蘆河特大橋水中區鉆孔樁施工技術

鐘 文

(中鐵二局股份有限公司，四川成都610031)

1 工程概況

1.1 橋型簡介

太中銀鐵路設計為旅客列車速度目標值160 km/h，預留200 km/h速度條件，所有橋梁結構滿足200 km/h客貨共線鐵路技術標準，主要段落為雙線電氣化鐵路。太中銀鐵路楊橋畔蘆河特大橋(以下簡稱“蘆河特大橋”)斜跨陜西省靖邊縣蘆河，中心里程DK383+838.30，為21～32 m簡支粱橋，全橋長695.96 m。位于R=4500曲線及縱坡為4.5‰的上坡道，橋臺為T形實體臺，高度5.47 m、4.99 m，臺后設置路橋過渡段;9#～15#墩為雙線圓形實體墩(墩高均為25 m)，其它橋墩采用圓端形實體墩(墩高3.5～14.5 m);基礎為鉆孔樁基礎(9#－15#墩D=1.5 m，其余墩D=1 m)，樁長30～50 m，共計224根，9 376 m，采用沖擊及旋挖鉆機進行施工，均為摩擦樁，樁底置于σ0=200～300 kPa粉砂層上。

橋址處河道寬220 m，與河道呈35°斜交，9#～15#墩均位于河道中，其鉆孔樁基礎樁徑1.5 m，樁長30～43 m，共計84根，3276 m。全橋布置如圖1所示。

1.2 工程地質、水文地質情況

該橋位地區地震基本烈度6級，α=0.05g，Tg=0.35，凍結深度1.2 m。橋位處地層結構分布由上自下為新黃土、細砂、粉砂、粉砂巖。底層粉砂承載力σ0=200 kPa。

河道水較淺，水深一般在0.5～1 m。地下水及地表水對混凝土具有硫酸鹽侵蝕，環境作用等級H1。橋梁范圍內高程為1285.95 m以下的樁基、承臺及墩身嚴格按《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定》執行。

該橋位于陜西省靖邊縣楊橋畔鎮境內，沙漠地形較為平緩，地勢自西向東緩傾，平均海拔1290 m。

2 總體施工方案

本文主要討論位于河道淺水中的9#－15#墩位處鉆孔樁施工。由于河道中水淺、流量小，在搭設樁基施工平臺時，不建施工棧橋，直接筑島作平臺，可節省施工費用;同時，考慮到橋位處地層結構，砂巖強度高，決定采用沖擊鉆機進行樁基成孔施工。

3 施工操作要點

3.1 施工準備

樁基施工前先行沿橋位從河岸向河中填土筑島形成施工平臺，并順水流方向埋設4根Φ1000 mm過水涵管保證水流的正常通過。施工平臺頂寬20 m，高出附近水面50～80 cm，迎水面邊坡坡度按1∶1.5，背水面邊坡坡度1∶1控制，用挖掘機斗將坡面夯實，從而形成鉆孔平臺。再由測量組將樁孔進行測量定位，并設置好護樁。

3.2 埋設護筒

采用厚10 mm的鋼板制作成整體鋼護筒，直徑1.9 m(直徑比樁徑大40 cm)，長度4 m。護筒埋深要求在地面以下不小于3.7 m，頂端高出地面0.3 m。鉆機就位前，用長臂挖掘機開挖至護筒埋設底標高并吊裝護筒，然后檢查護筒中心和垂直度，護筒中心軸線應對正測量標定的樁位中心，其偏差不得大于5 cm，并嚴格保持護筒的豎直位置(傾斜度＜1%)，符合要求后四周分層回填黏土。

3.3 泥漿制備

(1)泥漿原料盡可能使用膨潤土，使用粘土時應符合以下要求:選用塑性指數大于25，小于0.05 mm粒徑含量大于50%的粘土制漿。

(2)泥漿的循環和凈化:針對鉆機特點，在施工前對泥漿的循環和凈化結合施工場地作合理布置。設置泥漿池、沉淀池并用循環槽連接。

橋位處表層鉆孔平臺土為新填，下部的粉砂層、細砂層在鉆進過程中護壁不好極易坍孔，故采用了粘結性強的膨潤土造漿。

3.4 鉆機就位

本橋施工采用CZ－30沖擊鉆機鉆孔，鉆機就位后，調平鉆機，拉好纜風繩，將鉆頭中心與樁位中心對齊，保證插鉆正確，防止鉆孔偏斜。平臺部分位置承載力比較低，為避免地基局部受力產生不均勻沉陷，影響鉆機穩定性和對孔壁產生壓力，鉆機在就位時均在其底鋪放枕木，以增大受力面積。

