復(fù)雜地質(zhì)大直徑樁基施工工藝研究

羅廣LUO Guang

（中鐵二十五局集團(tuán)第四工程有限公司，柳州 545000）

0 引言

目前市域鐵路在我國(guó)很多城市紛紛落地，尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部沿海地區(qū)，市域鐵路的開通不但將城市周邊緊密的聯(lián)系在一起，而且也更大的促進(jìn)了城市協(xié)調(diào)一體發(fā)展。但很多東部沿海地區(qū)由于地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜多變，使得公路或鐵路橋梁樁基施工時(shí)較為困難，尤其是大直徑超長(zhǎng)樁基在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工時(shí)，由于樁基的孔徑較大，穿越的地層較多，使得樁基成孔過(guò)程中或成樁質(zhì)量產(chǎn)生一系列問(wèn)題。普通樁基的施工工藝應(yīng)用在上述情況時(shí)已不能滿足施工要求及相關(guān)規(guī)定。在浙江臺(tái)州市域鐵路商海北街特大橋施工時(shí)，針對(duì)上述情況，項(xiàng)目部通過(guò)對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，使得大直徑超長(zhǎng)樁基的施工質(zhì)量得到有效保證，尤其是通過(guò)使用氣舉法進(jìn)行清孔，使得孔底沉渣厚度得到很好控制，避免了傳統(tǒng)清孔工藝所產(chǎn)生的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)泥漿添加輔助外加劑，減少了漿液分離，大大增加了泥漿護(hù)壁性能和潤(rùn)滑度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，該施工工藝在大直徑樁基施工中取得很好的效果。

1 工程概況

商海北街特大橋起止里程：S1DK14+438.59 ～S1DK17+374.97，長(zhǎng)2936.38m。該段線路規(guī)劃沿路橋北環(huán)線北側(cè)敷設(shè)，交通方便。該橋梁上部結(jié)構(gòu)包括雙線簡(jiǎn)支箱梁：25m、30m、35m、40m 簡(jiǎn)支梁（D=4.0m～4.8m），30m 簡(jiǎn)支梁（D=4.756m～5.328m），雙線連續(xù)梁：（65+100+65）m 、（50+90+50）m 、（42.38+54.5+42.38）m，80m 雙線拱橋。橋墩一般采用雙線矩形橋墩，基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑根據(jù)工程性質(zhì)分別有0.8m、1.0m、1.25m、1.5m、2.0m、2.5m 六種類型。其中樁徑Φ1.0m 鉆孔灌注樁9 根/567 總延米，樁徑Φ1.25m 鉆孔灌注樁315 根/18779.5 總延米，樁徑Φ2.0m 鉆孔灌注樁125 根/6137.5 總延米，樁徑Φ2.5m鉆孔灌注樁18 根/810 總延米，其中樁徑Φ2.5m 樁基最長(zhǎng)長(zhǎng)度為70m，該樁基為商海北街特大橋（50+90+50）m 連續(xù)梁62#墩主墩樁基礎(chǔ)。

2 施工重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

商海北街特大橋（50+90+50）m 連續(xù)梁上跨朱家涇航道，連續(xù)梁主墩均位于航道范圍內(nèi)，其中62#墩樁基最長(zhǎng)為70m。該墩樁基需穿越九種地質(zhì)，分別是淤泥、流塑黏土、軟塑黏土、灰色軟塑黏土、硬質(zhì)黏土、含圓礫石黏土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r及弱風(fēng)化灰?guī)r。樁基由于入巖較深需采用沖擊鉆進(jìn)行施工，但由于沖擊鉆施工振動(dòng)很大，對(duì)周邊地層會(huì)產(chǎn)生較大影響，使得軟弱地層在振動(dòng)荷載下出現(xiàn)松動(dòng)從而發(fā)生塌孔現(xiàn)象。并且該樁基樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，樁徑較大，成孔后若采用傳統(tǒng)的反循環(huán)清孔會(huì)造成孔底沉渣超標(biāo)，泥漿循環(huán)不徹底等問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題需對(duì)施工工藝進(jìn)行針對(duì)性整改。由于樁基成孔時(shí)間較長(zhǎng)，成孔時(shí)機(jī)械振動(dòng)較大，因此為減小上述問(wèn)題對(duì)孔壁的影響，需對(duì)泥漿進(jìn)行改良，改善泥漿的潤(rùn)滑性，增加泥漿的粘度，減少其失水率，使得孔壁形成薄而堅(jiān)、滲透性低的濾餅，同時(shí)增加泥漿的懸浮性，使得孔內(nèi)碎渣懸浮時(shí)間較長(zhǎng)，可隨泥漿快速排出。樁基孔深到位后清孔采用氣舉法進(jìn)行換漿清孔，即把孔外新制備的泥漿置換孔內(nèi)高濃度泥漿，從而使得孔內(nèi)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。該清孔方法不但相對(duì)于反循環(huán)清孔更加快速，而且清孔效果好，孔底周邊的沉渣均可快速清理，同時(shí)對(duì)孔壁影響小，進(jìn)一步降低了塌孔發(fā)生的概率。

