橋梁鉆孔樁回填素混凝土防塌孔施工技術(shù)

樊立志

(中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西晉中 030600)

鉆孔樁具有很大的豎向單樁強(qiáng)度和側(cè)向單樁剛度，可確保上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定且不產(chǎn)生過(guò)大的沉陷與傾斜，同時(shí)可抵御由于風(fēng)和地震引起的水平荷載與力矩荷載，保證結(jié)構(gòu)物的抗傾覆穩(wěn)定性，現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用于各工程施工領(lǐng)域。在橋梁工程施工中，鉆孔樁大多采用泥漿護(hù)壁沖擊鉆或旋挖鉆成孔的方法，該方法可有效加快工程施工速度，確保工程施工質(zhì)量，但常常易出現(xiàn)鉆孔樁塌孔的問(wèn)題，究其原因主要有:泥漿稠度小，護(hù)壁效果差;護(hù)筒埋置較淺，周圍封堵不密實(shí)，護(hù)筒底部出現(xiàn)漏水，造成泥漿水頭高度不足，對(duì)孔壁壓力小;或在松軟的砂層中進(jìn)尺過(guò)快，泥漿護(hù)壁形成較慢，孔壁滲水。針對(duì)鉆孔樁塌孔問(wèn)題，目前主要采用以下三種方法:當(dāng)塌孔輕微時(shí)，采取增大泥漿比重，提高泥漿水頭，增大水頭壓力;當(dāng)塌孔不深時(shí)，采用深埋護(hù)筒，夯實(shí)護(hù)筒周圍，重新開(kāi)鉆的方法;當(dāng)塌孔較嚴(yán)重時(shí)，采用片石、砂類土回填，或采用摻入水泥砂漿的黏土回填的方法。安九鐵路花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋74號(hào)～75號(hào)橋墩樁基處于粉砂地層，施工中塌孔現(xiàn)象較嚴(yán)重，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)護(hù)筒頂下10 m～12 m位置存有一層約2 m厚的砂夾層，項(xiàng)目部在加強(qiáng)鉆孔樁施工技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，采用加長(zhǎng)護(hù)筒、回填片石、水泥漿護(hù)壁等傳統(tǒng)方法均不能有效遏制塌孔問(wèn)題，為此，在粉砂地層橋梁鉆孔樁施工中，探索采用了低標(biāo)號(hào)素混凝土回填作為鉆孔樁護(hù)壁的方法，在施工中取得了良好的應(yīng)用效果，有效確保了鉆孔樁安全快速施工。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)塌孔圖

1 工程概況

安九鐵路(安徽段)位于安徽省西南部的安慶地區(qū)，線路起于安徽省安慶市，經(jīng)安慶市所轄?wèi)褜幙h、潛山縣、太湖縣、宿松縣至皖鄂交界。安九鐵路安徽段AJSG-3標(biāo)段花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋共74個(gè)橋墩，橋墩樁基礎(chǔ)分別采用8根1 m樁長(zhǎng)34.5 m摩擦樁。橋梁樁基礎(chǔ)施工地質(zhì)情況復(fù)雜，原地面以下2 m～3 m為回填粗圓礫土，3 m～35 m為強(qiáng)風(fēng)化片麻巖。在樁基施工過(guò)程中，74號(hào)～75號(hào)樁基塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重，采用傳統(tǒng)施工增加泥漿比重或增加護(hù)筒長(zhǎng)度的方法無(wú)法順利施工，經(jīng)檢查護(hù)筒頂下10 m～12 m位置有一層約2 m厚的砂夾層，施工過(guò)程中出現(xiàn)大塌孔問(wèn)題，且處理此段塌孔后在18 m～20 m位置又出現(xiàn)砂層并有水流導(dǎo)致鉆孔不能繼續(xù)，現(xiàn)場(chǎng)塌孔見(jiàn)圖1。

