福州鼓山大橋2#主墩鉆孔樁施工質(zhì)量控制

魏文云

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢公司，福州 350007)

福州市鼓山大橋全長1 520 m，跨越閩江，是福州市二環(huán)和三環(huán)連接線中的控制性工程。全橋劃分為主橋、南引橋、北引橋三部分，其中主橋?yàn)?35+235+150+50)m獨(dú)塔自錨式懸索橋，主梁為封閉正交異性橋面板鋼箱梁，橋面寬42 m，雙向8車道。2#墩為主塔墩，分離式基礎(chǔ)，每側(cè)9根 φ2.2 m鉆孔樁，呈行列式布置，樁間距為6 m，樁長82～92 m不等的柱樁。

1 地質(zhì)情況

2#墩位于閩江下游北港，臺(tái)江至馬尾河段主航道區(qū)域。本地區(qū)地質(zhì)主要分為4大層，自上而下依次為:淤泥層3～6 m;沖洪積松散 ～中密砂層20～25 m;沖洪積密實(shí)卵、礫石層20～30 m;下伏基巖為燕山晚期侵入花崗巖層20～30 m。其中50～60 m巨厚砂層和卵石層對(duì)泥漿的要求較高，對(duì)鉆進(jìn)過程中的控制要求很高;強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化和微風(fēng)化在內(nèi)的花崗巖基巖厚度達(dá)到20～30 m，且強(qiáng)度高達(dá)90～120 MPa，對(duì)鉆機(jī)性能要求較高。

2 鉆機(jī)選型

2#墩位于閩江主航道中，所有鉆孔作業(yè)均在水上施工平臺(tái)進(jìn)行。同時(shí)2#墩鉆孔樁直徑大，達(dá)到2.2 m;鉆孔深度大，加上平臺(tái)高度達(dá)到110 m;地質(zhì)情況復(fù)雜，有巨厚的砂和卵石層，基巖為花崗巖，強(qiáng)度高達(dá)90～120 MPa;且嵌巖(微風(fēng)化)深度大，達(dá)到5 m;沉渣要求高，不超過5 cm。因此2#墩鉆孔樁施工難度大，是全橋的控制重點(diǎn)。為確保施工質(zhì)量和進(jìn)度，對(duì)鉆孔樁施工提出較高的要求:①鉆孔樁平面偏位≤50 mm，垂直度偏差≤0.5%;②泥漿指標(biāo)要求封孔前的含砂率≤0.5%，相對(duì)密度在1.05～1.10之間，膠體率達(dá)到98%以上，最終沉渣≤5 cm，泥漿護(hù)壁要好;③工期緊，每根樁施工周期不得超過20 d。根據(jù)以上地質(zhì)情況及鉆孔樁技術(shù)參數(shù)要求，鉆孔樁施工難度相當(dāng)大。能否安全快速優(yōu)質(zhì)施工鉆孔樁，鉆機(jī)性能的好壞是關(guān)鍵。選擇鉆機(jī)時(shí)主要考慮幾個(gè)因素:必須是帶有動(dòng)力頭的，能鉆超長大直徑樁;有較好的液壓提升系統(tǒng);有較強(qiáng)的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。綜合以上幾點(diǎn)最終選擇了當(dāng)時(shí)(2007年)國內(nèi)最先進(jìn)的由中鐵大橋局研制的帶動(dòng)力頭的氣舉反循環(huán)KTY3000-B旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，鉆機(jī)照片見圖1，參數(shù)見表1。

圖1 KTY3000—B旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)

3 鉆孔樁施工質(zhì)量控制

3.1 鉆孔樁施工工藝流程

表1 KTY3000－B鉆機(jī)參數(shù)

測(cè)量放線→護(hù)筒插打→測(cè)量復(fù)核→鉆機(jī)檢修及拼裝就位→鉆機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)、造漿→覆蓋層鉆進(jìn)(刮刀鉆頭)→基巖鉆進(jìn)(球齒鉆頭或菠蘿鉆頭)→終孔檢孔→第一次清孔→下放鋼筋籠、導(dǎo)管→第二次清孔→灌注樁身水下混凝土→質(zhì)量檢測(cè)。