3 主要施工工藝

3.1 施工流程（圖1）

圖1 樁基施工流程圖

3.2 泥漿的制備

商海北街特大橋擬采用鈉質(zhì)膨潤(rùn)土、純堿配制優(yōu)質(zhì)泥漿，過(guò)程中檢測(cè)泥漿指標(biāo)是否符合要求，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整；為了增加泥漿的粘度，減少其失水率，在配置泥漿時(shí)加入適量的CMC 和兩性離子聚合物。

在施工期間設(shè)置試驗(yàn)員負(fù)責(zé)泥漿檢查記錄，隨時(shí)調(diào)整泥漿性能并按《泥漿施工日常檢查記錄表》記錄備案，滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。泥漿定時(shí)檢測(cè)（1 次/2h），根據(jù)鉆進(jìn)地層不同作出相應(yīng)處理。尤其是在鉆進(jìn)過(guò)程中穿越不同地質(zhì)條件時(shí)要更加注意泥漿各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，當(dāng)鉆進(jìn)至含粘性土圓礫層等易塌孔地層時(shí)，需增加泥漿比重、膠體率和粘度指標(biāo)，從而增加泥漿的護(hù)壁性能和孔內(nèi)靜水壓力，增強(qiáng)泥漿的護(hù)壁效果，防止塌孔。

圖2 鉆孔施工現(xiàn)場(chǎng)圖

3.3 鉆孔施工

成孔過(guò)程中必須對(duì)各層地質(zhì)情況根據(jù)地質(zhì)勘察資料進(jìn)行詳細(xì)核對(duì)及了解，對(duì)鉆孔的直徑及垂直度必須嚴(yán)格控制，對(duì)泥漿指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保鉆孔的質(zhì)量。

在初次向孔內(nèi)注入泥漿時(shí)要使得泥漿流位于孔中心位置，不得沿護(hù)筒壁注入，防止泥漿對(duì)孔壁沖刷從而的護(hù)筒底板孔壁松散坍塌。

鉆孔時(shí)需鎖定鉆孔中心位置，校核無(wú)誤后方可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。鉆孔時(shí)將鉆頭端部與地面接觸，調(diào)整孔深等參數(shù)進(jìn)行歸零。鉆進(jìn)過(guò)程中操作人員需根據(jù)電腦顯示器確定鉆孔的深度及垂直度，技術(shù)人員需實(shí)時(shí)嚴(yán)格監(jiān)控鉆孔參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)需立即停止進(jìn)行檢查。

在鉆孔作業(yè)時(shí)，操作人員需時(shí)刻注意鉆機(jī)的加壓壓力值、鉆頭壓力值以及卷?yè)P(yáng)機(jī)受力值，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)需立即停機(jī)檢查。

3.4 清孔

鉆孔到位后需對(duì)樁徑孔深等進(jìn)行檢查，確認(rèn)無(wú)誤后開始進(jìn)行清孔作業(yè)。由于該樁基直徑較大樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，需采用氣舉法進(jìn)行換漿清孔，即把孔外新制備的泥漿置換孔內(nèi)高濃度泥漿，從而使得孔內(nèi)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。泥漿注入后緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆孔，對(duì)孔內(nèi)底部泥漿加一步攪拌，同時(shí)注意孔內(nèi)泥漿面標(biāo)高，確保孔內(nèi)靜水壓力，防止塌孔。孔內(nèi)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)符合要求后，需盡快成樁施工。

3.5 鋼筋籠吊裝

鋼筋籠分節(jié)制作和吊裝，經(jīng)驗(yàn)收合格后，鋼筋籠起吊不但采用單點(diǎn)吊裝，需采用雙點(diǎn)吊。采用汽車吊首先將鋼筋籠水平吊起一定高度，然后大鉤升起小鉤下降緩慢將鋼筋籠調(diào)整為豎直狀態(tài)，，然后將小鉤松開，將鋼筋籠緩慢入孔。此案有型鋼制作的卡具對(duì)鋼筋籠進(jìn)行臨時(shí)固定，焊接后繼續(xù)吊裝下一節(jié)鋼筋籠，所有鋼筋籠均在鋼筋加工場(chǎng)采用滾籠機(jī)制作，然后采用平板運(yùn)輸車運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。

圖3 氣舉法清孔示意圖

鋼筋籠起吊時(shí)，在頂部設(shè)置2 個(gè)吊點(diǎn)（位置為頂部第1 道加強(qiáng)筋位置）用于垂直吊裝，在每節(jié)鋼筋籠中部設(shè)置1 個(gè)吊點(diǎn)（加強(qiáng)筋位置）用于翻身起吊。鋼筋籠具體吊點(diǎn)見圖4。

