基巖變化場(chǎng)區(qū)(基巖接觸帶)樁基施工技術(shù)要點(diǎn)

徐恒鑫

(龍巖交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 龍巖 364000)

1 工程概況

新天地大橋作為福州城區(qū)北二通道貴安連接線的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程跨越敖江，橋梁位置屬于沖洪積河谷-剝蝕丘陵地貌，根據(jù)鉆孔揭示，橋區(qū)地層由上而下依次為：第四系素填土層；第四系沖洪積粉質(zhì)黏土，坡積層坡積粉質(zhì)黏土；下伏基巖主要為及其風(fēng)化層。

橋梁場(chǎng)區(qū)為兩種巖性(凝灰?guī)r、花崗巖)，且存在基巖陡坡，基巖接觸帶，巖性變化大，巖層變化快；尤其是4號(hào)樁基落于侏羅系南園組凝灰熔巖、燕山晚期侵入花崗巖巖性接觸帶造成的風(fēng)化凹槽，設(shè)計(jì)樁基屬于端承樁(支承)，長(zhǎng)度50 m，鉆孔成孔的施工周期較長(zhǎng)，并且在鉆孔過程中穿越的地質(zhì)多變，鉆孔進(jìn)尺速度變化明顯，容易造成孔徑變大、偏孔，甚至坍孔。

該橋的樁基施工采用鉆孔灌注樁，鉆機(jī)具備自動(dòng)和人工兩種操作模式，在巖層穩(wěn)定變化不大的情況下，自動(dòng)沖孔節(jié)省人力，遇到巖層變化區(qū)或者巖層傾斜面采用人工操作，能充分發(fā)揮工人的經(jīng)驗(yàn)水平，保證成孔順利。同時(shí)，靈活調(diào)整泥漿制備，控制孔內(nèi)靜水壓力和泥漿相對(duì)密度，在土層及強(qiáng)風(fēng)化巖層的沖孔過程中孔壁穩(wěn)定，孔徑變化小，不發(fā)生卡鉆和坍孔；在碎塊狀及中風(fēng)化巖層的沖孔過程中，返渣明顯，沖孔進(jìn)尺不滯后，既保證樁基施工質(zhì)量又保證樁基施工進(jìn)度。

2 施工控制要點(diǎn)

2.1 機(jī)械設(shè)備的選擇

在項(xiàng)目前期施工組織安排階段，經(jīng)技術(shù)人員和樁基施工班組通過對(duì)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料仔細(xì)研讀和現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)區(qū)探勘調(diào)查，初步提出了旋挖鉆和沖孔鉆兩種施工工藝，設(shè)計(jì)地質(zhì)資料和待施工的樁基長(zhǎng)度適合旋挖鉆工藝，成孔快速，泥漿用量小，泥漿指標(biāo)要求低，對(duì)河流周邊環(huán)境污染小，不需要額外進(jìn)行電力線纜敷設(shè)。項(xiàng)目部技術(shù)人員經(jīng)過測(cè)算和施工模擬，發(fā)現(xiàn)旋挖鉆雖然非常適合施工場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)，但是綜合各項(xiàng)因素后無法采用旋挖鉆作為本場(chǎng)區(qū)施工設(shè)備，原因有：①旋挖鉆進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)用大，綜合成本高，新天地大橋一共有樁基32根，其中只有20根非水中樁，從項(xiàng)目成本控制來說，旋挖鉆是用經(jīng)濟(jì)成本換時(shí)間成本；②旋挖鉆安裝拆卸場(chǎng)地要求較大，新天地大橋適合旋挖鉆施工的只有4號(hào)樁數(shù)量4根，5號(hào)橋臺(tái)樁基數(shù)量16根，其中4號(hào)樁位毗鄰敖江，5號(hào)橋臺(tái)銜接貴安沿江大道，4號(hào)樁和5號(hào)樁之間沿路線方向長(zhǎng)度約40 m，垂直路線寬度約50 m，并且4號(hào)樁與5號(hào)樁存在約3.5 m高差，整個(gè)施工場(chǎng)區(qū)無法滿足旋挖鉆設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)組裝及機(jī)位移動(dòng)。綜合上述施工現(xiàn)場(chǎng)條件，項(xiàng)目部放棄了旋挖鉆，采用沖孔鉆來進(jìn)行該場(chǎng)區(qū)樁基施工。

2.2 護(hù)筒埋設(shè)

本場(chǎng)區(qū)4號(hào)樁基頂部為砂土層(中細(xì)砂多，土少)，覆蓋層約2 m，其下是卵石層。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及施工經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)人員向樁基施工班組進(jìn)行技術(shù)交底，做好以下幾點(diǎn)。

1)護(hù)筒高度大于2 m，并且護(hù)筒底需嵌入卵石層，護(hù)筒定溢漿口底需高于地表標(biāo)高20 cm，護(hù)筒頂高于地表高度40 cm。該條要求是為了在沖孔過程中護(hù)筒發(fā)生沉降后仍能滿足排漿及護(hù)筒露空高度要求。

