臨江高邊坡區(qū)域灌注樁成孔技術(shù)

陳志先　張時(shí)賓　甘富華

摘 要：臨江高邊坡區(qū)域灌注樁成孔是橋梁樁基施工中的重難點(diǎn)，該地質(zhì)環(huán)境下成孔過(guò)程容易出現(xiàn)擴(kuò)孔、塌孔、偏孔等施工隱患，影響成孔的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)投入。本文結(jié)合江門港公共碼頭引橋灌注樁施工的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出該施工環(huán)境下灌注樁成孔技術(shù)和質(zhì)量控制措施，該區(qū)域灌注樁已全部施工完成，混凝土充盈系數(shù)處于1.2～1.3之間，樁身完整性檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求，施工效率高，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：臨江；高邊坡；灌注樁；成孔；充盈系數(shù)

中圖分類號(hào)：TV52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）4-0065-03

1 工程概況

本工程共修建3座引橋作為碼頭和后方堆場(chǎng)的運(yùn)輸通道，其中1#引橋?qū)挾葹?m，2#引橋?qū)挾葹?5m，3#引橋?qū)挾葹?0m。引橋采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，上部采用現(xiàn)澆縱橫梁系結(jié)構(gòu)，跨堤處采用鋼梁結(jié)構(gòu)；下部樁基港池水域中的樁采用Φ800mm的PHC樁，共3排，臨江側(cè)均采用Φ1000mm的灌注樁。臨江邊坡區(qū)域共計(jì)9根灌注樁，灌注樁樁頂標(biāo)高為+2.2m，樁底標(biāo)高在-43.8m～-45.8m之間，灌注樁終孔時(shí)入強(qiáng)風(fēng)化巖層深度不小于6.5m。前期碼頭港池區(qū)域已進(jìn)行疏浚開(kāi)挖，其中港池底標(biāo)高為-7.7m，港池岸坡開(kāi)挖坡比為1：3和1：7，每座引橋的第1排灌注樁均處在岸坡坡頂邊線上，灌注樁施工前采用土方回填施工平臺(tái)，平臺(tái)標(biāo)高為+3.2m左右，施工平臺(tái)與港池底高差約11m，現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境詳見(jiàn)圖1：

本文以3#引橋第1排灌注樁施工為例，根據(jù)3#引橋灌注樁地質(zhì)剖面圖可知，施工區(qū)域土質(zhì)主要包括素填土層約4.6m厚，淤泥層約18.5m厚，淤泥質(zhì)土層約14.2m厚，卵石層約4.4m厚，強(qiáng)風(fēng)化巖層約7m厚，強(qiáng)風(fēng)化巖下即為中風(fēng)化巖層，3#引橋灌注樁立面示意圖詳見(jiàn)圖2。

2 灌注樁成孔技術(shù)

2.1 成孔設(shè)備的選擇

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，由于該施工區(qū)域存在較厚的卵石層，呈連續(xù)分布，平均厚度約4.5m，灰黃色，飽和，中密-密實(shí)狀，分選性差，級(jí)配好，最大粒徑5cm，平均2.5cm。若采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工，雖然該類型設(shè)備在淤泥質(zhì)土層以上施工速度快，對(duì)周圍擾動(dòng)小，且不易擴(kuò)孔，可以減少混凝土用量，但是在卵石層和巖層將進(jìn)尺緩慢，甚至無(wú)法進(jìn)尺。若采用沖孔樁機(jī)，雖然該設(shè)備會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)孔，但是可以很好地沖透卵石層，在遇到強(qiáng)風(fēng)化甚至中風(fēng)化巖均能保證施工進(jìn)度。為此，本工程灌注樁樁機(jī)選擇正循環(huán)沖孔樁機(jī)，鉆頭選用中空十字型沖錘，沖錘重量約4t，沖錘直徑大小比設(shè)計(jì)樁徑小4cm，排渣方式為懸浮排渣。

2.2 護(hù)筒埋設(shè)

