復(fù)雜地質(zhì)條件下橋墩樁基施工技術(shù)

程旭東

（中國鐵建港航局集團(tuán)有限公司 珠海 519000）

1 工程概況

榮烏高速準(zhǔn)格爾黃河特大橋橫跨鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗和呼和浩特市清水河縣兩地，橋梁總長1 277 m，主橋跨徑布置為160 m＋440 m＋160 m雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋，主墩高228.6 m，在黃河全線乃至以北地區(qū)同類型結(jié)構(gòu)橋梁中，主跨度、主墩高度均排名首位，具體橋形布置見圖1［1］。

圖1 橋形布置圖（單位：cm）

其中8號主墩位于黃河西岸岸角，墩基礎(chǔ)平臺采取深基坑爆破開挖方式形成（平臺最大開挖深度60 m），基礎(chǔ)原設(shè)計為30根直徑2.0 m、樁長30 m的嵌巖灌注樁。據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示，樁位處地下巖層為層狀灰?guī)r，結(jié)構(gòu)完好，無破碎帶、夾泥層、溶洞、開放裂隙等不良地質(zhì)情況。綜合考慮項目工期緊、低溫季節(jié)期長及基礎(chǔ)平臺場地狹窄等不利因素，經(jīng)確定采取挖孔成樁工藝。而挖孔至設(shè)計標(biāo)高時發(fā)現(xiàn)實際地質(zhì)與設(shè)計資料嚴(yán)重不符，經(jīng)設(shè)計院重新組織逐樁勘探取樣，顯示所有樁位下均存在較嚴(yán)重的地質(zhì)破碎帶、夾泥層、貫通裂隙發(fā)育現(xiàn)象，局部發(fā)育規(guī)模較大的則形成了溶洞，加上特殊的地質(zhì)條件導(dǎo)致孔樁地下水與黃河水貫通，受萬家寨水庫蓄放水的影響較大等不利因素。因此，探討在此復(fù)雜地質(zhì)條件下的樁基施工技術(shù)成為丞待解決的課題。

2 橋墩樁基施工技術(shù)

2.1 鉆孔成樁及沖擊反循環(huán)鉆孔施工工藝

通常在一般的地質(zhì)條件下的陸域樁基施工，如樁長在30 m以下、樁徑不小于1.0 m時多采用挖孔成樁的工藝，而在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，為確保樁基混凝土的質(zhì)量及承載力，需將樁長加長。針對8號主墩樁長變更至40～75 m的實際情況，項目部及時將挖孔成樁工藝更改為鉆孔成樁工藝，并采用性能可靠的全液壓沖擊反循環(huán)鉆孔施工工藝。

2.2 梅花形開孔施工方法

為了避免所有的孔樁地下水均與黃河水貫通現(xiàn)象的發(fā)生，選擇靠近黃河一側(cè)的樁位優(yōu)先鉆進(jìn)，盡可能截斷內(nèi)側(cè)樁位與黃河水通道的施工順序，同時為了防止地質(zhì)破碎帶、裂隙、溶洞造成相鄰樁基串孔和斷樁現(xiàn)象的發(fā)生，采取相鄰兩樁錯開的梅花形開孔的施工方法。

2.3 小沖程沖擊鉆進(jìn)沖孔

（1）開鉆時先向孔內(nèi)灌注泥漿，用沖擊錐小沖程反復(fù)沖擊造漿，始終保持孔內(nèi)水位穩(wěn)定，并低于護(hù)筒頂面0.3 m。

（2）正常鉆進(jìn)時可采用0.9 m的沖程，沖擊錐起落應(yīng)平穩(wěn)，防止沖撞護(hù)筒或孔壁；轉(zhuǎn)向裝置要靈活，每沖一次轉(zhuǎn)動一個角度，成孔呈完整的圓柱狀，達(dá)到不卡鉆、不倒錐和不糊鉆。

（3）注意均勻地松放鋼絲繩長度，松軟地層每次可松繩5～8 cm，密實堅硬地層每次可松繩3～5 cm，嚴(yán)防“打空錘”或松繩過多而產(chǎn)生鋼絲繩纏繞等事故發(fā)生。

