拋石區(qū)沖孔灌注樁成孔施工工藝

董 磊

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

隨著社會(huì)發(fā)展，越來(lái)越多的改建、擴(kuò)建工程結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)需在已建碼頭護(hù)岸或防波堤等拋石區(qū)進(jìn)行施工，但可能因周邊已建工程重要性等級(jí)較高，樁基工程施工時(shí)不能采用挖除拋石、破壞堤岸結(jié)構(gòu)等措施形成較好的施工條件，給樁基施工帶來(lái)了很大難度。文章結(jié)合施工實(shí)踐，總結(jié)了一些在拋石區(qū)進(jìn)行沖孔灌注樁施工的施工工藝及技術(shù)措施。

1 工程概況

寧德核電廠內(nèi)應(yīng)急道路跨海橋梁起于廠區(qū)一期工程護(hù)岸，終點(diǎn)位于規(guī)劃二期工程，是一條廠內(nèi)的應(yīng)急道路。橋梁全長(zhǎng)788m，橋面總寬17.5m。上部采用30m預(yù)應(yīng)力砼（后張）T梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)為柱式橋墩與樁基礎(chǔ)。因已建發(fā)電廠房等設(shè)施已投入使用，臨時(shí)鋼棧橋施工后需立即恢復(fù)護(hù)岸結(jié)構(gòu)，樁基施工時(shí)不得長(zhǎng)時(shí)間敞開(kāi)堤岸結(jié)構(gòu)。橋梁2#、3#、4#墩位于一期工程護(hù)岸拋石護(hù)岸區(qū)，拋石厚度在4～22m不等，橋墩單個(gè)承臺(tái)設(shè)置3根直徑1.8m的灌注樁，平均樁長(zhǎng)為80m。

2 水文地質(zhì)情況

（1）潮汐。該工程所處地區(qū)潮汐屬于正規(guī)半日潮類(lèi)型，最高潮位為3.97m，最低潮位為-3.75m，平均潮位為0.285m，平均高潮位為2.35m，平均低潮位為-1.83m，平均潮差為4.20m，最大潮差為6.84m，最小潮差為1.30m，平均漲潮歷時(shí)367min，平均落潮歷時(shí)376min。較大潮差及潮位快速變化對(duì)于沖孔灌注樁鋼護(hù)筒內(nèi)外隔水造成很大困難，這是造成樁基施工困難的主要原因。

（2）地質(zhì)條件。橋梁范圍覆蓋層主要由人工填石、淤泥、淤泥質(zhì)土、碎石、粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖及微風(fēng)化巖等構(gòu)成，覆蓋層厚度幾十厘米到幾十米不等，基巖由上至下依次為全風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化的灰?guī)r、紋巖、花崗巖。不同墩位處的情況差異較大，其中2#～4#墩人工填石層最大厚度約22m，因護(hù)岸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用爆破擠淤方式形成，因此塊石粒徑分布非常不均勻，給樁基施工帶來(lái)更大的難度。

（3）氣象條件。該工程所處區(qū)域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)潤(rùn)濕氣候，季風(fēng)特征十分明顯，境內(nèi)地形復(fù)雜，海岸線長(zhǎng)，影響天氣種類(lèi)多，氣象災(zāi)害頻發(fā)。最主要影響為每年5—10月的臺(tái)風(fēng)影響。

3 施工工藝

3.1 總體思路

拋石區(qū)樁基施工時(shí)，常規(guī)旋挖鉆設(shè)備、回旋鉆設(shè)備均無(wú)法施工，而采用滾刀回旋鉆、全套管沖抓鉆進(jìn)等工藝也無(wú)法有效解決護(hù)筒內(nèi)泥漿漏失及不規(guī)則塊石清除等問(wèn)題。結(jié)合以往工程試驗(yàn)，考慮沖擊鉆機(jī)能適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)情況，選用沖擊鉆+鋼護(hù)筒跟進(jìn)工藝成孔，待鋼護(hù)筒跟進(jìn)能保持孔內(nèi)泥漿不滲漏后即可按常規(guī)工藝進(jìn)行成孔成樁施工。

