1 導(dǎo)管爆管和癟管的原因

在超深鉆孔樁灌注混凝土過(guò)程中，偶爾會(huì)發(fā)生導(dǎo)管爆管和癟管現(xiàn)象。這兩種截然不同的導(dǎo)管失效現(xiàn)象，都會(huì)直接影響樁身質(zhì)量，我們必須要分析研究，弄清楚產(chǎn)生這兩種現(xiàn)象的內(nèi)在原因。

正常情況下，導(dǎo)管內(nèi)任何處豎壓力等于管內(nèi)混凝土高度及泥漿壓力和，由于混凝土密度約為泥漿密度的2倍，若導(dǎo)管某處產(chǎn)生堵管，導(dǎo)管內(nèi)某處產(chǎn)生真空及“氣栓”，空氣柱在上部混凝土壓力作用下形成高壓，后面灌入的混凝土無(wú)法正常壓出管外，只能在管內(nèi)持續(xù)堆高，增加了管內(nèi)壓力。此時(shí)，若導(dǎo)管質(zhì)量較差，如管壁變薄、導(dǎo)管某處焊接質(zhì)量降低等，使導(dǎo)管的抗壓強(qiáng)度降低。導(dǎo)管內(nèi)壓力過(guò)大、自身強(qiáng)度偏低，或兩種因素共同作用，極易產(chǎn)生爆管。

導(dǎo)管內(nèi)壓力正常情況是高于管外壓力的，但是由于各種原因?qū)Ч軆?nèi)混凝土灌注時(shí)不是很順暢，但未形成堵管，混凝土壓出導(dǎo)管時(shí)需要提升導(dǎo)管，不是連續(xù)壓出，當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)混凝土?xí)簳r(shí)不通暢時(shí)，誤認(rèn)為堵管，習(xí)慣性提升導(dǎo)管并作孔口抖動(dòng)或振動(dòng)，這時(shí)導(dǎo)管內(nèi)混凝土突然急劇下降，在慣性作用下，有時(shí)導(dǎo)管中混凝土面下降比正常位置還要低，由于管內(nèi)混凝土下降速度過(guò)快，管內(nèi)下部形成局部真空狀態(tài)，管內(nèi)壓力遠(yuǎn)低于管外壓力，導(dǎo)致癟管。

2.2.5.2 防止導(dǎo)管爆管和癟管措施

一般情況，爆管和癟管現(xiàn)象均發(fā)生在超深孔(孔深>70 m)，大多數(shù)發(fā)生在剛開(kāi)始灌注混凝土不久。主要都是由于導(dǎo)管內(nèi)外壓力差超過(guò)其極限抗壓強(qiáng)度，只是方向不同而產(chǎn)生兩種截然相反的效果。因此在施工超深樁時(shí)一定要選用質(zhì)量合格(壁厚>5 mm)的導(dǎo)管，經(jīng)常對(duì)導(dǎo)管做水密試驗(yàn)，清孔要徹底，泥漿密度控制在1.05 g/cm3內(nèi)，保證混凝土的坍落度(18～20 cm)與和易性、防止堵管，導(dǎo)管埋深控制在2～6 m。

3 施工效果與建議

3.1 施工效果

由于解決了諸多技術(shù)難題，該項(xiàng)目我公司全部采用大型旋挖鉆機(jī)施工，南岸工區(qū)采用了“泥漿循環(huán)、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)”這一傳統(tǒng)的成孔工藝。在南岸提前2個(gè)月開(kāi)工的情況下我們提前2個(gè)月完成全部施工任務(wù)。2臺(tái)SR280型旋挖鉆機(jī)完成超深樁(70 m以深)393根，25000多延米。樁基質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果：一類樁95%以上，沒(méi)有出現(xiàn)三類樁。

3.2 施工建議

(1)開(kāi)工前對(duì)地質(zhì)勘察資料進(jìn)行認(rèn)真研究，詳細(xì)分析各段地層的物理性指標(biāo)，預(yù)測(cè)這些物理性指標(biāo)將給樁孔施工帶來(lái)的不良影響，確定工區(qū)施工的技術(shù)、質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

(2)對(duì)于嚴(yán)重危及正常施工的復(fù)雜地層或孔段，在開(kāi)工之前應(yīng)作相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策和準(zhǔn)備，如護(hù)筒底部、淤泥層、流砂層、卵石層、易縮孔地層、易擴(kuò)孔地層、易漏漿地層，都要有針對(duì)性地制定相應(yīng)的技術(shù)措施，并在施工中逐步檢驗(yàn)、完善直至成熟。

(3)項(xiàng)目管理、技術(shù)人員應(yīng)有敬業(yè)精神和攻克技術(shù)難題的能力；施工人員應(yīng)當(dāng)經(jīng)驗(yàn)豐富，責(zé)任心強(qiáng)，并嚴(yán)格按照樁孔施工規(guī)范和本工區(qū)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行施工，杜絕各種麻痹思想和違章行為；物資儲(chǔ)備要及時(shí)到位，材料采購(gòu)要確保質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

我公司首次在跨江入海口實(shí)施水上超深樁基工程，施工經(jīng)驗(yàn)欠缺，施工前期走了很多彎路，付出了不少辛苦。之后，通過(guò)項(xiàng)目成員集思廣益，分析總結(jié)，不斷摸索，制定出了切實(shí)可行的超深樁施工方案，最終取得了很好的施工效果。

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Over-waterConstructionPracticeofRotaryBoredGroutingPileattheEstuaryofOujiangRiver

YANGLian-feng,LIUCheng-bo

(Shanxi Provincial Third Institute of Geological Engineering Investigation, Jinzhong Shanxi 030620, China)

With the engineering case of bored grouting pile construction in the work area at north band of Lingkun bridge for Wenzhou regional railway, the analysis and discussion are made on the technical measures adopted to overcome difficulties of rotary drilling rig construction in over-water holing at the estuary and the engineering effects. The difficulties are involved as strong tidy sea area encountered, large depth of bored pile, very unstable flow plastic formation at the upper part, the pile bottom extending deep into the pebble layer with sudden mud leakage possibility and hole collapse easily caused by tidal effect, and so on.

super river-crossing major bridge; rotary holing; super deep bored grouting pile; over-water construction; mud leakage; hole collapse

2017-03-14；

2017-07-13

楊聯(lián)鋒，男，漢族，1968年生，副院長(zhǎng)，鉆探工程專業(yè)，sxjlylf@sohu.com；劉成博，男，漢族，1982年生，山西省第三地質(zhì)工程勘察院巨力巖土工程有限公司副經(jīng)理，土木工程專業(yè)，從事巖土工程施工技術(shù)、質(zhì)量管理工作，山西省晉中市榆次區(qū)大學(xué)街三勘院巨力公司，17703369@qq.com。

U443.15+4

B

1672-7428(2017)09-0089-04