沖擊鉆機在分離式立交橋樁基施工中的應用

彭建江

(湖南路橋建設集團公司)

1 工程概述

常德至吉首高速公路項目土建工程第一合同段起于常德市斗姆湖,經由常德市鼎城區(qū)許家橋鎮(zhèn)、丁家港鄉(xiāng),終于桃源縣漳江鎮(zhèn),起點樁號K 4+117.919,終點樁號為K 19+000,里程全長 14.882 km,其中,中堰村分離式立交橋(下文簡稱本項目)樁號為K 6+593。原設計為樁長 15m的摩擦樁基礎,原設計地質情況是:0～2.0m為種植土和亞粘土,2.0～3.6m為松散卵石層,3.6～27.6m為稍密 -密實卵石層。而實際地質情況為:0～1.5m為種植土和亞粘土,1.5～4.5m為卵石,4.5～9.5m為砂層,含少量卵石,與原地質報告有出入。經各方現場辦公考察,決定修改樁長,修改樁長需考察橋位區(qū)可能產生的負摩擦力,并扣除9.5m樁基摩擦力,將摩擦樁適當加長(見表 1)。本項目跨徑為 3×13m,上部構造為預應力簡支空心板,下部構造為肋板式、樁基礎,橋寬 2×11.75m,共有樁基 24根,共計 360m。

表 1 K 6+593中堰村分離式立交樁基長度變更情況一覽表

2 施工方法

根據本橋地質情況,上部堆積角礫層及橋兩側墩臺亞砂土、亞粘土可鉆性較好,下部全風化、強風化泥巖可鉆性較差,根據孔徑、孔深及地質情況綜合考慮,并按照工期考慮配置沖擊鉆鉆機進行施工,鉆頭為沖擊錘。鉆孔采用沖擊鉆鉆進,沖擊錘沖擊土自造漿護壁。上部角礫層利用膨脹土造漿,下部泥漿利用原土進行造漿,鉆孔完成后利用汽車吊配導管進行水下混凝土灌注。

3 成孔施工工藝

3.1 施工前的準備工作

成孔施工工序較多、技術要求高、工作量大,并需在短時間內連續(xù)完成的地下隱蔽工程,施工前,要根據設計文件的要求,綜合考慮工程地質、水文地質、機具設備、材料供應及勞動力等諸因素,認真做好施工設計,以保質、保量、按期完成施工任務。在砂卵石地層中成孔,首先要認真研究工程地質勘察報告,搞清砂卵石粒徑的大小、成分、含量、層厚,分析造成易掉塊、垮孔、孔斜的原因、程度,了解地下水位和地層的滲透性等,制訂正確的施工方案,選擇合適的成孔機具以確保成孔的進度和質量。

3.2 下放護筒

泥漿護壁成孔灌注樁一般需在孔口埋設護筒。在砂卵石地層的鉆孔樁施工中,均下入鋼護筒。本項目地下水位埋深超過 1m,在砂卵石地層中施工的鉆孔樁護筒的埋設方法如下。

采用挖孔埋設:先在樁位處挖出比護筒外徑大 80～100 cm的圓坑,然后在坑底填筑 50 cm左右厚的粘土,分層夯實:然后通過定位的控制樁放樣,把鉆孔中心位置標于坑底,再把護筒吊放進坑內,用十字架在護筒頂部找出護筒的圓心位置,然后移動護筒,使護筒中心與鉆孔中心位置重合,同時用水平尺或垂球檢查,使護筒垂直,此后,在護筒周圍對稱邊,均勻地回填最佳含水量的粘土,分層夯實,達到最佳密實度。最后,復測護筒頂部中心與樁位之間的偏差和護筒垂直度偏差。要求不超出規(guī)范容許值(≤50mm)。

3.3 成孔

(1)成孔設備。

成孔設備采用沖擊型鉆機,配備在沖抓錐與 3 t重沖擊錘。其施工設備是采用一臺卷揚機帶動鋼絲繩,鋼絲繩在孔口的吊架上以單門滑車吊有十字型重力式沖擊鉆頭,往復起吊和自由落下,以沖擊的方式鉆孔。

(2)施工準備。

①根據樁頂設計標高、自然地表高程,用機械配合人工平整場地,按鉆孔平面布置修筑鉆機、混凝土運輸進出場便道,場地面積要滿足擺放鉆機、挖泥漿池,灌注混凝土時泵車及混凝土攪拌運輸車停放等需要,還應留出擺放鋼筋籠的位置。