2 工藝原理

針對(duì)旋挖鉆機(jī)在粉砂地層且富含流沙層施工時(shí)，鉆孔樁常易出現(xiàn)塌孔問(wèn)題。為提高鉆孔樁護(hù)壁效果，利用素混凝土回填鉆孔樁至塌方位置1 m以上，待混凝土初凝后，利用旋挖鉆機(jī)繼續(xù)施工，旋挖鉆掏出素混凝土芯部，素混凝土剩余部分將形成一層堅(jiān)固的混凝土護(hù)壁，繼續(xù)施工鉆孔樁，有效解決施工鉆孔樁塌孔的問(wèn)題。施工工藝原理見(jiàn)圖2。

圖2 鉆孔樁防塌孔回填素混凝土施工原理圖

3 施工工藝流程

3.1 淺層塌孔處理

測(cè)量放線→安裝護(hù)筒→常規(guī)方法進(jìn)行鉆孔施工→鉆孔至塌方位置下1 m～1.5 m后停止鉆孔→清除孔內(nèi)棄渣→回填低標(biāo)號(hào)素混凝土至原地面→復(fù)測(cè)樁位→素混凝土初凝前拔出護(hù)筒(一般在1 h左右)→素混凝土自然養(yǎng)護(hù)(一般在24 h以后)→旋挖鉆機(jī)重新就位→樁位及高程放樣→重新安裝護(hù)筒→旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深。

3.2 深層或多層塌孔處理

測(cè)量放線→安裝護(hù)筒→常規(guī)方法進(jìn)行鉆孔施工→鉆孔至塌方位置下1 m～1.5 m后停止鉆孔→清除孔內(nèi)棄渣→安裝導(dǎo)管→水下澆筑素混凝土至塌孔位置上方1 m～1.5 m→素混凝土自然養(yǎng)護(hù)(一般在24 h以后)→旋挖鉆機(jī)繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深。

4 關(guān)鍵施工工藝

4.1 淺層塌孔處理

4.1.1 施工測(cè)量

按照導(dǎo)線復(fù)測(cè)成果布置花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋施工測(cè)量控制網(wǎng);施工前對(duì)花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋各部位坐標(biāo)及各標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比無(wú)誤后按設(shè)計(jì)值施工放樣。

4.1.2 場(chǎng)地平整

鉆孔前對(duì)墩位處進(jìn)行場(chǎng)地平整，場(chǎng)地標(biāo)高不低于樁頂標(biāo)高+護(hù)筒長(zhǎng)度，鉆孔前對(duì)樁位進(jìn)行精確放樣，并復(fù)核樁基的相對(duì)位置關(guān)系，設(shè)置好“十字”護(hù)樁。

4.1.3 護(hù)筒設(shè)置

護(hù)筒頂面高出施工地面至少50 cm，其高度還應(yīng)滿足孔內(nèi)泥漿面高度的要求。樁基護(hù)筒埋設(shè)采用挖埋法。埋設(shè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，護(hù)筒中心與樁位中心的偏差不大于50 mm，垂直度偏差不大于1%，保證鉆機(jī)沿著樁位垂直方向順利工作。

4.1.4 泥漿的制備

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本橋樁基泥漿擬采用優(yōu)質(zhì)泥漿。各項(xiàng)指標(biāo)如下:采用旋挖鉆鉆孔泥漿比重為1.05～1.15，采用沖擊鉆鉆孔泥漿比重為1.1～1.3;粘度:一般地層16 s～22 s、松軟地層19 s～28 s;含砂率:不大于4%;pH值:大于6.5;膠體率:不小于95%。

4.1.5 鉆機(jī)鉆孔

采用常規(guī)方法進(jìn)行鉆孔，鉆孔中應(yīng)盡量控制鉆進(jìn)速度，減少振動(dòng)對(duì)孔壁失穩(wěn)的影響。鉆孔至塌方位置后停止鉆孔，將鉆機(jī)撤出鉆孔場(chǎng)地。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況利用溜槽或者罐車直接放灰至孔內(nèi)(見(jiàn)圖3)，回填至原地面;回填后孔四周拉設(shè)警戒線，防止車輛或者行人踐踏。混凝土回填后1 h內(nèi)利用吊車拔出護(hù)筒;當(dāng)素混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定值后(一般在24 h以后)，重新放樣樁位，埋設(shè)護(hù)筒繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)位置。