考慮到該區(qū)域灌注樁處于高邊坡區(qū)域，沖孔過(guò)程中容易出現(xiàn)塌方，在護(hù)筒選擇時(shí)采用內(nèi)徑為1.07m，壁厚為0.6cm的鋼護(hù)筒，護(hù)筒埋設(shè)的深度控制在12m，確保達(dá)到港池開(kāi)挖底部以下。護(hù)筒分節(jié)埋設(shè)，每節(jié)長(zhǎng)度為4m，為了確保埋設(shè)的護(hù)筒垂直度滿足要求，采用沖錘慢沖引孔，至4m左右深度埋設(shè)一節(jié)，護(hù)筒與護(hù)筒之間采用焊接連接，引孔過(guò)程中沖錘的直徑控制在1.05m左右，確保護(hù)筒能順利下沉。采用沖錘引孔可以控制孔的垂直度，分節(jié)埋設(shè)護(hù)筒為樁孔不斷提供護(hù)壁，外加泥漿的護(hù)壁作用，可有效避免在高邊坡區(qū)域段出現(xiàn)塌方，滲流。

2.3 泥漿性能的選擇

沖孔過(guò)程中均采用性能合格的泥漿進(jìn)行成孔，在沖孔至卵石層后，要加大泥漿濃度，及時(shí)測(cè)量泥漿比重和含砂率，確保泥漿的粘稠度，避免卵石層在泥漿浸泡后出現(xiàn)松散、塌方。泥漿循環(huán)過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充新漿，滿足沖進(jìn)成孔要求；清孔時(shí)采用膨潤(rùn)土泥漿置換，確保清孔質(zhì)量滿足要求；灌注后將循環(huán)后的合格泥漿收集于泥漿池內(nèi)，以供下根樁成孔使用。泥漿使用過(guò)程中控制標(biāo)準(zhǔn)為：一般泥漿粘度18～22Pa.S，含砂率不超過(guò)6%，酸咸度PH值8～10，沖進(jìn)過(guò)程中相對(duì)密度1.2～1.4，清孔時(shí)相對(duì)密度控制在1.1～1.2，清孔完成后要立即安排混凝土澆筑，防止塌孔。

2.4 成孔控制要點(diǎn)

樁機(jī)開(kāi)始沖孔前要檢查操作性能，檢查樁錘的錘徑、錘齒、錘體型狀，并檢查大螺桿、大彈簧墊，保護(hù)環(huán)、鋼絲繩及卡扣等能否符合使用要求，根據(jù)工程具體特點(diǎn)確定錘齒長(zhǎng)度。錘齒不宜過(guò)長(zhǎng)，一般以5～6cm為宜，錘齒應(yīng)向外傾斜，傾斜度以1：5為宜，開(kāi)孔前應(yīng)將沖錘懸吊距平臺(tái)0.5米高左右，檢查錘體的偏心程度，對(duì)明顯偏心的沖錘嚴(yán)禁使用。開(kāi)孔時(shí)低錘密擊，錘高沖程不大于1m，以免產(chǎn)生偏孔。及時(shí)加粘土泥漿護(hù)壁，使孔壁擠壓密實(shí)。對(duì)于巖石堅(jiān)硬時(shí)，錘齒采用耐磨塊，能更好提高工作效率，確保工程進(jìn)度。

沖孔階段要根據(jù)地質(zhì)條件的變化不斷改進(jìn)泥漿性能，每沖進(jìn)5米左右測(cè)定孔內(nèi)護(hù)壁泥漿的比重、含砂率，泥漿比重不夠時(shí)則加粘土以恢復(fù)泥漿正常濃度。在穿透卵石層時(shí)易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，由于卵石層的孔隙率大，無(wú)粘性土密實(shí)，應(yīng)采用回填粘土、塊石灰土或袋裝水泥等進(jìn)行密實(shí)、防塌處理。當(dāng)遇到巖層表面不平或傾斜，應(yīng)拋入20～30cm厚塊石，使孔底表面略平，然后低錘快擊使成一緊密平臺(tái)后，再進(jìn)行正常沖擊，同時(shí)泥漿比可降到1.2左右，以減少粘錘阻力。

