旋挖鉆在富水厚砂層樁基施工中的應(yīng)用探索

楊建明

（中鐵二十四局集團安徽工程有限公司，安徽 合肥 230012）

目前，我國橋梁施工都廣泛地應(yīng)用了鉆孔灌注技術(shù)，但是，在一些砂層比較厚且地下水豐富的地區(qū)，傳統(tǒng)的處理方法不僅不具有經(jīng)濟性，而且施工效率也比較低，且施工質(zhì)量難以有效得到保證，所以，在現(xiàn)階段的富水厚砂層樁基施工中，應(yīng)該采用旋挖鉆，從而進一步提高施工效率。

1 工程概述

濟南至徐州高速公路濟寧至魚臺（魯蘇界）段第三合同段有特大橋1254m/1 座，大橋1059m/2 座，分離立交橋789.12m/2 座，先后跨越河流3 次。其中，洙水河特大橋引橋采用簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁與現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁組合結(jié)構(gòu)，主橋采用55+90+55 米單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)采用空心矩形橋墩，基礎(chǔ)采用1.8 米灌注樁加承臺，引橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制小箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用蓋梁接墩柱，采用1.6 米灌注樁基礎(chǔ)，全橋共有樁基224 根，樁徑分布為1.6m、1.8m，共計10320 延米。

工程項目所在區(qū)域地質(zhì)下部為砂質(zhì)黏土層和未膠結(jié)的砂礫層，上部為不滲水的砂質(zhì)土，近地表沉積多為河灘淤積和沖積層。設(shè)計樁基先后多次交替穿越黏土層、粉質(zhì)黏土層、粉砂層、細砂層和中粗砂層，砂層厚度超過7m，尤其主橋直徑1.8m 樁基樁長超過60m，在通航河道附近，且多次穿過砂層，給樁基成孔施工造成較大影響。當?shù)亟邓植荚跁r間上高度集中，降水集中在6 ～9 月，占全年降水量的73%，區(qū)內(nèi)年平均年降水量為630mm。工程項目區(qū)域處于稻田產(chǎn)區(qū)，地表為粉質(zhì)黏土，下有砂層，且含水量較大，也給樁基成孔施工造成較大影響。

2 富水厚砂層樁基施工鉆機機型選擇

考慮本工程樁基工程量較多、施工難度大、工期緊，在選擇機型時，進行了綜合的比選。循環(huán)轉(zhuǎn)與旋挖鉆相比，循環(huán)鉆成孔時間比較慢，其沉渣比較多，在清孔過程中極易發(fā)生局部塌孔，且擴孔系數(shù)較大。而旋挖鉆成樁速度更快，孔壁更加光滑，鉆渣比較少，對周圍生態(tài)環(huán)境的污染也比較小，尤其是鉆進速度，更是循環(huán)鉆的2 ～3 倍，成孔效率更高，因此，本工程選擇了XR280D 型旋挖鉆。

3 旋挖鉆在富水厚砂層樁基施工中的施工工藝

通過對樁基進行試樁施工，對進入砂層時的護壁泥漿稠度、鉆進速度等因素進行了總結(jié)。

3.1 鋼護筒加工

鋼護筒的直徑大于樁身直徑25cm，埋設(shè)后護筒頂高于地面不少于30cm。它的主要作用是固定樁位、引導(dǎo)鉆頭方向、隔離地表水、保證樁孔內(nèi)水位高度、保護井口不坍塌。由于地表水含水量較大，且為粉質(zhì)黏土，為了保證井口不坍塌，根據(jù)樁位的地質(zhì)情況，加長了鋼護筒長度，采用長度不少于4.6m 的鋼護筒。

3.2 泥漿制備

泥漿護壁是利用泥漿的靜水壓力在孔壁上形成一層泥皮，保護孔壁的穩(wěn)定，防止孔壁坍塌。如果鉆孔中的泥漿比重過小，形成的泥皮較薄，容易造成孔壁坍塌；如果泥漿的比重過大，形成的泥皮過厚，影響鉆進速度，也會給清孔造成困難。針對本項目地表含水量大、砂層地質(zhì)復(fù)雜等情況，泥漿制備如下：

（1）采用優(yōu)質(zhì)不分散、低固相、高黏度的膨潤土制備泥漿進行護壁。因為膨潤土泥漿具有相對黏度好、泥皮薄、密度低、固壁能力高的特性，與黏土相比，其造漿率更高，并且還具有回轉(zhuǎn)阻力小、穩(wěn)定性強以及鉆進率高等優(yōu)勢。

（2）在開鉆前一天進行泥漿的配置，確保膨潤土能夠得到充分的溶解。每立方米選用膨潤土量的計算公式為：m=ρ1(ρ2-ρ3)/(ρ1+ρ3)

