橋梁工程大直徑嵌巖鉆孔灌注樁施工技術探討

張振明

橋梁工程的水文地質與工程地質條件往往十分復雜，基礎承載面變化大，并且往往存在危害橋梁安全的其他附帶條件的變化。對于此類情況，施工效率和施工質量會受到一定的影響，因此必須對橋梁施工過程中采用的鉆孔施工技術進行探討，以利于項目施工的進展和項目質量目標的實現。

1 工程概況

1)覆蓋層。橋塔處覆蓋層為第四系松散層，厚度38.8 m～40.0 m。強度低，易縮頸、塌孔。埋深 31.0 m～34.4 m的厚度內以層狀軟土為主，局部夾薄層狀粉砂或亞砂土。下部為全新世早期沖洪積亞黏土，含卵礫中粗砂。

2)基巖。該地段基巖為花崗巖、花崗斑巖、花崗質碎裂巖，上部分布有強風化層、弱風化層、微風化層。基巖頂板標高-35.51 m～-37.70 m，整體由東向西微向上傾。風化層厚薄不均，致使微風化層頂面變化較大，標高-49.32 m～-56.30 m，塔西側自南向北逐漸變深，東側自西北往東南逐漸變深。微風化層均為花崗巖，硬度大，巖石強度58.3 MPa，鉆孔作業困難。

3)施工難點。a.水上鉆孔平臺有限，泥漿循環系統難以按常規布設。b.地質條件復雜，上部淤泥類土中大量夾砂，圓礫、漂石層最厚處達20 m，且粒徑變化大;鉆進時泥漿中鉆渣多，難以凈化。c.鋼筋籠主筋連接接頭多達240余個，若采用常規電焊方法連接，孔口安裝時間長，也不利于樁孔安全。d.單樁水下混凝土灌注量大，一般都超過300 m3，灌注時間長。

2 施工準備

2.1 鉆孔平臺搭設及鉆孔順序的確定

由于施工場地全部系魚塘回填而成，地基承載力很低，采用鋼管樁作為平臺的基礎，鋼管樁直徑為80 cm、壁厚10 mm，共30根，樁頂高程4.5 m，25根主承載樁入土深度為14 m，5根輔樁入土深度為5 m，主樁用于承載平臺及鉆機的荷載，輔樁用于邊樁鉆孔時放置鉆機泵站等。

因受場地條件限制，若要在鉆孔平臺外圍搭設“龍門”作為鉆孔的輔助起重設備，占地面積大，地基處理時間長，費用也高。根據現場情況及鉆機到場次序，具體的鉆孔施工順序安排如下:

在護筒埋設完成后，先搭設中間兩排樁的鉆孔平臺，將外排樁位處用毛石回填作為鉆孔輔助起重設備——吊車(東塔區為200 t履帶吊，西塔區為65 t履帶吊)的行走便道，在中間兩排樁施工完成后，挖除外排樁護筒中回填的毛石，將平臺的底層貝雷接長，平移頂層貝雷至外排樁位處，重新拼裝鉆機，施工兩邊外排樁。

2.2 護筒埋設及護筒標高確定

護筒埋設方法:人工在樁位處按護筒輪廓線挖深1 m，利用鋼管樁平臺設置導向架，護筒吊裝就位，采用DZ150振動錘沉設，65 t的履帶吊車配合作業。在沉設過程中，用經緯儀沿十字軸線控制其垂直度，精度控制在1%。護筒頂面標高按反循環孔內水位大于地下水2 m的要求設定，實際標高:護筒頂+5.8 m、最高地下水位+3.32 m。同時，護筒頂面高出地面不小于30 cm。

2.3 鉆機就位

鉆機的精確就位對控制樁孔平面位置和垂直度非常重要。首先在鉆孔平臺上放出樁位中心線，鉆機就位后用千斤頂調整鉆機底盤，使鉆盤中心與樁位中心重合，然后測量鉆機底盤頂面四角的高差，用50 t千斤頂對鉆機底盤進行調平，使高差控制在3 mm之內，最后復核中心、高差無誤后即可固定好鉆機，安裝鉆具準備開鉆。