開(kāi)沖一個(gè)臺(tái)班后，重新復(fù)檢樁位，偏差超過(guò)規(guī)范要求時(shí)必須重新定位修正。繼續(xù)沖孔，每班清渣2～3次，每次清渣后必須加入制漿粘土造漿，也可直接補(bǔ)給制備好的泥漿，隨著沖孔進(jìn)行按前述方法跟進(jìn)套管。

沖孔過(guò)程中，鋼絲繩上要設(shè)有標(biāo)記，提升落錘高度要適宜，防止提錘過(guò)高擊斷錘齒，提錘過(guò)低進(jìn)尺慢，工作效率低。松繩不應(yīng)太少以防止打空錘，也不宜松繩太多，容易偏孔或卡錘。一般情況下，拋填塊石層以沖程1.5～2.0米為宜，淤泥層以1.0～1.2米為宜，發(fā)現(xiàn)吸錘現(xiàn)象可向孔內(nèi)加塊石，在亞粘土層沖程不應(yīng)大于2米，在卵石層中沖程以1.0～1.5米為宜。沖孔過(guò)程中泥漿比重的大小將會(huì)直接影響沖孔進(jìn)度，因此在沖孔時(shí)應(yīng)視地質(zhì)條件認(rèn)真控制好泥漿比重，以1.25～1.35為宜，泥漿過(guò)濃易斜孔、吸錘，進(jìn)尺較慢；而泥漿過(guò)稀則易塌孔，多沉碴，進(jìn)尺也慢。一般在卵石層中，泥漿要濃些，必要時(shí)可往孔內(nèi)加入粘土，通過(guò)沖錘擠壓及自造漿護(hù)壁，沖孔泥漿比重以1.3～1.4為宜；在強(qiáng)風(fēng)化巖沖孔泥漿比重以1.3～1.35為宜；在砂粘土層沖孔泥漿比重，控制在1.25左右。

每工作班要2～3次將沖錘提出孔口清洗檢查，檢查錘頭是否變成蒜頭錘，有無(wú)斷齒，鋼絲繩扎口是否松動(dòng)，大螺桿的磨損程度，大彈簧是否拆斷等，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，避免掉錘。如換用新焊錘齒的沖錘，應(yīng)與原沖錘比較錘徑大小，若新錘徑大于原沖錘，孔內(nèi)應(yīng)回填塊石進(jìn)行修孔，以免卡錘。

2.5 成孔質(zhì)量檢測(cè)手段

終孔后及時(shí)安排驗(yàn)收，通過(guò)長(zhǎng)度為5m，直徑為1m的探籠測(cè)量孔徑和垂直度，通過(guò)水砣測(cè)量孔深，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工可知，成孔過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)偏孔和縮孔現(xiàn)象。

3 充盈系數(shù)分析

灌注樁充盈系數(shù)是灌注樁成孔質(zhì)量的重要指標(biāo)，各深度區(qū)域內(nèi)的充盈系數(shù)可以有效檢測(cè)到該區(qū)域段樁的擴(kuò)孔程度或塌孔情況，在確保灌注樁成型后的樁徑滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，控制好充盈系數(shù)能給工程帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益，一般沖孔灌注樁額定充盈系數(shù)為1.1～1.3，由于本工程灌注樁施工區(qū)域淤泥層較厚，且靠近江側(cè)，易擴(kuò)孔，充盈系數(shù)預(yù)計(jì)在1.3左右。為了分析本工程臨江高邊坡區(qū)域灌注樁的成孔質(zhì)量，對(duì)3座引橋第一排共計(jì)9根樁的混凝土用量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，詳見(jiàn)表1：