3.2 鉆孔前的準(zhǔn)備工作

3.2.1 機(jī)械準(zhǔn)備

如何正確使用和保養(yǎng)機(jī)械設(shè)備，充分提高機(jī)械設(shè)備的效率，是鉆孔樁在質(zhì)量和工期兩方面控制的關(guān)鍵。而KTY3000-B旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)是技術(shù)比較先進(jìn)，操作比較復(fù)雜的新型鉆機(jī)，所以開鉆前必須對(duì)操作人員進(jìn)行詳細(xì)的培訓(xùn)和交底。特別是對(duì)KTY3000-B鉆機(jī)鉆具、液壓、電器三個(gè)系統(tǒng)的操作、保養(yǎng)及注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)的講解，并制訂詳細(xì)的操作規(guī)程。

3.2.2 技術(shù)準(zhǔn)備

鋼護(hù)筒插打的質(zhì)量直接影響鉆孔樁的成孔質(zhì)量。為確保鉆進(jìn)及鉆頭順利升降，不刮碰護(hù)筒，護(hù)筒應(yīng)有一定剛度，且直徑應(yīng)比孔徑大20 cm，故采用 φ2.4 m(樁徑φ2.2 m)、厚度為14 mm的鋼護(hù)筒。護(hù)筒卷制時(shí)嚴(yán)格控制其圓度，要求直徑誤差在1 cm之內(nèi)，對(duì)接錯(cuò)臺(tái)不超過3 mm。插打過程中嚴(yán)格控制護(hù)筒的各項(xiàng)指標(biāo):平面允許誤差≤50 mm，垂直度控制≤5‰。在護(hù)筒進(jìn)入河床3 m左右時(shí)，再對(duì)護(hù)筒傾斜度進(jìn)行復(fù)核調(diào)整，直到符合規(guī)范要求后，繼續(xù)接高下沉將護(hù)筒插打到設(shè)計(jì)高程為止。護(hù)筒插打到位后，測(cè)量護(hù)筒東南西北四個(gè)方向的傾斜度及孔口平面偏位情況，作為鉆機(jī)就位依據(jù)。鉆機(jī)拼裝就位時(shí)要保持底盤平穩(wěn)、鉆架直立、鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)樁位中心，并將鉆架與平臺(tái)固定，確保在鉆進(jìn)過程中不發(fā)生傾斜和移位，不刮碰鋼護(hù)筒。在開鉆前對(duì)所有的技術(shù)人員和操作人員進(jìn)行技術(shù)作業(yè)交底，如地質(zhì)情況介紹和分析，根據(jù)不同地質(zhì)情況對(duì)泥漿指標(biāo)控制和成孔質(zhì)量要求等提出了不同的技術(shù)要求，鉆孔時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)資料及實(shí)際地質(zhì)情況繪制地質(zhì)剖面圖和填寫鉆進(jìn)記錄。

3.3 鉆孔控制要點(diǎn)

3.3.1 鉆進(jìn)速度及質(zhì)量控制

2#墩兩側(cè)主墩平行施工，受施工平臺(tái)空間限制，每墩只能擺放2臺(tái)KTY-3000B型全液壓旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，每墩9個(gè)孔共需5個(gè)循環(huán)周期。開鉆時(shí)鉆頭中心與樁位中心的偏差不得大于2 cm。孔內(nèi)先灌注泥漿，也可直接投放黏土，鉆機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)造漿。鉆進(jìn)過程中必須勤排渣，使鉆頭能經(jīng)常鉆入新鮮地層。鉆進(jìn)后及時(shí)補(bǔ)入新鮮泥漿以保證護(hù)筒內(nèi)水頭。鉆機(jī)在不同的地層中應(yīng)選擇不同的鉆壓和鉆進(jìn)速度，不同地層的鉆進(jìn)參數(shù)見表2。

表2 不同地層鉆進(jìn)參數(shù)表

開鉆初期低鉆速、低鉆壓鉆進(jìn)至護(hù)筒底口，對(duì)護(hù)筒壁進(jìn)行清理。待鉆至護(hù)筒以下1 m后，再逐漸增加鉆壓和鉆速。當(dāng)鉆頭大部分或全部進(jìn)入巖層后，即可進(jìn)入正常鉆進(jìn)階段，并根據(jù)巖體強(qiáng)度和鉆進(jìn)、排渣情況，逐步調(diào)整鉆速和鉆壓，使鉆機(jī)進(jìn)入“液控”恒壓自動(dòng)給進(jìn)工作狀態(tài)。