圖3 回填素混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)圖

4.2 深層或者多層塌孔處理

采用常規(guī)方法進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔至塌方位置后停止鉆孔，將鉆機(jī)撤出鉆孔場(chǎng)地;安裝導(dǎo)管，水下灌注混凝土至塌方位置(見(jiàn)圖4)，混凝土高出塌方區(qū)不小于1 m;混凝土自然養(yǎng)護(hù)24 h后，重新放樣樁位，埋設(shè)護(hù)筒繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)位置，混凝土護(hù)壁效果見(jiàn)圖5。

5 施工操作要點(diǎn)

1)護(hù)筒中心與樁孔中心線偏差不大于50 mm，垂直度不大于1%。

2)鉆進(jìn)速度要根據(jù)土層情況、孔深、鉆機(jī)負(fù)荷以及成孔質(zhì)量等具體情況確定，尤其是鉆至水位以下，要“輕壓、輕鉆、慢上下”。

圖4 水下混凝土回填現(xiàn)場(chǎng)施工圖

圖5 混凝土護(hù)壁效果圖

3)C20混凝土適宜坍落度為180 mm～200 mm。

4)澆筑必須一次完成，高度控制在塌孔位置上下1 m～1.5 m，澆筑過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

6 質(zhì)量保證措施

1)保證齡期、提高護(hù)壁質(zhì)量。混凝土回填形成護(hù)壁法中C20混凝土必須自然養(yǎng)護(hù)24 h以上，再進(jìn)行旋挖機(jī)鉆進(jìn)。

2)防止孔斜、保證樁孔垂直度。

a.在鉆孔樁施工中鉆機(jī)可能坐落在軟硬不同的土層上，鉆進(jìn)中易發(fā)生位移和偏沉;鉆孔時(shí)極可能遇到較大孤石、探頭石或傾斜的巖層或在粒徑大小懸殊的砂卵石層中鉆進(jìn)，鉆頭所受阻力不勻。安裝鉆機(jī)時(shí)要使轉(zhuǎn)盤底座平正。起重滑車緣與固定鉆桿的卡孔和護(hù)筒中心三者應(yīng)在一條豎直線上，并經(jīng)常檢查校正。在有傾斜的軟、硬地層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)吊住鉆桿控制進(jìn)尺或回填片、卵石沖平后再鉆進(jìn)。b.由于鉆桿較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)上部擺動(dòng)過(guò)大，必須在鉆架上增添導(dǎo)向架，控制鉆桿上的提引水龍頭，使其沿導(dǎo)向架向下鉆進(jìn)。鉆桿接頭應(yīng)逐個(gè)檢查及時(shí)調(diào)整，鉆桿彎曲要用千斤頂調(diào)直。

7 工藝優(yōu)越性

7.1 傳統(tǒng)工藝弊端

采用加長(zhǎng)護(hù)筒方法防止塌孔時(shí)，需要振動(dòng)錘大型設(shè)備輔助安裝及拔除護(hù)筒，對(duì)設(shè)備要求高成本較大，同時(shí)護(hù)筒的拔除時(shí)機(jī)一定要控制好，防止護(hù)筒不能拔出重復(fù)利用，不利于成本控制;采用回填片石等方法小范圍內(nèi)塌方可以適用，大面積的塌孔不適用，局限性太大，存在材料浪費(fèi)的情況。

7.2 本工藝優(yōu)點(diǎn)

采用回填混凝土控制塌孔方法具有施工功效高、質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔率高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。克服了旋挖鉆機(jī)成孔時(shí)塌孔、泥漿排放、工期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，極大地提高了施工質(zhì)量。針對(duì)特殊地質(zhì)下的大面積塌孔以及塌孔位置在不同底層的多次塌孔，采用回填混凝土作為護(hù)壁在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性方面是個(gè)很好的選擇。

8 結(jié)語(yǔ)

按照此方法施工的安九鐵路花涼亭灌區(qū)總干渠特大橋74號(hào)墩8根易塌孔的樁基，經(jīng)第三方檢測(cè)樁基均為Ⅰ類樁。證明此方法可行能有效保證施工質(zhì)量。