基巖變化場區(基巖接觸帶)樁基施工技術要點

徐恒鑫

(龍巖交通建設集團有限公司，福建 龍巖 364000)

1 工程概況

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

橋梁場區為兩種巖性(凝灰巖、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化凹槽，設計樁基屬于端承樁(支承)，長度50 m，鉆孔成孔的施工周期較長，并且在鉆孔過程中穿越的地質多變，鉆孔進尺速度變化明顯，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，鉆機具備自動和人工兩種操作模式，在巖層穩定變化不大的情況下，自動沖孔節省人力，遇到巖層變化區或者巖層傾斜面采用人工操作，能充分發揮工人的經驗水平，保證成孔順利。同時，靈活調整泥漿制備，控制孔內靜水壓力和泥漿相對密度，在土層及強風化巖層的沖孔過程中孔壁穩定，孔徑變化小，不發生卡鉆和坍孔；在碎塊狀及中風化巖層的沖孔過程中，返渣明顯，沖孔進尺不滯后，既保證樁基施工質量又保證樁基施工進度。

2 施工控制要點

2.1 機械設備的選擇

在項目前期施工組織安排階段，經技術人員和樁基施工班組通過對設計地質資料仔細研讀和現場施工場區探勘調查，初步提出了旋挖鉆和沖孔鉆兩種施工工藝，設計地質資料和待施工的樁基長度適合旋挖鉆工藝，成孔快速，泥漿用量小，泥漿指標要求低，對河流周邊環境污染小，不需要額外進行電力線纜敷設。項目部技術人員經過測算和施工模擬，發現旋挖鉆雖然非常適合施工場區的地質，但是綜合各項因素后無法采用旋挖鉆作為本場區施工設備，原因有：①旋挖鉆進出場費用大，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，從項目成本控制來說，旋挖鉆是用經濟成本換時間成本；②旋挖鉆安裝拆卸場地要求較大，新天地大橋適合旋挖鉆施工的只有4號樁數量4根，5號橋臺樁基數量16根，其中4號樁位毗鄰敖江，5號橋臺銜接貴安沿江大道，4號樁和5號樁之間沿路線方向長度約40 m，垂直路線寬度約50 m，并且4號樁與5號樁存在約3.5 m高差，整個施工場區無法滿足旋挖鉆設備的進場組裝及機位移動。綜合上述施工現場條件，項目部放棄了旋挖鉆，采用沖孔鉆來進行該場區樁基施工。

2.2 護筒埋設

本場區4號樁基頂部為砂土層(中細砂多，土少)，覆蓋層約2 m，其下是卵石層。根據現場地質及施工經驗，技術人員向樁基施工班組進行技術交底，做好以下幾點。

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

2)護筒外采用優質黃土(造漿用黃土)進行回填夯實。同時溢漿口至泥漿池采用彩條布覆蓋，進行防滲防沖刷處理。該條要求可以進一步防止護筒過度沉降，同時因為是砂質覆蓋層，做好防滲防沖刷處理也利于護筒穩定，保證護筒不下沉不偏位。

3)做好護筒放樣測量，確保護筒中心豎直線和樁中心線重合，之前必須做好聯測復測工作，對坐標和標高復核后報監理確認。

2.3 泥漿制備及使用

泥漿性能指標對于沖孔樁是非常關鍵的控制要點，好的泥漿能保證孔壁穩定，不擴徑不坍孔，能提高沖孔進尺效率，能加快清孔速度。泥漿質量差，輕則進度緩慢，嚴重導致坍孔。泥漿性能指標有相對密度、黏度、含砂率、膠體率、失水量和泥皮厚。其中相對密度、黏度、含砂率、膠體率在公路橋涵施工技術規范中的清孔后泥漿指標有明確的數值要求，在沖孔過程中這些指標均應跟土層情況相適應，并沒有明確數值要求，實際施工中都高于清孔后的泥漿性能指標。沖孔過程中可通過測定泥皮厚來評價泥漿的造壁效果，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號樁基開孔初期泥漿性能指標通過多次測量數值見表1。

表1 新天地大橋4-2樁基泥漿性能指標(開孔階段)

4號樁基位置下穿地質依次為砂層、卵石層、粉黏土、基巖及其風化層，其中粉質黏土為基巖中長石全風化形成，基巖層為凝灰巖和花崗巖兩種巖質的接觸帶，復雜多變的地質條件以及50 m的樁基深度要求沖孔過程泥漿能夠保持優良的性能指標。4號樁開孔時考慮到淺層是砂層和卵石層，外購了紅黏土用于造漿，同時添加了少量的膨潤土，確保樁孔四周形成優良性能的護壁泥皮，降低失水量，