2.4 泥漿配制與泥漿循環方式

1)泥漿配制。配制泥漿的主要原料為膨潤土和水，并摻入適量的純堿和CMC。配制后的泥漿指標為:比重 1.06～1.07，稠度18 s～20 s，含砂率小于1%，膠體率大于95%，失水量小于15 mL，pH值8～10;泥漿配制的加料順序為:先加水再加膨潤土和堿，攪拌3 min后，加CMC再攪拌1 min，總攪拌時間為5 min。新漿泵入儲備池后，待泥漿與堿作用24 h后投入使用。

2)泥漿循環方式。在承臺東、西兩側每臺鉆機各建一個450 m3的泥漿池，并分隔成沉淀池三個，循環池一個，新漿儲備池一個。同時，每個泥漿池配置制漿機2套、1 m3清渣挖機1臺、BS200型泥漿泵2臺等。正循環鉆孔時，泥漿從循環池由BS200型泥漿泵經鉆桿泵入孔底，鉆渣隨泥漿上浮順泥漿槽流入沉淀池Ⅰ;反循環時，泥漿以氣舉方式(或泵吸)排入沉淀池Ⅰ，通過沉淀池自然沉淀，并經循環池作必要的調整后，由輸漿槽流入孔內，進行補漿。

3 鉆孔作業

1)覆蓋層。針對短護筒保護孔口的方案和覆蓋層多為淤泥質亞黏土、亞砂土，鉆孔時易塌孔和縮頸的特點，嚴格按照表1控制鉆孔工藝等措施。鉆孔工藝:正循環、小鉆壓、高轉速、進尺速度不大于3 m/h，同時，上下反復掃孔，消除縮頸現象。

2)強風化巖層。開始進入巖層時，采取小鉆壓、低轉速鉆進，避免因巖面傾斜或不平整造成斜孔或出現鉆具跳動;待鉆尖進入巖層50 cm～100 cm，并形成良好的導向后，改正循環為反循環，逐步加大鉆壓、提高轉速，增大風量，促進泥漿的循環與排渣，提高鉆進速度。

3)弱風化、微風化巖層。該層巖石強度高，鉆孔作業困難，采用大鉆壓、低轉速，同時增加泥漿沖洗量，降低泥漿的比重及粘度，以提高攜渣率和鉆進速度。

4)鉆孔時基巖風化程度的判定。設計對32根樁基中的15根進行了地質鉆探。由于基巖的風化層厚度變化較大，而且強度不均，巖層分布復雜，為準確判定基巖的風化程度，在施工過程中，對設計遺留的17根樁進行地質鉆探，采集巖樣，探明了各樁位的巖層分布、風化程度、力學性質、裂隙狀況等，為設計與施工提供可靠的依據。

5)鉆進參數。各土層鉆進參數見表1。

6)鉆進效率分析。鉆孔準備階段，根據地質鉆探資料和鉆機的技術性能指標，結合試樁經驗，對各巖層的鉆壓、鉆頭轉速、鉆進速度、洗孔系數、泥漿流量、風量等技術參數進行了計算，計劃的進尺速度為:覆蓋層進尺速度不大于3 m/h，采用正循環鉆進;強風化巖層0.2 m/h～0.3 m/h，采用反循環鉆進;微風化巖層小于0.2 m/h，采用反循環鉆進。

表1 各地層鉆進參數表

7)清孔。至終孔標高前15 cm開始調整泥漿指標，終孔后提起鉆頭30 cm～50 cm采取換漿法清孔。

8)檢孔。成孔后對孔深、傾斜度、孔徑、沉淀厚度等進行檢測。孔底高程的檢測，以鉆桿(包括鉆頭)長度為準，待鉆機移位后，再用鋼絲測繩進行孔深測量，鉆桿長度減去測量孔深為沉淀層厚度。孔徑、孔形和傾斜率的檢測，采用了JJC-A型鉆孔灌注樁檢測設備。

4 施工經驗總結

1)合理的鉆孔施工順序及施工組織，避免了大口徑群樁施工樁機移位必須搭設龍門。2)復雜地基覆蓋層中大口徑鉆孔灌注樁施工，采用淺護筒埋置，優質泥漿護壁配合以合理的鉆孔控制措施取得成功，大大節省了成本，縮短了工期。3)合理選擇鉆機鉆具、鉆頭、鉆進方法，提高鉆機班組的操作水平，對鉆進效率的影響很大。4)施工過程中采取了正確的施工工藝和配置了高質量的泥漿，引入等強度直螺紋套筒連接技術，縮短了超深、超大直徑鋼筋籠井口連接時間，確保了工程的質量和較高的施工效率。

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