在巖層鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓應(yīng)由小逐漸增大，并經(jīng)常撈取鉆渣，觀察鉆渣顆粒情況，當(dāng)鉆渣顆粒大小均勻，且最大顆粒粒徑接近3～5 cm時(shí)，不宜再繼續(xù)加壓。鉆進(jìn)參數(shù)選擇的一般原則:在巖層與巖層交界處宜采用較小鉆壓低速鉆進(jìn);巖面傾斜，巖石破碎或巖層構(gòu)造一邊軟一邊硬宜采用較小鉆壓，較低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn);巖面平整，巖石完整時(shí)宜采用大鉆壓，高速鉆進(jìn);卵石層，宜采用較小鉆壓較低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。

正常鉆進(jìn)過程中，必須遵照減壓鉆進(jìn)的原則進(jìn)行，要求在孔底鉆壓值不超過鉆具(鉆頭、鉆桿及配重塊之和)重量扣除浮力后的80%，并保持重錘導(dǎo)向作用，保證成孔垂直度和孔形。鉆孔注意事項(xiàng)如下:

1)值班人員要準(zhǔn)確測(cè)量鉆桿長度并做好標(biāo)記，以此來測(cè)定鉆孔深度。當(dāng)經(jīng)過測(cè)量換算，確認(rèn)進(jìn)程已達(dá)設(shè)計(jì)高程時(shí)，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，并將鉆頭提起約30 cm，轉(zhuǎn)速由高變低空轉(zhuǎn)5～20 min，將孔底鉆渣排凈。

2)鉆孔過程中應(yīng)填寫施工日志和工程日志，并采集渣樣與設(shè)計(jì)地質(zhì)資料對(duì)比，確認(rèn)巖性指標(biāo)與設(shè)計(jì)相符合。

3)鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進(jìn)行，如確因故須停止鉆進(jìn)時(shí)，將鉆頭提升放至孔外，以免被泥漿埋住鉆頭。

4)鉆進(jìn)成孔過程中，應(yīng)定時(shí)對(duì)鉆孔泥漿抽檢試驗(yàn)，不符合要求時(shí)要及時(shí)調(diào)整泥漿。及時(shí)補(bǔ)充漿液量，使孔內(nèi)泥漿面始終超過外側(cè)水面2 m以上，保證孔壁穩(wěn)定，防止塌孔。

5)加接鉆桿時(shí)，應(yīng)先停止鉆進(jìn)，將鉆具提離孔底8～10 cm，維持泥漿循環(huán)5 min以上，以清除孔底沉渣并將管道內(nèi)的鉆渣攜出排凈，然后加接鉆桿。升降鉆具應(yīng)平穩(wěn)，尤其是當(dāng)鉆頭處于護(hù)筒底口位置時(shí)，必須防止鉆頭鉤掛護(hù)筒。

6)鉆桿連接螺栓應(yīng)擰緊上牢，認(rèn)真檢查密封圈，以防鉆桿接頭漏水漏氣，使反循環(huán)無法正常工作。

7)鉆桿撤出前應(yīng)該反復(fù)核算孔深，經(jīng)確認(rèn)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)方能撤除鉆桿。清孔后用校核過的測(cè)繩(用長鋼尺對(duì)浸濕的測(cè)量繩進(jìn)行校核)測(cè)出孔深。

3.3.2 泥漿循環(huán)及指標(biāo)控制

1)泥漿循環(huán)排渣

鉆機(jī)采用空氣反循環(huán)排渣，鉆孔深度在50 m以內(nèi)時(shí)，只用下部風(fēng)包即可;若鉆孔深度＞50 m時(shí)，需連接中間風(fēng)包，配備空氣壓縮機(jī)，要求風(fēng)量為20 m3/min，風(fēng)壓 P=1.2 MPa。

反循環(huán)排出的泥漿，經(jīng)過凈化后可循環(huán)使用。鉆孔施工過程中，將排渣管接在泥漿預(yù)篩設(shè)施上，濾除粒徑較大的鉆渣顆粒。為提高泥漿指標(biāo)，縮短一次和二次清孔時(shí)間，在進(jìn)入砂層后采用泥漿分離器進(jìn)行泥漿分離，確保鉆孔時(shí)泥漿含沙率不大于4%。經(jīng)過兩次凈化處理后性能指標(biāo)合格的泥漿通過管路流回孔內(nèi)，循環(huán)使用。鉆孔過程中正常情況下每隔2 h測(cè)定一次泥漿性能指標(biāo)，以確保孔內(nèi)泥漿質(zhì)量。如果發(fā)現(xiàn)泥漿性能較差，不能滿足護(hù)壁要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)泥漿指標(biāo)情況加入純堿、PHP等處理，以改善泥漿性能，滿足施工要求。當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)高程時(shí)，將鉆具提離孔底30 cm，維持泥漿循環(huán)，對(duì)泥漿性能進(jìn)行調(diào)整，使泥漿性能指標(biāo)達(dá)到清孔要求。

