橋梁基礎工程中深厚卵石層工程勘察及技術探討

黃澤磊

摘要：深厚卵石結構的鉆探和樁基處理，會遇到鉆頭磨損嚴重、鉆入效率不高、孔壁塌陷、排渣和取芯困難等挑戰。細致查找卵石結構顆粒級配和粗顆粒強度性質并進行科學評價，屬于卵石結構樁基施工好壞的重要任務。本文以某橋梁深厚卵石層項目的勘察與樁基施工為探究對象，討論了卵石層勘察方法的高效性以及對樁基成孔的干擾，闡述了深厚卵石層項目樁基摩擦阻力、樁端承載水平取值和樁基施工等建議。

關鍵詞：橋梁基礎項目;深厚卵石層;勘察;評價

沖洪積成因卵石層通常是母巖通過水動力搬運沉淀在河谷和低級階地表面的物質，存在粒徑分布面積大、顆粒空隙大、滲透值高、粗顆粒堅硬等特征，在地下水較多地方屬于較好的透水層。和黏性土、砂類土與巖石不一樣，在卵石層內建設橋梁樁基礎，要突破許多困難，因為卵石顆粒間結構疏松，膠結強度小，地層壓力是以卵石顆粒表層面對點傳送，在受到影響后自穩性能差，卵石巖性類型很多，通常以高性能石英巖、硅質巖以及花崗巖等為重要的硬質巖，存在較大的磨圓度，不管是勘察過程的地質鉆眼或者施工過程的樁基成孔，均會遇到鉆頭磨損嚴重、孔壁易塌陷、鉆入效率不高、排渣和取芯困難等挑戰。實踐顯示，在深厚卵石層展開地質勘察時，容易產生孔壁塌陷情況，進而出現卡鉆與埋鉆故障;當鉆頭接觸硬質且磨圓度良好的卵石時，卵石將表現出滾珠狀移動，鉆機振動劇烈且鉆入遲緩，取芯困難，極大影響勘察質量。

一、工程概況

某座橋梁主橋長1310米，規劃荷載：公路一級，橋面凈寬為2×（0.5+11.5+0.5）米，橋梁跨徑分布（55+12×100+55）米，小里程端是0#墩，里程是K21+938，大里程端是14#墩，里程是K23+248，基礎都選擇鉆眼摩擦樁，數量為180根，包括40根Φ1.8米鉆孔樁，132根Φ1.7米鉆孔樁和8根Φ1.5米鉆孔樁。

二、卵石層對地質勘察和樁基成孔的干擾

該大橋處在黃河河床和河漫灘，地下水和黃河水聯系密切、水量較多，尤其是在孔深很大的條件下，起鉆時往往會導致孔中護臂劑液面降低太大，造成含水層地下水迅速向孔中流入，孔壁土體在朝著鉆眼中心的動水壓力影響下極易出現孔壁塌陷問題。另外，迅速的起鉆還將出現像活塞的抽吸情況，將加大孔壁塌陷頻率。所以，在成孔時，確保護臂劑性能、保證孔壁液高度和穩妥的處理方式是避免卵石土孔壁塌陷的重點。另外，卵石粒徑太大時，將明顯加大鉆入、排渣與清底的困難性。

卵石層結構內顆粒級配對基礎鉆眼與施工過程基礎成孔的干擾程度有所區別。在卵石層內鉆眼，卵石強度對鉆機端部的磨損與鉆入速度也有較大影響。圖1是卵石飽和單軸防壓強度和鉆頭磨損系數的關聯，卵石單軸防壓強度是經過巖芯點荷載樣本換算獲得，針對形狀歸則符合單軸防壓強度測試粒徑的卵石，就把卵石加工成試樣后展開飽和單軸防壓測試[1]。由圖1發現，伴隨卵石單軸防壓強度的加大，鉆頭磨損系數表現出指數增大。此外，經過對不同土層內的樁基成孔裝置運行參數統計總結得到表1所示內容，分析發現，卵石層內樁基成孔的鉆入壓力明顯超過砂土層與黏土層，而鉆入速度與進尺就相反，由此從側面映射出卵石層堅硬性對樁基礎成孔的作用。