根據(jù)表1可見(jiàn)，除K-4充盈系數(shù)略大于1.3外，其他灌注樁充盈系數(shù)均在1.2～1.3之間，平均在1.25左右，成孔質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，為了進(jìn)一步研究樁在每深度段的充盈系數(shù)，對(duì)N-4樁的混凝土澆筑記錄進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，詳見(jiàn)表2。該樁護(hù)筒頂標(biāo)高為3.36，卵石層標(biāo)高為-29.57m，巖面驗(yàn)收標(biāo)高-33.99m，終孔標(biāo)高為-44.06m，卵石層厚度4.42m，入巖深度10.07m，護(hù)筒以下淤泥和淤泥質(zhì)土層厚度20.93m，護(hù)筒段12m。

根據(jù)表2可知，在深度47.42～28.85m范圍段充盈系數(shù)最小，該區(qū)域段以強(qiáng)風(fēng)化巖，卵石層為主，根據(jù)該區(qū)域混凝土充盈系數(shù)可知，該處在沖孔過(guò)程中沖錘大小合適，沖孔時(shí)也未出現(xiàn)嚴(yán)重的沖錘掃孔現(xiàn)象，說(shuō)明在該巖層所確定的沖程和泥漿性能指標(biāo)能滿足要求。在深度28.85～20.07m范圍段，該區(qū)域以淤泥質(zhì)土為主，充盈系數(shù)在合理的范圍內(nèi)，說(shuō)明該區(qū)域未出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，沖錘掃孔不明顯，成孔質(zhì)量可控。在20.07～11.66范圍段，該區(qū)域以淤泥土質(zhì)為主，土質(zhì)軟，密實(shí)度差，受導(dǎo)管澆筑混凝土產(chǎn)生的側(cè)向壓力影響，該區(qū)域充盈系數(shù)明顯偏大，符合施工的客觀規(guī)律。在11.66～0m范圍段，由于該區(qū)域采用了全護(hù)筒形式，護(hù)筒的內(nèi)徑為1.07m，比設(shè)計(jì)孔徑大0.07m，護(hù)筒內(nèi)每延米混凝土用量為：3.14×0.535×0.535=0.899（m3），根據(jù)實(shí)際砼用量為11.5m3可知，實(shí)際該段充盈系數(shù)為1.097，按照理想化模式，在鋼護(hù)筒里面不會(huì)擴(kuò)孔，充盈系數(shù)為1，但實(shí)際澆筑過(guò)程中，由于混凝土面在不斷上升，對(duì)底部產(chǎn)生的壓力越來(lái)越大，受壓力的影響部分混凝土?xí)驑吨車鷶D壓擴(kuò)散，還是存在混凝土損耗的問(wèn)題。

綜上所述，臨江高邊坡區(qū)域灌注樁的成孔質(zhì)量是穩(wěn)定的，整個(gè)樁孔泥漿護(hù)壁良好，沖孔過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)明顯的擴(kuò)孔，偏孔，塌孔，卡錘現(xiàn)象，說(shuō)明施工過(guò)程確定的技術(shù)參數(shù)可行。

3 結(jié)論

本工程灌注樁平均長(zhǎng)度約46m，每臺(tái)樁機(jī)平均3～4天可完成一根樁的成孔及澆筑施工，施工的效率較高。通過(guò)該工程灌注樁施工可知，在處理臨江高邊坡灌注樁施工過(guò)程中，要合理選擇成孔設(shè)備，控制好護(hù)筒的埋設(shè)長(zhǎng)度，正確設(shè)置樁機(jī)沖程，合理調(diào)配好泥漿性能，確保各工序有利銜接，可以很好地克服地質(zhì)條件對(duì)灌注樁施工帶來(lái)的不利影響。在施工中要做好典型施工，總結(jié)確定好施工的各項(xiàng)參數(shù)，不斷改進(jìn)完善施工工藝，提高施工效率，不僅可以解決施工中遇到的技術(shù)問(wèn)題，同樣也能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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