3.5 鉆進

3.5.1 開孔

檢查鉆機機況完好后，即可開鉆。開孔時，不要急于進尺，放入粘土和小片石，低沖程、高頻率、濃泥漿反復沖擊，使初成孔堅實、豎直而圓順，在后續鉆孔過程中起導向作用。

用十字形鉆頭鉆孔時，開孔前應在孔內多放一些粘土，并加適量粒徑不大于15 cm的片石，頂部拋平，用低沖程沖砸(簡易鉆機沖程0.5～1.0 m)，泥漿比重1.4～1.6左右，鉆進0.5～1.0 m，再回填粘土(如地表為砂土，第二次宜回填1∶1的粘土和碎石;如為軟土和粉砂，即回填粘土和粒徑不大于15 cm的片石。)繼續以低沖程沖砸。如此反復兩三次，必要時多重復幾次。若使用一字形和管形鉆頭，鉆孔前，宜先注入泥漿。

3.5.2 鉆進

(1)鉆進過程中，必須勤松繩、勤抽渣，使鉆頭經常沖擊新鮮巖層。要經常檢查泥漿比重和含砂率，并填寫泥漿試驗記錄表。鉆進時，起落鉆頭速度要勻速，不得過猛或驟然變速。鉆孔應一次成孔，中途不得停頓。并按規范作好鉆孔記錄。

(2)在鉆進中通過堅硬密實卵石層或基巖漂石的土層時宜采用高沖程(100 cm);在通過松散砂礫或卵石夾土層時宜采用中沖程(75 cm)。以免沖程過高引起坍孔。

(3)在鉆進過程中要均勻放松鋼絲繩的長度。一般在松軟土層可松繩5～8 cm/次，在密實堅硬土層可松繩3～5 cm/次。以免“打空錘”。

3.5.3 注意事項

(1)沖擊鉆孔，為防止沖擊振動使相鄰孔壁坍塌或影響鄰孔剛灌注的混凝土凝固，應待鄰孔混凝土灌注完畢，一般經24 h(或強度達到2.5 MPa)后，方可開鉆，并采用對角施鉆。

(2)升降鉆頭時須平穩，鉆頭提出井口時要防止撞碰護筒、孔壁、掛鉤和護筒底部。

(3)鉆孔作業分班連續進行，經常對鉆孔泥漿進行試驗，不符合要求時隨時改正，經常注意土層變化，在土層變化處均應取渣，判明土層，并填入記錄中，與地質圖核對。

(4)如發現有失水現象，護筒內水位緩慢下降，應補水投粘土。如泥漿太稠，進行緩慢時，應抽渣換漿。開孔時，為了使鉆渣泥漿盡量擠入孔壁，一般不抽渣。待沖砸至護筒下3～4 m時(鉆頭頂在護筒下超過1 m時)，方可加高沖程正常沖進。4～5 m后，方可勤抽渣。鉆進時隨時注意，保持孔位正確。

(5)鉆孔時要查看鋼絲繩回彈和回轉情況，耳聽沖擊聲音，借以判斷孔底情況。要掌握少松繩的原則，松多了會減低沖程，過于松少了猶如落空錘，損壞機具。松軟地層時，一般每次松繩5～8 cm，均勻堅硬土層3～5 cm。

(6)鉆頭直徑磨損不應超過1.5 cm，應經常檢查，及時用耐磨焊條補焊。并常備兩個鉆頭輪換使用、修補。為防止卡鉆，一次補焊不易過多，且補焊后在原孔使用時，宜先用低沖程沖擊一段時間，方可用較高沖程鉆進。

(7)為保證孔形正直，鉆進中應常用檢孔器檢孔，檢孔器可用圓鋼制成，其高度為鉆孔直徑4－6倍，直徑與鉆頭直徑相同。每鉆進4～6 m檢孔一次，接近及通過易縮孔土層或更換鉆頭前，必須經過檢孔。將檢孔器放到孔底后方可放入新鉆頭。如檢孔器不能沉到原來已鉆到的深度，或鋼絲繩(拉緊時)的位置偏移護筒中心時，則考慮可能發生了彎孔、斜孔、或縮孔情況，應及時采取補救措施。