三、深厚卵石層項目性質評價和對樁基處理的科學化意見

（一）顆粒級配介紹

在《土工試驗方法標準》上，針對粒徑是0.075-60mm的試樣，能選擇篩分測試展開顆粒研究，其提出的最大篩分網格是60毫米，喪失對60毫米之上土體顆粒的篩分辨別能力，此外，篩分土樣通常是在地質勘探巖心內獲取，所以，測試統計結果無法充分體現卵石層內粒徑布局特點與物理特性。漂石與大粒徑卵石對基礎處理有直接影響，其顆粒尺寸、磨圓度、排列形式以及密實度等屬于這類土關鍵的參數內容，對機械選型與工藝技術具有較大影響，需要對顆粒成分繁瑣的卵石層展開全顆粒研究[2]。而在挑選成孔方法與鉆頭時，要兼顧卵石粒徑對鉆入時效及鉆頭的干擾。研究顯示，在深厚卵石層內能夠選擇氣舉反循環搭配大直徑滾刀工作，借助鉆機具有的豎向壓力和滾刀的咬合剪切力碎化大粒徑卵石，能明顯提升橋梁基礎的成眼速率。

（二）卵石層基礎側摩阻力介紹

在0#-2#墩間進行可SZ1、SZ2 2根試樁，直徑為Φ1.2米，樁下高程是+74.108米，規劃樁長是50米，樁上部標高為124.108米，借鑒的地質鉆眼是DZ1，孔口高程為124.220米，選擇自平衡法試驗各土層有用側摩阻力，發現試樣側摩阻力測試值在標準推薦區間中，勘察供應參考值比較保守，但兼顧到深厚卵石層屬于擾動敏感結構，所供應的參考值在科學范疇內。

（三）深厚卵石層對基礎成孔的處理建議

選擇沖擊和旋挖成孔時，干擾最大的是卵石層。由于卵石尺寸不同、埋深和厚度大、易塌陷，選擇沖擊成孔時，要尤其注重護壁工作，研究顯示，選擇氣舉反循環搭配大直徑滾刀鉆頭，而且搭配聚丙稀酰胺絮凝劑與植物凝膠等鉆入漿液，可以有效減少對卵石層的擾動與防止滲透[3]。選擇旋挖成孔時，要考量大直徑漂石和粉砂膠結層的嚴重影響，編制科學的施工計劃。

該大橋選擇旋挖成孔方式展開樁基礎處理，清孔后對SZ3、SZ4采取傘形孔徑儀測試成孔直徑，把四條檢測臂貼合井壁，把兩個正交方位上的孔徑改變平均值用作成孔直徑，描繪出的孔直徑伴隨深度的改變曲線見圖2所示。SZ3樁規劃值時150cm，規劃孔深時62米，測試孔徑最高值179.6cm，孔徑最低值150.2cm，孔徑平均值161.1cm，樁孔偏心距16cm，垂直度為0.26%;SZ4樁徑規劃值是150cm，規劃孔深時62米，測試孔徑最高值163.6cm，孔徑最低值150.2cm，孔徑平均值153.1cm，樁孔偏心距為160mm，垂直為0.19%。兩試樣的深度22-52米段地層是卵石層，孔徑于平均值周邊，超過規劃孔徑大概10cm，表示深厚卵石層屬于敏感地層，規劃時要注意成孔對卵石層結構擾動的作用。

四、結論

（一）該橋梁橋址位置分布存在深厚卵石層結構，平均厚度約50米，卵石含量約80%，卵石中值粒徑大概是5-7cm，最高粒徑大概60厘米，卵石磨圓度普通、質地硬化，對地質勘察與基礎成孔有較大影響。

（二）卵石對地質勘察與基礎成孔的影響體現出對鉆頭的卡死與塌孔及孔壁滲透，卵石硬度對成孔的干擾表現為加劇鉆頭損壞及減小鉆入速度。

（三）針對勘察過程的顆粒篩分測試不能對6cm之上的大顆粒展開劃分，而大粒徑卵石和漂石對基礎成孔影響很大，依靠旋挖機等大型機械，施工過程要對卵石層展開全顆粒研究;卵石層是擾動敏感結構，樁基規劃參數要經過試樁決定。

參考文獻：

[1]高清材，張國超.橋梁基礎工程中深厚卵石層工程勘察及技術分析[J].土工基礎，2020，34（02）：140-144.

[2]潘艷軍.深厚卵石層大直徑長樁基施工關鍵技術[J].四川水力發電，2020，39（02）：39-41.

[3]羅承浩.巖溶區深厚卵石層大直徑靜壓沉管樁施工關鍵技術研究[J].福建建材，2018（11）：77-79+74.