深層粉砂地質條件下大直徑超長鉆孔灌注樁施工技術探討

朱懷銀 中國鐵路上海局集團有限公司建設部

隨著我國鐵路建設的不斷發展，鐵路橋梁大直徑超長鉆孔灌注樁應用于長大跨度的連續梁逐漸增多。在大直徑超長鉆孔樁施工的過程中，施工技術至關重要，也是影響大直徑超長鉆孔灌注樁施工質量的主要要素。本文結合滬通鐵路工程建設實踐，通過合理選擇鉆機、鉆進速度、泥漿參數和施工方法等，總結形成河道內復雜地質條件下大直徑超長鉆孔灌注樁施工技術經驗，供相似工程參考借鑒。

1 工程概況

由中鐵某局承建的滬通鐵路工程站前某標段范圍內有多處跨越河道，其中望虞河特大橋47#墩、48#墩，常滸河特大橋118#墩、119#墩基礎由11根直徑2.0 m鉆孔灌注樁組成，孔深分別為92.5 m、92 m、110.5 m、103 m。橋址范圍內地質情況主要為淤泥、稍密-中密粉砂、稍密-中密粉土、密實粉土、硬塑粉質黏土。主要地質情況見表1。

表1 主要地質情況

2 施工工藝流程

由于本工程位于河道中，鉆孔前首先搭設鉆孔平臺，鉆孔平臺采用鋼管樁及長護筒作為支撐，上鋪貝雷片作為承重體系，貝雷片上鋪工字鋼分配梁及鋼板。鉆孔過程中工藝流程為搭設作業平臺→插打護筒→鉆機就位→鉆進成孔→成孔檢測→清孔→鋼筋籠吊裝、導管安裝→二次清孔、測量沉渣厚度→混凝土灌注→檢查樁頭混凝土。工藝流程圖見圖1。

圖1 鉆孔樁施工工藝流程圖

3 大直徑超長鉆孔樁施工

3.1 施工準備

鉆孔樁施工前應先搭設棧橋和作業平臺，棧橋和作業平臺應滿足25 t汽車吊、FXZ-350車載型反循環鉆機、50 t履帶吊、泥漿箱等機械設備作業空間，并保證承載力滿足施工要求。

3.2 施工作業平臺設計與搭設

鉆孔平臺采用鋼管樁及長護筒作為支撐，上鋪貝雷片作為承重體系，貝雷片上鋪工字鋼分配梁及鋼板（見圖2）。

圖2 鋼平臺平面布置圖

3.3 護筒插打

鋼平臺搭設完畢后，在鋼平臺上放樣十字定位樁定位護筒中心位置。護筒采用分節對接振動下沉，節間采用坡口對接滿焊方式連接。將護筒先后吊入導向架內臨時固定，完成對接后（滿焊連接）進行振動下沉。對鋼護筒在振動下沉過程中，在護筒內部設置支撐防止振動夾頭使護筒產生徑向塑性變形，一次振動時間限控制在5 min內。鋼護筒振動下沉選用50 t履帶吊配合DZJ90振動錘施工，鋼護筒長度13 m。

3.4 鉆機選型

通過對比旋挖鉆、正循環回旋鉆、反循環回旋鉆成孔，選用反循環回旋鉆成孔。反循環回旋鉆泥漿比重小，雖有擴孔現象，但擴孔系數小，能4天成孔，7天成樁；普通旋挖鉆在孔深超過100 m以后鉆桿長度不夠，鉆機扭矩不足，選用特型大功率的旋挖鉆則需要鋼便橋和鋼平臺需要更大的承載力，造成施工成本和風險明顯增長，因此不宜選用；正循環回旋鉆成孔速度慢，穿越砂層后，會向孔內滲沙，造成泥漿含砂率增大，需7天才能成孔，施工效率較低，且擴孔系數較反循環回旋鉆更大，因此不宜選用。結合本工程實際情況，最終選擇FXZ-350車載型反循環鉆機。

3.5 鉆進成孔

3.5.1 泥漿制備

為了保證泥漿不外漏，泥漿循環系統采用大型的鋼制泥漿箱，取優質黏土作為造漿材料。新制泥漿比重1.05～1.15，含砂率小于 4%，黏度（20～24）s，膠體率不小于 95%，PH 值 8～10。

3.5.2 鉆進垂直度控制

鉆孔樁的成孔質量直接決定了最終成樁的狀況，其中成孔傾斜度控制是大直徑超長鉆孔樁施工的難點，樁長越長，鉆孔樁的傾斜對樁基極限承載力的削弱越明顯，因此成孔傾斜度控制也是鉆孔樁施工質量控制要點。為了保證本工程鉆孔垂直度，發明一種“超長鉆孔樁鉆桿扶正器”來控制鉆桿垂直度。其工作原理為在鉆桿上焊接12#工字鋼和8 mm厚的鋼板，在鉆桿周圍形成與孔徑相同的包圍圈，使鉆桿和孔的相對位置固定，以保持鉆桿在鉆進過程中始終保持垂直。