3.2 施工工藝流程

沖擊鉆+鋼護(hù)筒跟進(jìn)成孔工藝流程如圖1所示。在穿透拋石層或鋼護(hù)筒內(nèi)泥漿不再流失時(shí)可按常規(guī)工藝正常沖進(jìn)。

圖1 施工工藝流程圖

3.3 施工平臺(tái)

樁基施工平臺(tái)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇采用筑島、鋼平臺(tái)等形式。當(dāng)采用筑島施工時(shí)，筑島材料應(yīng)選用二片石混合碎石，筑島后地面應(yīng)高于高潮位1m左右。該工程2#墩位于堤頂，因需保持堤岸結(jié)構(gòu)完整性，拆除胸墻和護(hù)岸扭王字塊后利用二片石推填形成施工平臺(tái)，在新的施工平臺(tái)外圍安裝大塊石、扭王字塊等形成新的護(hù)岸結(jié)構(gòu)，保證堤岸安全。3#、4#墩位于堤底，利用二片石人工整平，低潮位時(shí)施工鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)后焊接鋼平臺(tái)作為沖擊鉆施工平臺(tái)。鋼平臺(tái)應(yīng)由專(zhuān)業(yè)單位設(shè)計(jì)，確保能夠承受沖擊鉆機(jī)施工、垂直作業(yè)起重設(shè)備、混凝土澆筑設(shè)備等施工荷載?；炷翑U(kuò)大基礎(chǔ)施工時(shí)應(yīng)預(yù)留鋼護(hù)筒安裝位置，同時(shí)應(yīng)在擴(kuò)大基礎(chǔ)位置設(shè)置限位，以保證鋼護(hù)筒安裝和跟進(jìn)時(shí)限制其平面位置。

3.4 鋼護(hù)筒安裝

為保證最終樁基成孔質(zhì)量和鉆進(jìn)過(guò)程護(hù)壁效果，選用直徑為2.4m、壁厚為16mm的鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒單節(jié)長(zhǎng)度一般為1.5m，首節(jié)鋼護(hù)筒可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。該工程2#墩首節(jié)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為2.0m，在筑島后反挖埋設(shè)，埋設(shè)深度為1.5m，頂部高出地面50cm；埋設(shè)時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)量點(diǎn)位拉十字線復(fù)核，周邊回填碎石，不應(yīng)回填塊石。3#墩、4#墩首節(jié)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為10.0m，在鋼平臺(tái)搭設(shè)完畢后安裝，首節(jié)鋼護(hù)筒頂部比鋼平臺(tái)高出1.0m，底部放置于堤底拋石層頂。為防止沖進(jìn)過(guò)程中反復(fù)錘擊跟進(jìn)鋼護(hù)筒導(dǎo)致其變形，鋼護(hù)筒底角30cm長(zhǎng)度范圍壁厚加厚至25mm。

3.5 泥漿配置

在成孔的初始階段，因受潮汐和水位影響，孔內(nèi)泥漿基本無(wú)法保持，其隨著護(hù)筒外水位變化而流失。此階段不需配置專(zhuān)用泥漿，可儲(chǔ)存大量黃土或含砂率小的黏性土，在沖擊過(guò)程中添加黃土后利用錘擊擠壓攜渣；在鋼護(hù)筒跟進(jìn)過(guò)程中，如護(hù)筒內(nèi)泥漿流失率開(kāi)始減小，可向孔內(nèi)添加一定的膠凝劑、水泥、鋸木屑、草纖維等。根據(jù)一般施工經(jīng)驗(yàn)，水泥按50kg/m3規(guī)格添加，膠凝劑按5kg/m3規(guī)格添加，鋸木屑、草纖維等適量，利用增加的懸浮物可有效堵塞孔壁周邊細(xì)小空隙。

3.6 沖擊鉆機(jī)沖進(jìn)及鋼護(hù)筒跟進(jìn)