(8)為控制泥漿比重和抽渣次數，需及時用抽樣罐放到需測探深度，取泥漿進行檢驗，及時向孔內灌注泥漿或投碎粘土。抽渣后，應測孔一次，再分批投粘土，直到泥漿比重達到正常為止。沖孔時每隔3～4 h，將鉆頭或抽渣筒在孔內上下提幾次，把下面的泥漿拉上來，以護孔壁。

3.6 驗孔、清孔

鉆孔達到設計標高后，對孔位中心偏差、孔徑、孔深、垂直度等采用測繩、檢孔器等進行全面檢查(允許偏差見表1)，符合設計及規范要求后，應進行清孔。其目的是在于使沉淀層盡可能減薄，提高孔底承載力，同時也為了灌注混凝土時保證質量，不出現故障。采用抽渣法清孔直到用手摸泥漿無2－3 mm大的顆粒且比重在規定指標之內時為止。清孔時及時向孔內注入清水或新鮮泥漿。灌注混凝土前進行二次清孔，采用導管連接泥漿泵，壓入清漿，換漿清孔，沉渣厚度摩擦樁不超過30 cm。

清孔完畢后，用檢孔器對鉆孔樁成孔孔徑、孔深進行檢查，并報監理工程師核實地質情況，對孔徑、孔深、孔位、垂直度、孔底沉渣厚度等進行檢查，灌注前泥漿可以達到比重1.07～1.10、粘度18～20 s、含砂率小于1%、膠體率大于98%，合格后方可進行混凝土的灌注。

表1 鉆孔樁允許偏差

3.7 鋼筋籠制作與入孔

鋼筋籠在加工場統一加工，采用自動滾焊成型機制作，通過自制雙輪拖車運輸到樁位，用汽車起重機起吊入孔。鋼筋籠每2 m在籠身上均勻安裝4個保護層墊塊;同時將鋼筋籠4根主筋延長，使其露在孔內水面以上，然后恢復樁位進行對中，對中好后再用吊筋懸吊;鋼筋籠頂部通過鋼筋與護筒口焊接相連，以預防鋼筋籠在混凝土灌注過程中上浮。

3.8 灌注水下混凝土

水下混凝土采用直徑25～30 cm鋼導管，導管使用前應做水密性試驗。在安裝導管時檢查連接絲口墊圈完好，保證其密閉性。安裝導管的過程中仔細記錄安裝順序和長度，作為灌樁拆管的依據。

混凝土坍落度控制在180～220 mm。灌注前用循環泥漿泵抽水沖射孔底3～5 min，翻動沉淀物，然后立即灌注水下混凝土，宜一次性連續灌注完成，不得間斷。灌注過程中派專人作好混凝土灌注記錄，隨時測量混凝土表面高度及導管埋入混凝土的深度，保證導管任何時候埋入混凝土的深度不小于2 m，亦不大于6 m。混凝土澆筑至高出設計樁頂100 cm為止。水下混凝土灌注完畢，拆除導管，慢速將護筒拔出，回收利用。

4 鉆孔樁常見問題處理

4.1 坍孔

孔口坍塌容易發現，而孔內坍塌則需仔細觀察現象，如孔內水位突然下降;孔口水面冒細密的水泡;出土量顯著增加，沒有進尺或進尺甚小;孔深突然變淺，鉆頭達不到原來的孔深;鉆機負荷顯著增加等等，均表明孔內已有坍塌。預防和處理方法為:

(1)在松散的粉砂土、淤泥層或流砂中鉆進時，應控制進尺，選用較大比重、粘度、膠體率的優質泥漿(或投入粘土、片石低錘沖擊使粘土膏、片石等擠入孔壁)。

(2)如孔口坍塌，可回填重新埋設護筒再鉆。或下鋼護筒至未坍處以下至少1 m。

(3)孔內坍塌不嚴重者，可加大泥漿比重繼續鉆進。較嚴重者，可回填砂石或粘土混合物到坍塌位置以上1～2 m，甚至全部回填再鉆。若坍塌埋住鉆頭，應先清孔，后提起鉆頭。