這樣就減少了孔內自由水向孔壁四周滲透流失，對孔壁的穩定起到了很好的保護作用。初開孔采用人工操作沖孔機，先讓錘頭保持較小沖程，逐步進尺成孔。直到孔深達到錘頭高度，可適當加大沖程，期間通過觀察進尺速度來調整錘頭的沖擊沖程，進尺快減小沖程，進尺慢則增加沖程。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，規范要求泥漿水頭高于地下水位30～50 cm且高于護筒底部50 cm。本樁在施工中護筒高度2 m，考慮到泥漿從溢漿口排渣，實際泥漿水頭高度高于護筒底部約1.7 m。

2.4 沖孔過程技術要點

在開孔初期，技術人員和工人對各項工序準備充分，安排合理，沖孔順利且進尺速度不慢，每天平均進尺保持在100～130 cm，錘頭磨損也較小。當沖孔深度達到13 m左右，沖孔進尺突然變小，現場工人反映錘頭撞擊孔底反彈及震動力度較弱，通過加大沖程也僅能每天進尺20～30 cm，泥漿返渣夾帶細小顆粒，用手指搓揉會粉化，對比地質圖紙，判定樁孔進入全風化巖層，風化層為砂土狀黏土巖芯，為保證樁孔施工進度，技術人員制定以下措施。

1)調整泥漿指標，增加泥漿比重，進一步降低含砂率(加大泥漿沉淀池的清渣頻率，防止循環泥漿含砂率偏高，添加的造漿土采用含砂率低的)。

2)回填片石，利用片石進行擠壓切割(施工驗證后效果不明顯)。

3)提高錘頭沖程，加大循環泥漿的沖洗功率，從而加大孔底泥漿擾動。

在整個樁基沖孔過程中，應始終做好下列工作，來確保沖孔的安全和質量。

1)泥漿池、孔口做好硬制圍擋，本項目采用1.5 m長，1.2 m高的鐵質護欄逐個擺放于泥漿池邊以外1 m處，護欄用卡扣或者鐵線進行綁扎形成整體受力。

2)沿河施工必須做好環保水保措施，即把廢棄泥漿和孔渣外運，外運車輛料斗為封閉式的，運至指定的棄渣場進行廢棄。做好修理和維護機械的機油和黃油收集工作，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場儲備足量的造漿黏土，并用彩條布進行覆蓋，備用錘頭根據需要進行配備。

4)沖孔錘頭重量應超過樁徑的2.5倍，比如樁徑2 m，錘頭重量應超過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標注。

5)重視清孔、驗孔工作，工序安排緊湊及時進行混凝土灌注作業。新天地4-2號樁基在沖孔過程中因地質變化大，進尺也變化明顯，原先預計在淺層時沖孔進度以慢進尺保護孔壁穩定，在進入全風化層后加大沖程以滿足效率，實際施工中進入了全風化層進尺比砂層更小，錘頭磨損也比砂層更大，分析原因在樁深13～21 m巖層風化嚴重，表面風化部分遇水軟化具有很強的黏性，為表面下端和水接觸的巖層提供了較大承載能力，導致了進尺緩慢，錘頭磨損嚴重。此類地質對沖孔方式不友好，旋挖鉆相對來說更適合。

3 樁基混凝土灌注

樁基施工中沖孔工序所用時間長，人員機械投入少，各項環節較為松散，一些環節暫停時間較長也不會有明顯影響。樁基混凝土灌注則不同，是一項配合嚴密、銜接有序的工序。經監理工程師驗收合格的鋼筋籠下籠后，二次清孔合格后就可開始組織進行樁基混凝土灌注。應做好如下工作。

1)通知混凝土拌和站開盤，核對混凝土標號、需求數量(擴孔系數按1.2計算，考慮到砂土層和卵石層作為覆蓋層，同時在全風化黏土層沖擊時間和力度較大，可能有擴徑現象)。

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

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

4)樁基混凝土灌注時，孔內泥漿因被混凝土擠壓上涌會快速沿著溢漿口流至泥漿池，應提前將泥漿池進行抽漿處理，并在灌注混凝土過程中保持抽漿，防止泥漿池滿溢污染環境。

4 結 語

本文闡述在兩種基巖接觸帶進行樁基施工的過程，并對遇到的困難進行分析，樁基沖孔過程和施工方案預計情況有所不同，在施工中需要靈活處理，尤其是高品質的泥漿能顯著提高沖孔效率和保證成孔質量，同時節約了施工成本。

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