圖4 鋼筋籠起吊示意圖

3.6 水下混凝土灌注

灌注前確保導(dǎo)管底部至孔底距離為300mm~500mm，封底時(shí)采用隔水栓或者導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置可靠的可浮起的橡膠隔水球。大料斗底口放置錐形堵板，堵板用鋼絲繩系住。備足首盤封底混凝土數(shù)量，首灌前現(xiàn)場(chǎng)需要有4 輛裝滿混凝土的罐車在等候，灌注首批混凝土要由施工員或工班長(zhǎng)統(tǒng)一指揮，大料斗內(nèi)混凝土放滿后，停止放料，立即提升錐形堵板，在大料斗內(nèi)混凝土剩余1/3 時(shí)，再次開始放罐車內(nèi)混凝土。為了防止發(fā)生斷樁現(xiàn)象，澆注首盤混凝土?xí)r，大料斗的混凝土量，應(yīng)滿足混凝土沖擊隔水球全部下落后，初次埋置導(dǎo)管不小于1m 的要求。混凝土開始灌注后，應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷。

4 鋼筋籠吊裝受力計(jì)算

4.1 鋼絲繩驗(yàn)算

本工程吊裝用鋼絲繩擬選用6×19S+FC-32mm，公稱抗拉強(qiáng)度1870MPa。

本工程鋼筋籠吊裝至垂直時(shí)，輔吊鉤撤除，由固定于扁擔(dān)梁上的四根鋼絲吊繩四點(diǎn)受力，此時(shí)為受力最不利狀況。

因扁擔(dān)梁下四根鋼絲吊繩相應(yīng)分散了起吊重量，因此，只需驗(yàn)算扁擔(dān)梁上兩根鋼絲吊繩受力狀況即可。

受力驗(yàn)算簡(jiǎn)要模型如圖5。

圖5 受力驗(yàn)算簡(jiǎn)要模型

鋼絲繩受力應(yīng)滿足以下公式要求：

其中：

K：鋼絲繩安全系數(shù)，8~10，本工程取10；

P：?jiǎn)胃摻z繩實(shí)際所受到的拉力（kN）；

Q：最大起重量（kN），本工程為100kN（10t）；

n：鋼絲繩根數(shù)，為2；

α：鋼絲繩與起吊中心線夾角，取30°；

P0：鋼絲繩最小破斷拉力（kN），查表得本工程選用鋼絲繩為682kN。

經(jīng)計(jì)算得P=577.4kN＜P0，因此，選用該型號(hào)鋼絲繩可滿足吊裝要求。

4.2 鋼筋籠吊筋吊環(huán)計(jì)算

選本橋梁工程樁徑2.5m 樁長(zhǎng)70m，鋼筋籠重量為9.82t，采用HPB300Φ16mm 鋼筋制作吊環(huán)2 個(gè)。

4.2.1 吊環(huán)受力計(jì)算公式

式中：σ—吊環(huán)拉應(yīng)力；

n—吊環(huán)的截面?zhèn)€數(shù)，一個(gè)吊環(huán)時(shí)為2；二個(gè)吊環(huán)時(shí)為4；四個(gè)吊環(huán)時(shí)為6；

A—單個(gè)吊環(huán)截面積；

G—鋼筋籠重量（t）；

9807 —t（噸）換算成N（牛頓）；

[σ]—吊環(huán)的允許拉應(yīng)力，一般不大于60N/mm2（已考慮超載沖擊等應(yīng)力集中系數(shù)、鋼筋角度影響系數(shù)、鋼筋代換等）。

滿足要求

4.2.2 吊筋抗拉強(qiáng)度計(jì)算

抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

滿足要求。

5 安全質(zhì)量保證措施

①雨天旋挖鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)受雨水浸泡后，不能滿足其地基要求時(shí)必須暫停施工，待作業(yè)平臺(tái)晾干碾壓密實(shí)后方可復(fù)工。②泥漿池沉淀池需設(shè)置護(hù)欄，護(hù)欄高度不得小于1.2m，護(hù)欄材料可采用48mm 鋼管制作，埋入深度大于0.5m 且牢靠，懸掛醒目夜光安全警示牌及標(biāo)語(yǔ)，并有足夠的照明設(shè)施。③泥漿循環(huán)使用過(guò)程中防止泥漿泄漏，污染環(huán)境。④起重作業(yè)前必須檢查制動(dòng)器、吊鉤、鋼絲繩和安全防護(hù)裝置是否完好，嚴(yán)禁機(jī)械帶病作業(yè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)樁基施工工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，使得大直徑超長(zhǎng)樁基的施工質(zhì)量得到有效保證，尤其是使用氣舉法進(jìn)行清孔，不但大大加快了清孔速度，而且還使得孔底沉渣厚度得到很好控制，避免了傳統(tǒng)清孔工藝所產(chǎn)生的問(wèn)題。對(duì)泥漿添加輔助外加劑，減少了漿液分離，大大增加了泥漿各項(xiàng)性能，減少了泥漿的排放量，保護(hù)了周邊環(huán)境。此方法為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。