②根據總監(jiān)辦批復的平差后導線點坐標及中堰村分離立交三角控制網,利用全站儀定出孔位中心樁,并設置好騎馬護樁并在護樁上標注出基面標高。

③埋設護筒,在護筒頂部設置溢漿口和泥漿池間用泥漿溝連接起來。護筒頂面高出地面0.3m左右,護筒內徑比樁徑大 400mm。

(3)鉆進方法。

樁孔定位下好護筒后,將粘性好的粘土拋入孔口內,加清水用沖擊錘沖擊造漿,同時在沖擊中鉆進進尺。并根據實際需要,向孔內添加粘土和水,達到制作泥漿與保護孔壁的作用后,提上沖擊錘,下入沖抓錐,進行沖抓鉆進,沖程 2～3m。采用沖抓鉆進,一是可以撈出沖擊鉆進時的鉆碴,二是鉆進進尺速度比沖擊鉆進快。沖抓鉆進到一定程度后,提出沖抓錐,再拋入優(yōu)質粘土,改沖擊造漿護壁鉆進。經此重復進行,穿過砂卵石地層。同時設置測量控制標志,及時測量,認真做好記錄。鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進行。開鉆時慢速鉆進,待導向部位及鉆頭全部進入地層后,再加速鉆進,但嚴格控制鉆進速度,尤其是巖質變化交界處、松軟地層中鉆進施工。起落鉆頭速度均勻,嚴禁突然加速以免鉆頭碰撞孔壁或護筒。根據鉆孔鉆進速度的變化和土層取樣認真做好地質情況記錄,繪制孔樁地質剖面圖。及時用取樣罐放到需測深度,取泥漿進行檢查,確保孔底泥漿濃度滿足要求。

(4)質量評述。

在砂卵石地層采用沖抓與沖擊相結合的鉆進方法,集合了沖擊鉆進沖擊造漿護壁和沖鉆進無需撈鉆碴及進尺速度快的優(yōu)點。把鉆進、護壁、撈碴等工藝緊密地結合在一起,使施工得到順利進行。有利于提高鉆進速度,保證工程質量。該工程鉆孔樁,孔壁無坍塌現象,成孔順利,灌注成樁后,經長沙理工大學土木工程結構檢測試驗中心進行全部檢測,單樁承載力全部超過設計要求,質量完全合格。

3.4 清孔

(1)清孔的質量要求。

①GBJ202-83規(guī)定:孔壁土質較好,用原土造漿的鉆孔,清孔后泥漿相對密度應控制在 1.1左右;孔壁土質較差時,清孔后的泥漿相對密度應控制在 1.15～1.25;灌注混凝土前,對于以摩阻力為主的樁,孔底沉渣厚度不得大于300mm,對于以端承力為主的樁,孔底沉渣厚度不得大于100mm;

②JTJ041-＄9規(guī)定:清孔后泥漿的相對密度為 1.05～1.2,粘度為 17～20 s,含砂率≤4%,孔內沉渣厚度摩擦樁不大于 0.4～0.6 d(d為設計樁徑),端承樁不大于設計規(guī)定(一般不大于 50mm)。

(2)清孔的方法。

本項目采用正循環(huán)清孔的方法進行清孔,先將鉆頭提離孔底 80～100mm,輸入相對密度為 1.05～1.08的新泥漿進行循環(huán),把樁孔內懸浮大量泥渣的泥漿替換出來,并清洗孔底。孔底沉淀物粒徑較大,正循環(huán)泥漿清孔難以將其攜帶上來,或長期清孔,孔底沉渣厚度仍超過規(guī)定要求時,應改換清孔方式。正循環(huán)清孔時,孔內泥漿上返流速不應小于0.25/s,返回孔內泥漿的相對密度不宜大于 1.08。清孔后從孔底提出泥漿試樣,進行性能指標試驗,用比重計測量孔內的泥漿比重,最后利用測錐量測孔內沉碴厚度,沉碴厚度小于規(guī)范要求的 300mm即符合要求。

4 結 語

目前,沖擊鉆機在湖南省高速公路分離式立交橋施工中應用廣泛,鉆孔樁基穿過 20m以上的厚層砂卵石層尤為普遍。在施工過程中,按照設計、技術規(guī)范的要求.嚴格執(zhí)行施工技術工藝和控制鉆孔樁基的施工過程,均能保證成樁的質量。同時,砂卵石鉆進中存在的主要問題是孔壁不穩(wěn)、清洗液漏失嚴重、碎巖困難、鉆效低。對于某一特定的砂卵石地層,必須根據其自身的地層特點,選擇合適的鉆機鉆具及成孔工藝。同時,成孔工藝必須按規(guī)范規(guī)程操作,并要有專人負責。成孔后,要及時清孔,清孔達標后,盡快灌注水下混凝土,以防出現意外事故。

[1] JTJ041-2000公路橋涵施工技術規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 李奮強.砂卵石地層鉆孔樁成孔施工技術[J].巖土工程界,2001,(3).

[3] 吳放鶴.對鉆孔灌注樁及基礎的質量檢測與評定[J].紅水河,1994,(4).