沖擊鉆機(jī)采用JK-8/10，錘頭重約8.5t。采用全站儀定位，在鋼護(hù)筒四周設(shè)置4個(gè)測(cè)量保護(hù)樁，拉十字線定位樁中心。安裝時(shí)采用履帶吊將鉆機(jī)吊至樁位就位，調(diào)平后固定鉆機(jī)底座，鋼絲繩中心、護(hù)筒頂面中心在一條垂直線上，鉆頭中心與護(hù)筒頂面中心偏差≤5cm。

為加快施工進(jìn)度及保護(hù)護(hù)岸結(jié)構(gòu)不被破壞，2#墩首節(jié)鋼護(hù)筒安裝后，潮位以上部分采用人工掏渣，挖掘使用鐵鍬羊鎬等從中間到四周掘進(jìn)，遇到大石塊時(shí)，使用風(fēng)鎬破除；根據(jù)土質(zhì)情況，人工一次掘進(jìn)深度控制在100～300cm，掘進(jìn)完成后撤離人員跟進(jìn)鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒跟進(jìn)形成新的支撐后再繼續(xù)掘進(jìn)。人工掘進(jìn)時(shí)，直徑比設(shè)計(jì)樁徑大5～10cm，挖掘過(guò)程中需及時(shí)利用垂線檢測(cè)樁孔的中心位置。當(dāng)鋼護(hù)筒跟進(jìn)至潮位以下時(shí)，換用沖擊鉆沖進(jìn)。

當(dāng)沖擊鉆就位后，向孔內(nèi)添加黃土后即可開(kāi)始沖進(jìn)。初始沖進(jìn)時(shí)泥漿基本不循環(huán)，孔內(nèi)泥漿流失后及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)充黏性土。每沖進(jìn)0.25m時(shí)鋼護(hù)筒跟進(jìn)一次，鋼護(hù)筒跟進(jìn)1.5m后安裝下一節(jié)鋼護(hù)筒；鋼護(hù)筒節(jié)與節(jié)之間焊接牢固，鋼護(hù)筒跟進(jìn)時(shí)可利用沖擊錘小沖程在頂部利用傳力板錘擊下沉。沖擊鉆頭直徑比鋼護(hù)筒內(nèi)壁小5cm，鋼護(hù)筒埋深≤3m時(shí)沖擊錘沖程一般為1m左右；鋼護(hù)筒埋深＞3m時(shí)可調(diào)整沖擊錘沖程為1.5m。

3.7 鋼護(hù)筒跟進(jìn)深度

鋼護(hù)筒跟進(jìn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)觀察孔內(nèi)泥漿滲漏情況。如泥漿滲漏速率減小，基本不滲漏或補(bǔ)漿速率大于滲漏速率時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟用泥漿泵，及時(shí)形成泥漿循環(huán)，加快攜渣速度。待鋼護(hù)筒長(zhǎng)度穿透拋石層或雖未穿透拋石層但泥漿不再滲漏時(shí)，鋼護(hù)筒需再跟進(jìn)3m左右，以減少成孔清孔時(shí)塌孔風(fēng)險(xiǎn)。

該項(xiàng)目2#墩3根樁鋼護(hù)筒平均跟進(jìn)長(zhǎng)度為18m，未穿透拋石層；3#墩鋼護(hù)筒平均跟進(jìn)長(zhǎng)度為16m，穿透拋石層2m左右；4#墩鋼護(hù)筒跟進(jìn)長(zhǎng)度為15m，穿透拋石層6m左右。2#墩鋼護(hù)筒雖未完全穿透拋石層，但因泥漿不再滲漏，可按常規(guī)正循環(huán)工藝?yán)^續(xù)成孔。

3.8 成孔

鋼護(hù)筒跟進(jìn)結(jié)束后，更換1.8m直徑?jīng)_擊錘繼續(xù)按常規(guī)工藝沖擊成孔。正常沖進(jìn)時(shí)，新制泥漿指標(biāo)應(yīng)符合以下要求：比重在1.2～1.4；黏度在22～30s；含砂率≤4%；膠體率≥95%；pH值在8～10。