式中，ρ1表示膨潤土的密度；ρ2表示所需泥漿的密度；ρ3表示水的密度。

（3）對泥漿的各項性能進行試驗，不同土層中泥漿的性能指標為：黏土層，泥漿密度要控制在1.05 ～1.15g/cm3，黏度要控制在18 ～22Pa·s；容易坍塌的砂層，泥漿密度要控制在1.2 ～1.4g/cm3，黏度要控制在21 ～28Pa·s；泥漿的酸堿度pH 嚴格控制在8 ～10。在旋挖鉆進過程中，隨時監(jiān)測泥漿的各種性能指標，同時，根據(jù)鉆進的地質(zhì)情況及時調(diào)整泥漿的各項性能技術(shù)指標，以保證旋挖成孔質(zhì)量。

3.3 成孔施工

開鉆前，檢查鉆頭連接是否牢固、鉆頭直徑等情況，要確保鉆機工作平臺平整穩(wěn)固。同時，復(fù)核樁位，確保鉆頭對準樁孔的中心。

在鉆進過程中，要確保鉆桿的垂直度，這也是確保成孔切斜度的關(guān)鍵。鉆進過程中，要密切關(guān)注孔內(nèi)水頭高度，護筒頂高出地下水位2m，使之產(chǎn)生對孔壁有滲流的壓力，起到穩(wěn)固孔壁的作用，如果孔內(nèi)水位不夠，對孔壁壓力過小，易造成塌孔。同時，必須時刻觀察土層的變化，只有采取合適的速度，才能夠確成孔質(zhì)量。如果速度過快，尤其是砂層，會造成塌孔。鉆進過程中，根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整鉆進的速度，進入黏土層，鉆進速度控制在不超過5m/h；進入砂層時，則減慢鉆進速度，鉆進速度控制在不超過3m/h，并適當增加泥漿比重及黏度。當鉆進的距離與設(shè)計的標高相差30cm 時，則停止鉆進，確保泥漿中所含有的砂子能夠沉淀到孔的底部，再將鉆渣及沉砂一同鉆出，這樣也能起到清孔的作用。

3.4 成孔檢測

成孔之后，采用超聲波檢測儀進行成孔質(zhì)量檢測，主要檢查成孔的孔徑、垂直度、孔深、孔底的沉渣厚度，數(shù)據(jù)相對比較準確。

3.5 清孔

采用直徑30cm 的鋼導(dǎo)管，待導(dǎo)管密閉性試驗合格后方能安裝進行清孔。清孔的過程中，必須注意保持孔內(nèi)的水頭高度，確保泥漿的各項指標，避免塌孔。在灌注混凝土前，應(yīng)再次檢查孔內(nèi)泥漿的各項技術(shù)指標和孔底的沉渣厚度，若樁底的沉渣厚度不滿足要求時，應(yīng)進行二次清孔，待各項技術(shù)指標檢驗合格后，方能進行水下混凝土灌注。清孔后的成渣厚度要求：樁徑1.8m 沉渣厚度≤30cm，樁徑1.6m 沉渣厚度≤20cm；泥漿相對密度：1.03 ～1.10，黏度：17 ～20Pa·s，含砂率：＜ 2%，膠體率：＞98%。

3.6 灌注混凝土

水下混凝土的灌注應(yīng)該連續(xù)灌注，灌注時間不得超過首批混凝土的初凝時間。水下混凝土要具有良好的和易性和流動性，坍落度控制在180 ～220mm。混凝土到達現(xiàn)場檢測其塌落度，不符合要求時不得使用。

圖1

計算首批混凝土量后，要保證導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)不少于1 米。首盤砼數(shù)量按以下公式計算得出：

V ≥（H1+H2）×3.14×D2/4+h1×3.14×d2/4

V 為首批混凝土數(shù)量；D 為樁徑；H1為樁孔底至導(dǎo)管底端間距；H2為導(dǎo)管初次埋置深度；d 為導(dǎo)管內(nèi)徑；h1為樁孔內(nèi)混凝土達到埋置深度H2時，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外壓力所需要的高度（m）。

灌注混凝土前，檢查導(dǎo)管離孔底的高度，控制在40cm 左右，待封底混凝土灌注后，及時測量孔內(nèi)混凝土面的高度。混凝土連續(xù)灌注，在澆筑過程中導(dǎo)管埋深控制在2 ～6m 范圍內(nèi)，導(dǎo)管埋深通過測錘測量，并根據(jù)灌注的混凝土數(shù)量進行校核。混凝土澆筑速度不能太快，會造成鋼筋籠上浮。當混凝土灌到設(shè)計樁頂標高后，再超灌50 ～100cm，以確保樁頂混凝土質(zhì)量。

3.7 質(zhì)量檢測

施工過程中，詳細地記錄每根樁的實際施工詳情，將混凝土的試件留置好，做好資料的整理，對樁基的完整性以及樁端的承載力進行檢測。

4 結(jié)語

綜上所述，對于一些黏土、砂層以及砂性土等土質(zhì)地層樁基施工，應(yīng)該優(yōu)先使用旋挖鉆。在實際使用的過程中，要做好泥漿制備，控制鉆機的鉆進速度等情況，提高施工的效果，促進我國建筑行業(yè)的發(fā)展。