（4）鉆進(jìn)中加強(qiáng)孔徑的控制，每鉆進(jìn)2 m或遇地質(zhì)變化層、軟土層、易縮孔地段都必須用檢孔器檢孔，如彎孔、斜孔、縮孔不嚴(yán)重時，采用微調(diào)鉆機(jī)位置的方法繼續(xù)鉆進(jìn)。

（5）鉆孔巖面不平時，重復(fù)回填片石并小沖程反復(fù)沖擊，直至巖面平整。

（6）因設(shè)備故障需停鉆時，嚴(yán)禁將鉆錐停留孔內(nèi)以防埋，并在孔口加蓋保護(hù)，防止人、物跌落。

（7）鉆至設(shè)計標(biāo)高后，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格，將鉆具提離孔底約30 cm，及時清孔，并補(bǔ)充優(yōu)質(zhì)泥漿，保持孔內(nèi)水頭。經(jīng)檢測，孔底沉渣厚度、孔內(nèi)泥漿指標(biāo)滿足設(shè)計和規(guī)范要求后，及時停機(jī)拆除清孔導(dǎo)管、移走鉆機(jī)，盡快進(jìn)行水下混凝土灌注。

2.4 溶洞處理

由于有逐樁鉆孔勘探地質(zhì)資料，對溶洞位置、規(guī)模、填充物比較清楚，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)等方面比選，確定了片石粘土筑壁法。

（1）鉆孔至溶洞頂標(biāo)高時，鉆機(jī)操作人員隨時觀察孔內(nèi)泥漿面的變化，一旦發(fā)現(xiàn)泥漿面下降立即將鉆頭提出孔外，再根據(jù)漏漿情況采取回填片石粘土和補(bǔ)漿措施。回填的片石強(qiáng)度應(yīng)高于與溶洞處巖層強(qiáng)度，片石體積尺寸約為30 cm×40 cm，粘土采用黃土，片石與粘土的比例為1∶1，回填高度至溶洞上方1～2 m處。在溶洞位置反復(fù)回填片石粘土并補(bǔ)漿，以0.5 m的小沖程沖擊，直到泥漿面穩(wěn)定后即表示此處溶洞已回填密實。

（2）如溶洞發(fā)育規(guī)模較大，經(jīng)過反復(fù)的回填沖擊仍漏漿，且孔樁內(nèi)泥漿液面無法保持時，可以采用片石、粘土、整包水泥（投放順序為水泥、粘土、片石）回填，小沖程、不循環(huán)泥漿干沖（以有效防止泥漿流失），使回填物密實后提鉆停沖。待水泥初凝后，再向孔內(nèi)加泥漿至正常液面標(biāo)高，繼續(xù)采用小沖程鉆進(jìn)，如此反復(fù)，直到護(hù)壁及泥漿面均穩(wěn)定，否則，灌注水下混凝土?xí)r，脆弱的護(hù)壁一旦輕易遭遇破壞，輕者會損失混凝土，增加成本，重者可能導(dǎo)致斷樁，造成不可挽回的質(zhì)量事故。

（3）若上述措施均失敗，且回填的片石粘土已足量的情況下，可采取灌注低標(biāo)號水下混凝土方法對溶洞進(jìn)行填充，混凝土強(qiáng)度等級選擇C15左右，灌注高度超過溶洞頂標(biāo)高以上1 m，待混凝土初凝后再正常鉆進(jìn)。

（4）成孔后灌注水下混凝土?xí)r，為防止混凝土的側(cè)壓力擠塌孔壁而發(fā)生斷樁事故，可根據(jù)溶洞的位置和發(fā)育規(guī)模，采取如下4種防范措施：①提高混凝土的坍落度，增加和易性；②確保導(dǎo)管的埋管深度，以6 m深為宜；③降低澆注速度；④溶洞高度超過8 m時，可在該處鋼筋籠外圍包裹一層鉛絲網(wǎng)，鉛絲網(wǎng)的長度超過溶洞上下高度各1 m。