沖孔過(guò)程中需要不斷進(jìn)行清渣，可將樁孔內(nèi)含有石渣的泥漿經(jīng)過(guò)泥漿凈化器分離出石渣與泥漿，分離出的泥漿進(jìn)入泥漿池沉淀，經(jīng)檢測(cè)可用的泥漿重新送回樁孔內(nèi)，不斷進(jìn)行循環(huán)出渣。鉆進(jìn)過(guò)程中，要根據(jù)不同的土層制備不同比重的泥漿（黏土、粉土1.3；卵石層1.4；巖石1.2），使泥漿既起到護(hù)壁及清渣的作用，又不至于太濃而影響鉆進(jìn)速度。為保護(hù)環(huán)境，嚴(yán)禁把泥漿及廢渣直接排入海水，應(yīng)由泥漿船運(yùn)往指定的位置排放。

3.9 沖擊鉆+鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工要點(diǎn)

（1）沖擊鉆初始沖擊時(shí)，因孔內(nèi)外完全連通，泥漿無(wú)法循環(huán)，需及時(shí)補(bǔ)充黏性土以利于錘頭將小范圍泥漿擠壓攜渣。（2）沖擊鉆沖進(jìn)如遇潮位較大變化時(shí)，可在退潮時(shí)補(bǔ)充黏性土，低潮位時(shí)快速?zèng)_進(jìn)。（3）鋼護(hù)筒埋深＞3m后，為減少泥漿滲漏速率，可在孔內(nèi)加黏性土?xí)r添加稻草、秸稈、鋸木屑等；鋼護(hù)筒跟進(jìn)最后3m時(shí)，可向孔內(nèi)按每立方泥漿添加50kg水泥，提高護(hù)壁效果。（4）鋼護(hù)筒跟進(jìn)結(jié)束后，可利用旋流除砂器對(duì)孔內(nèi)泥漿除砂，泥漿比重應(yīng)隨著繼續(xù)沖進(jìn)緩慢降低至1.3左右，不得突然降低。（5）如設(shè)計(jì)樁基有永久鋼護(hù)筒，應(yīng)在孔內(nèi)完全穿透拋石層后埋設(shè)；外鋼護(hù)筒應(yīng)根據(jù)工藝要求加大直徑，確保永久鋼護(hù)筒垂直度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。（6）鋼護(hù)筒跟進(jìn)時(shí)應(yīng)每2h測(cè)量其偏位情況，如發(fā)現(xiàn)有偏位或傾斜時(shí)，及時(shí)糾偏。如利用反向錘擊無(wú)法糾偏，應(yīng)考慮孔內(nèi)回填黏土后提出鋼護(hù)筒重新沖進(jìn)。（7）清孔時(shí)優(yōu)先采用氣舉反循環(huán)工藝以減少清孔時(shí)間，清孔時(shí)應(yīng)首先清砂，含砂率降低后再降低泥漿比重。（8）鋼護(hù)筒跟進(jìn)時(shí)，其外圍可能發(fā)生小范圍塌陷，應(yīng)及時(shí)反壓碎石，以保證鋼護(hù)筒不偏位傾斜。（9）鋼護(hù)筒跟進(jìn)快要完成時(shí)尤其需注意落錘沖程，以免發(fā)生鋼護(hù)筒底部卡鉆。在穿透拋石層埋設(shè)好鋼護(hù)筒后，可換用其他如滾刀回旋鉆、旋挖鉆等設(shè)備加快樁基成孔施工進(jìn)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

雖然樁基施工設(shè)備類(lèi)型越來(lái)越多、工藝越來(lái)越先進(jìn)，但在海岸拋石區(qū)，采用沖擊鉆+鋼護(hù)筒跟進(jìn)的工藝，能有效解決受潮汐影響的拋石層灌注樁成孔問(wèn)題，在類(lèi)似工程中應(yīng)優(yōu)先選用；另外，在拋石區(qū)施工打入樁困難時(shí)，也可采用此工藝先行成孔后再施工打入樁。