2)護(hù)筒外采用優(yōu)質(zhì)黃土(造漿用黃土)進(jìn)行回填夯實(shí)。同時(shí)溢漿口至泥漿池采用彩條布覆蓋，進(jìn)行防滲防沖刷處理。該條要求可以進(jìn)一步防止護(hù)筒過度沉降，同時(shí)因?yàn)槭巧百|(zhì)覆蓋層，做好防滲防沖刷處理也利于護(hù)筒穩(wěn)定，保證護(hù)筒不下沉不偏位。

3)做好護(hù)筒放樣測(cè)量，確保護(hù)筒中心豎直線和樁中心線重合，之前必須做好聯(lián)測(cè)復(fù)測(cè)工作，對(duì)坐標(biāo)和標(biāo)高復(fù)核后報(bào)監(jiān)理確認(rèn)。

2.3 泥漿制備及使用

泥漿性能指標(biāo)對(duì)于沖孔樁是非常關(guān)鍵的控制要點(diǎn)，好的泥漿能保證孔壁穩(wěn)定，不擴(kuò)徑不坍孔，能提高沖孔進(jìn)尺效率，能加快清孔速度。泥漿質(zhì)量差，輕則進(jìn)度緩慢，嚴(yán)重導(dǎo)致坍孔。泥漿性能指標(biāo)有相對(duì)密度、黏度、含砂率、膠體率、失水量和泥皮厚。其中相對(duì)密度、黏度、含砂率、膠體率在公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中的清孔后泥漿指標(biāo)有明確的數(shù)值要求，在沖孔過程中這些指標(biāo)均應(yīng)跟土層情況相適應(yīng)，并沒有明確數(shù)值要求，實(shí)際施工中都高于清孔后的泥漿性能指標(biāo)。沖孔過程中可通過測(cè)定泥皮厚來評(píng)價(jià)泥漿的造壁效果，泥皮一般不得厚于2～3 mm，越平坦、越薄說明泥漿性能越好。4號(hào)樁基開孔初期泥漿性能指標(biāo)通過多次測(cè)量數(shù)值見表1。

表1 新天地大橋4-2樁基泥漿性能指標(biāo)(開孔階段)

4號(hào)樁基位置下穿地質(zhì)依次為砂層、卵石層、粉黏土、基巖及其風(fēng)化層，其中粉質(zhì)黏土為基巖中長(zhǎng)石全風(fēng)化形成，基巖層為凝灰?guī)r和花崗巖兩種巖質(zhì)的接觸帶，復(fù)雜多變的地質(zhì)條件以及50 m的樁基深度要求沖孔過程泥漿能夠保持優(yōu)良的性能指標(biāo)。4號(hào)樁開孔時(shí)考慮到淺層是砂層和卵石層，外購了紅黏土用于造漿，同時(shí)添加了少量的膨潤(rùn)土，確保樁孔四周形成優(yōu)良性能的護(hù)壁泥皮，降低失水量，

這樣就減少了孔內(nèi)自由水向孔壁四周滲透流失，對(duì)孔壁的穩(wěn)定起到了很好的保護(hù)作用。初開孔采用人工操作沖孔機(jī)，先讓錘頭保持較小沖程，逐步進(jìn)尺成孔。直到孔深達(dá)到錘頭高度，可適當(dāng)加大沖程，期間通過觀察進(jìn)尺速度來調(diào)整錘頭的沖擊沖程，進(jìn)尺快減小沖程，進(jìn)尺慢則增加沖程。沖孔過程中通過加水加黏土造漿始終保持泥漿的水頭高度，規(guī)范要求泥漿水頭高于地下水位30～50 cm且高于護(hù)筒底部50 cm。本樁在施工中護(hù)筒高度2 m，考慮到泥漿從溢漿口排渣，實(shí)際泥漿水頭高度高于護(hù)筒底部約1.7 m。

2.4 沖孔過程技術(shù)要點(diǎn)

在開孔初期，技術(shù)人員和工人對(duì)各項(xiàng)工序準(zhǔn)備充分，安排合理，沖孔順利且進(jìn)尺速度不慢，每天平均進(jìn)尺保持在100～130 cm，錘頭磨損也較小。當(dāng)沖孔深度達(dá)到13 m左右，沖孔進(jìn)尺突然變小，現(xiàn)場(chǎng)工人反映錘頭撞擊孔底反彈及震動(dòng)力度較弱，通過加大沖程也僅能每天進(jìn)尺20～30 cm，泥漿返渣夾帶細(xì)小顆粒，用手指搓揉會(huì)粉化，對(duì)比地質(zhì)圖紙，判定樁孔進(jìn)入全風(fēng)化巖層，風(fēng)化層為砂土狀黏土巖芯，為保證樁孔施工進(jìn)度，技術(shù)人員制定以下措施。

1)調(diào)整泥漿指標(biāo)，增加泥漿比重，進(jìn)一步降低含砂率(加大泥漿沉淀池的清渣頻率，防止循環(huán)泥漿含砂率偏高，添加的造漿土采用含砂率低的)。