2.5 破碎帶、裂隙、流沙處理措施

由于有逐樁鉆孔地質(zhì)資料，基本掌握了破碎帶分布和裂隙的走向，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比分析，結(jié)合傳統(tǒng)施工經(jīng)驗，選擇預(yù)注漿處理措施。開鉆前對流沙、斷裂帶地層進(jìn)行預(yù)注漿處理。預(yù)注漿處理應(yīng)根據(jù)樁位布置圖按先外圍后中間、先臨河后岸邊的原則進(jìn)行，以減少或堵住地下水活動的通道。預(yù)注漿處理的具體方法是：

（1）采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，鉆孔直徑D＝70 mm，鉆孔深度為設(shè)計樁長＋3 m，每樁鉆取3個注漿孔，孔間距為1 200 mm，呈三角形分布，樁位處注漿孔布置，見圖2［2］。

圖2 樁位處注漿孔布置圖（單位：mm）

（2）如樁位處地質(zhì)顯示有溶洞發(fā)育時，注漿孔點應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整，避開溶洞區(qū)，或注漿孔深以不穿透溶洞頂為宜。注漿液采用水玻璃水泥漿，注漿時通過滲透、辟裂、擠密加固土塊或直接填充溶溝流沙空隙將其固結(jié)。采用此方法對鉆孔防止漏漿和串孔起到了較好的效果。

2.6 遺留地質(zhì)鉆桿處理措施

在重新對8號墩地質(zhì)鉆孔取心過程中，分別在8號－14、8號－19，8號－15－1、8號－24孔內(nèi)不同位置遺留了鉆桿（遺留的最長鉆桿達(dá)50 m），給成孔的質(zhì)量埋下了隱患，同時，遺留鉆桿對鉆錘也有很大的損害，減緩了施工進(jìn)度，加大了施工難度。

對于遺留鉆桿的處理措施是，鉆錘到達(dá)遺留鉆桿處改為0.5 m的小沖程鉆進(jìn)方式，每進(jìn)尺1 m左右將鉆錘提出，對鉆頭進(jìn)行補(bǔ)焊和增焊耐磨塊，并用強(qiáng)力吸鐵石將砸碎的鉆桿吸出，往復(fù)如此直至遺留的鉆桿全部清除。

2.7 鉆頭的選用方法

為提高鉆進(jìn)速度，采取在不同地質(zhì)層選用不同的鉆頭，并對刀齒排列、角度進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)的施工工法。通過實踐和對比分析得知：巖石強(qiáng)度低、有溶洞的地層采用空心沖錘鉆頭，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，進(jìn)尺平穩(wěn)，不會因錘重進(jìn)尺快而卡錘，也不易形成斜孔，進(jìn)尺效果比較好；巖石強(qiáng)度高的弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r采用實心沖錘鉆頭，不易損壞沖錘，重量大，進(jìn)尺快，可大大縮短成孔周期。

2.8 排渣措施

要達(dá)到理想的排渣效果，首先要確保孔樁泥漿液面的高度，另外要加大排氣量。在巖層正常鉆進(jìn)過程中，為保證進(jìn)尺，必須及時清走鉆頭切削下來的巖石，避免巖石在孔底被二次或重復(fù)切削；適當(dāng)提高空壓機(jī)的型號，采用“接力風(fēng)包”的方法，能有效排除鉆渣，加快施工進(jìn)度。

3 結(jié)語

準(zhǔn)格爾黃河特大橋主8號墩30根鉆孔灌注樁經(jīng)超聲波檢測，所有孔形、孔徑、孔傾斜度均滿足規(guī)范要求。對成樁進(jìn)行100%無破損檢測及10%鉆心取樣檢驗，其結(jié)果均為I類樁。通過對特殊地質(zhì)構(gòu)造自然條件的研究，解決了主墩鉆孔樁施工所遇到的實際困難，彌補(bǔ)了工期損失，降低了施工成本。

隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，復(fù)雜地質(zhì)條件施工隨時會遇到，比選技術(shù)成熟可靠、操作簡易可行、降本節(jié)能的措施和工法，能有效地實現(xiàn)工程項目質(zhì)量、安全、進(jìn)度、環(huán)保、效益五要素的和諧統(tǒng)一，達(dá)到工程項目施工又好又快的目的。

［1］ JTG／T F50－2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］ 蘇學(xué)波.巖溶地基橋梁樁基施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2006（6）：35－37.