鉆機(jī)在各地層中的鉆孔指標(biāo):①淤泥質(zhì)土層采用中速、優(yōu)質(zhì)泥漿、大泵量鉆進(jìn)的方法鉆進(jìn)。②砂層，采用輕壓、低擋慢速、大泵量、稠泥漿鉆進(jìn)，以免孔壁不穩(wěn)定，發(fā)生局部擴(kuò)孔或局部坍孔，并充分浮渣、排渣，以防埋鉆現(xiàn)象。③卵石層，采用低擋慢速、優(yōu)質(zhì)濃泥漿鉆進(jìn)，確保護(hù)壁厚度以及充分浮渣。④強(qiáng)度大的花崗巖基巖，采用低擋慢速、優(yōu)質(zhì)濃泥漿全壓鉆進(jìn)。

2)泥漿指標(biāo)

為確保成孔質(zhì)量，提高泥漿護(hù)壁效果，縮短二次清孔時(shí)間，采用優(yōu)質(zhì)PHP泥漿。在泥漿原材料試配時(shí)應(yīng)全面測(cè)試泥漿性能指標(biāo)，以確定合理的配比。測(cè)定指標(biāo)包括:相對(duì)密度、黏度、含砂率、膠體率、失水率、泥皮厚度、酸堿度、靜切力。不同地層、不同鉆孔階段泥漿指標(biāo)見表3、表4。

表3 不同地層的泥漿指標(biāo)

表4 優(yōu)質(zhì)PHP泥漿各階段性能指標(biāo)

在鉆進(jìn)成孔過程中每隔2 h測(cè)試一次泥漿性能指標(biāo)，主要測(cè)試指標(biāo):相對(duì)密度、黏度、含砂率，并做好記錄，其他指標(biāo)根據(jù)實(shí)際情況不定期抽檢。施工中專人檢查泥漿性能，根據(jù)不同的地層及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)。為了保證二次清孔質(zhì)量和縮短二次清孔時(shí)間，成孔后第一次清孔就應(yīng)按照封孔的要求進(jìn)行，要求泥漿指標(biāo)達(dá)到如下要求:相對(duì)密度1.05～1.11，黏度17～20 s，含砂率＜0.5%，且孔底沉渣厚度不大于5 cm。

終孔驗(yàn)收合格后，即可下放檢孔器，滿足要求后報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收。經(jīng)驗(yàn)收合格后下放鋼筋籠，鋼筋籠到位后，再次對(duì)樁底沉淀進(jìn)行檢測(cè)，若不滿足規(guī)范或設(shè)計(jì)要求，需采用混凝土灌注導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔。清孔時(shí)及時(shí)補(bǔ)充孔內(nèi)泥漿，維持孔內(nèi)水頭高度。

二次清孔后泥漿性能指標(biāo)應(yīng)滿足灌注前泥漿性能要求:沉渣厚度≤5 cm，含砂率＜0.5%，泥漿相對(duì)密度在1.08左右，膠體率＞98%，黏度在20 s左右。達(dá)到要求后，立即拆除清孔頭帽和高壓風(fēng)管，進(jìn)行水下混凝土灌注作業(yè)，其間隔時(shí)間越短越好。

4 結(jié)語

福州鼓山大橋2#主墩鉆孔樁施工，在開鉆前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作充分，鉆進(jìn)過程中采取嚴(yán)格的管理和控制措施:①鉆進(jìn)過程采用優(yōu)質(zhì)的 PHP泥漿，膠體率達(dá)到98%以上;②采用泥漿分離器，嚴(yán)格控制泥漿的含沙率，使得泥漿性能相當(dāng)穩(wěn)定，泥漿指標(biāo)控制得較好;③根據(jù)不同的地層及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)，調(diào)整機(jī)械性能。不但確保成孔質(zhì)量，也大大縮短了成孔和清孔時(shí)間，成孔時(shí)間在10～13 d左右。有效提高施工效率，確保工期，為以后類似工程施工提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］楊玉泉.復(fù)雜地質(zhì)條件大直徑長樁沖擊成孔質(zhì)量的控制［J］.鐵道建筑，2008(4):71-73.

［2］宋運(yùn)財(cái).鉆孔灌注樁施工中質(zhì)量缺陷的預(yù)防與處理［J］.鐵道建筑，2006(8):33-34.

［3］中華人民共和國交通部.JTJ041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000.