2)回填片石，利用片石進(jìn)行擠壓切割(施工驗(yàn)證后效果不明顯)。

3)提高錘頭沖程，加大循環(huán)泥漿的沖洗功率，從而加大孔底泥漿擾動(dòng)。

在整個(gè)樁基沖孔過程中，應(yīng)始終做好下列工作，來確保沖孔的安全和質(zhì)量。

1)泥漿池、孔口做好硬制圍擋，本項(xiàng)目采用1.5 m長(zhǎng)，1.2 m高的鐵質(zhì)護(hù)欄逐個(gè)擺放于泥漿池邊以外1 m處，護(hù)欄用卡扣或者鐵線進(jìn)行綁扎形成整體受力。

2)沿河施工必須做好環(huán)保水保措施，即把廢棄泥漿和孔渣外運(yùn)，外運(yùn)車輛料斗為封閉式的，運(yùn)至指定的棄渣場(chǎng)進(jìn)行廢棄。做好修理和維護(hù)機(jī)械的機(jī)油和黃油收集工作，不得跑冒滴漏于地表。焊條頭及焊渣集中收集，不得隨地丟棄。

3)工期較緊的情況下現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備足量的造漿黏土，并用彩條布進(jìn)行覆蓋，備用錘頭根據(jù)需要進(jìn)行配備。

4)沖孔錘頭重量應(yīng)超過樁徑的2.5倍，比如樁徑2 m，錘頭重量應(yīng)超過5 t；在沖孔過程中妥善保存好渣樣，小袋子裝好并做好詳細(xì)標(biāo)注。

5)重視清孔、驗(yàn)孔工作，工序安排緊湊及時(shí)進(jìn)行混凝土灌注作業(yè)。新天地4-2號(hào)樁基在沖孔過程中因地質(zhì)變化大，進(jìn)尺也變化明顯，原先預(yù)計(jì)在淺層時(shí)沖孔進(jìn)度以慢進(jìn)尺保護(hù)孔壁穩(wěn)定，在進(jìn)入全風(fēng)化層后加大沖程以滿足效率，實(shí)際施工中進(jìn)入了全風(fēng)化層進(jìn)尺比砂層更小，錘頭磨損也比砂層更大，分析原因在樁深13～21 m巖層風(fēng)化嚴(yán)重，表面風(fēng)化部分遇水軟化具有很強(qiáng)的黏性，為表面下端和水接觸的巖層提供了較大承載能力，導(dǎo)致了進(jìn)尺緩慢，錘頭磨損嚴(yán)重。此類地質(zhì)對(duì)沖孔方式不友好，旋挖鉆相對(duì)來說更適合。

3 樁基混凝土灌注

樁基施工中沖孔工序所用時(shí)間長(zhǎng)，人員機(jī)械投入少，各項(xiàng)環(huán)節(jié)較為松散，一些環(huán)節(jié)暫停時(shí)間較長(zhǎng)也不會(huì)有明顯影響。樁基混凝土灌注則不同，是一項(xiàng)配合嚴(yán)密、銜接有序的工序。經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格的鋼筋籠下籠后，二次清孔合格后就可開始組織進(jìn)行樁基混凝土灌注。應(yīng)做好如下工作。

1)通知混凝土拌和站開盤，核對(duì)混凝土標(biāo)號(hào)、需求數(shù)量(擴(kuò)孔系數(shù)按1.2計(jì)算，考慮到砂土層和卵石層作為覆蓋層，同時(shí)在全風(fēng)化黏土層沖擊時(shí)間和力度較大，可能有擴(kuò)徑現(xiàn)象)。

2)該樁基樁徑2 m，樁長(zhǎng)50 m，灌注混凝土方量較大，為確保滿足灌注時(shí)間小于首車混凝的初凝時(shí)間，需要控制好外加劑的添加劑量。同時(shí)控制好混凝土坍落度，2 m樁一般是160～200 mm。

3)導(dǎo)管入孔后做好排氣工作，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)充滿水再上接料斗。料斗容量第一斗料灌注后要足夠埋置導(dǎo)管1 m以上，然后連續(xù)灌注混凝土，過程中時(shí)刻觀察鋼筋籠是否浮籠。

4)樁基混凝土灌注時(shí)，孔內(nèi)泥漿因被混凝土擠壓上涌會(huì)快速沿著溢漿口流至泥漿池，應(yīng)提前將泥漿池進(jìn)行抽漿處理，并在灌注混凝土過程中保持抽漿，防止泥漿池滿溢污染環(huán)境。

4 結(jié) 語

本文闡述在兩種基巖接觸帶進(jìn)行樁基施工的過程，并對(duì)遇到的困難進(jìn)行分析，樁基沖孔過程和施工方案預(yù)計(jì)情況有所不同，在施工中需要靈活處理，尤其是高品質(zhì)的泥漿能顯著提高沖孔效率和保證成孔質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約了施工成本。

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