3.5.3 泥漿比重、充盈系數及成孔時間關系

深厚粉砂中軟地質條件下鉆孔樁的充盈系數較難控制，當鉆機鉆頭直徑固定時，泥漿比重是影響鉆孔樁充盈系數的關鍵因數，通過加大泥漿比重可以減少單位時間內的泥砂滲入量，但同時回加大鉆機鉆動阻力，消耗鉆機扭矩，增加鉆孔時間；減小泥漿比重能加快鉆孔速度，但是單位時間內的泥砂滲入量將變大，因此選擇合適的泥漿比重是控制鉆孔樁充盈系數的重點。在本工程鉆孔灌注樁的施工過程中詳細記錄了鉆孔和混凝土灌注的相關數據，經總結得出泥漿比重與成孔時間和鉆孔樁充盈系數關系，從統計結果可以看出鉆孔泥漿比重（1.09～1.13）g/cm3時，鉆孔樁充盈系數較小，成孔效率較高（見圖 3）。

圖3 泥漿比重與成孔時間和鉆孔樁充盈系數的關系圖

3.6 清孔及清孔泥漿參數

鉆孔達到設計深度后，開始清孔。清孔采用抽漿換漿法進行，鉆頭提起距孔底（20～30）cm時，采用稍高的轉速轉動鉆頭，一邊繼續反循環,把孔底泥漿、鉆碴混合物排出孔外，一邊向孔內補充已凈化后的優質泥漿，清孔時應保持孔內液面穩定，直到孔內泥漿的各項指標符合規范及設計要求為止。

圖4 泥漿比重、含砂率與孔底沉渣厚度關系

孔底沉渣厚度為影響樁基承載力的重要因素，是樁基施工控制要點，通過對本工程施工的44根鉆孔灌注樁清孔泥漿測試結果進行統計，得出清孔泥漿比重、含砂率與孔底沉渣厚度關系圖三，從統計結果可以看出，為滿足沉渣厚度不大于5 cm的設計要求，清孔泥漿比重應小于1.1 g/cm3，含砂率應小于1.9%為宜（見圖4）。

3.7 長大鋼筋籠運輸及安裝

整長鋼筋籠在吊裝和運輸過程中變形較大，易造成鋼筋籠卡孔現象，且吊裝、運輸難度大，為了保證鋼筋籠施工質量，采用了鋼筋籠在鋼筋加工場內分段加工后運輸至施工現場焊接連接的方式施工。

鋼筋籠端部采用PVC塑料管套入鋼筋籠伸入承臺部分的鋼筋并做好固定，降低樁頭超灌部分鑿除時剝離鋼筋的難度，提高樁頭環切質量（見圖5）。

圖5 鋼筋籠樁頭鋼筋套PVC管

3.8 水下混凝土灌注

灌注水下混凝土是樁基施工的關鍵工序。混凝土下料采用φ300 mm導管。導管使用前和使用一段時間后要進行水密性和承壓性試驗,并檢查防水膠墊是否完好。導管下放至距孔底部（30～40）mm。灌注前應檢查孔底沉渣情況,如下放鋼筋籠時間過長,應進行二次清孔,導管內吊放混凝土柱狀塞頭,開塞前堵料斗應有足夠的混凝土初存量才能剪塞,保證第一批混凝土灌注后導管埋管1 m以上。本工程樁基直徑大,樁底比較深,混凝土量大,澆注過程中必須保證混凝土的連續供應,并設專人進行測量孔深記錄,準確掌握混凝土面的上升高度,嚴格控制導管埋深在（2～6）m的范圍內,灌注后混凝土面要比設計樁頂標高高出1.0 m，灌注過程中應注意做好混凝土試塊。

3.9 樁基檢測

全部樁基設計預埋聲測管，委托第三方單位進行超聲波檢測。經檢測44根大直徑超長鉆孔樁均為Ⅰ類樁。

4 結束語

綜上所述可以看出，隨著我國高速鐵路的飛速發展，鐵路橋梁大直徑超長鉆孔灌注樁在鐵路工程中應用越來越頻繁，在大直徑超長鉆孔灌注樁施工過程中，關鍵是要控制好鉆孔過程中成樁質量，鉆進過程要根據實際情況調整泥漿參數，清孔過程中調整好泥漿參數至關重要，同時要注重鉆進過程中的垂直度控制及成孔后鋼筋籠安裝及水下混凝土灌注。