(4)嚴格控制沖程高度。

4.2 彎孔

在鉆孔時，由于鉆孔方向傾斜產生彎孔，嚴重者影響鋼筋籠的安裝和樁的質量。預防和處理方法為:

(1)安裝鉆機時要使轉盤、底座平正。起重滑車緣與固定鉆桿的卡孔和護筒中心三者應在一根豎直線上，并經常檢查校正。

(2)彎孔不嚴重時，可重新調整鉆機繼續鉆進。沖擊鉆孔應回填粘土夾砂卵石或小片石至彎孔以上0.5 m，待沉積或用低沖程沖擊密實后再鉆進。不得用沖擊鉆頭直接修孔，以免卡鉆。

4.3 糊鉆

沖擊鉆進時，可降低沖程，降低泥漿稠度，在粘土層上回填部分砂、礫石防止吸住沖擊鉆頭。

4.4 縮孔

地層中夾有塑性土壤(俗稱橡皮土)，遇水膨脹后使孔徑縮小。或鉆頭磨損嚴重未及時補焊，鉆出小于設計樁徑的孔。遇到這種情況時，可采用上下反復掃孔的方法擴大、或回填砂粘土，待密實后重鉆。

4.5 梅花孔

梅花孔或探頭石(即孔形不圓有局部孔壁凸進)是沖擊鉆孔經常遇見的事故，其原因是:泥漿太稠，妨礙鉆頭轉動;轉向裝置失靈，鉆頭總在一個方向上下沖擊;操作時鋼絲繩太松，或沖程太低，鉆頭得不到充分轉向時間，這樣就容易在基巖中形成梅花孔。在非勻質地層如漂、卵石層、堆積層等易出現探頭石。當出現以上情況時，一般用強度高于基巖或探頭石的碎石或片石回填重鉆。

4.6 卡鉆

鉆頭在距孔底一定高度卡住，提不上來，但向下可以活動為上卡。在孔底卡住，無法活動為下卡。卡鉆后處理方法為:

(1)上下提動鉆頭，使之旋轉，并用撬棍配合，左右反復撥動大繩，使鉆頭能沿下落的原道提出。

(2)用小鉆頭沖擊卡鉆一邊孔壁或鉆頭，使鉆頭松動后，再起吊。

(3)先探準障礙物的位置，收緊鉆頭大繩，可用沖、吸的方法將卡鉆處松動后提出。

(4)在無活動余地的情況下，可用強提法，強提的支撐枕木垛位置要離孔口范圍遠一些，以免孔口坍塌，并用保險繩，以免拉掉大繩而掉鉆。具體可用滑車組、杠桿、千斤頂等辦法使力拉拔鉆頭。在處理過程中，要繼續攪拌泥漿，以防沉淀埋鉆。

4.7 掉鉆

掉鉆后，應及時摸清情況，如孔深，鉆頭是否偏斜，有無坍孔等，若鉆頭埋住，應首先清孔，使打撈工具能接觸鉆頭。打撈方法有以下幾種:

(1)打撈叉法:當沖擊鉆頭或沖抓鉆頭鋼絲繩折斷或鋼絲繩卡松脫，在鉆頭上留下不少于2 m鋼絲繩時，可采用叉式撈針在孔內上下提動，將短鋼絲繩卡住提出鉆頭。

(2)鉤取法:鉆頭上預先焊有鋼筋環或打撈橫梁等，可用鉤子掛取。

(3)套繩法:將單繩套(或雙繩套)套住沖擊鉆頂端。有困難時可用帶有套繩的導圈，導圈固定在有剛度的桿上或抽渣筒下端，送到預先探準的位置上，將鉆頂端套住，收緊套繩取出。當孔內掉進零星落物或工具時，可用電磁鐵吸取或沖抓鉆頭取出。

5 結束語

本橋224根鉆孔灌注樁(其中淺水區沖擊鉆成孔84根)已經全部施工完成，經檢測全部為I類樁。選擇上述施工工藝既保證了樁基成樁質量、加快了工程施工進度，又節省了施工成本在淺水區域軟弱地層條件下，采用整體長護筒，膨潤土泥漿護壁工藝快速施工超長鉆孔樁的方案是正確的。

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