超長鉆孔灌注樁在復(fù)雜地層中的設(shè)計(jì)與施工工藝研究*

巴達(dá)榮貴，王國祥，陳逸帆，薛虹宇，張譯愷

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

鉆孔灌注樁是指通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而形成的樁[1-3]。目前，鉆孔灌注樁在實(shí)際工程中已得到廣泛應(yīng)用和研究。例如，黃生根等[4]對水泥漿的擴(kuò)散方式和加固區(qū)的形態(tài)分布規(guī)律進(jìn)行分析研究，并基于電磁波CT技術(shù)對鉆孔灌注樁壓漿效果進(jìn)行了觀測；吳爽爽等[5]對抗壓樁、頂拔樁和負(fù)摩擦樁3種模式的6根鉆孔灌注樁剪切特性進(jìn)行了現(xiàn)場加載試驗(yàn)研究；白曉宇等[6]對風(fēng)化巖地基大直徑長螺旋鉆孔灌注樁承載性狀進(jìn)行了試驗(yàn)研究等。此外，劉暢等[7]、李林等[8]及符進(jìn)等[9]也對此進(jìn)行了深入研究。上述研究大多集中于理論層面，通過試驗(yàn)、數(shù)值模擬等對鉆孔灌注樁進(jìn)行研究，然而，在實(shí)際施工中也常存在一系列技術(shù)難題。

以北支江過江通道樁基工程為背景，對超長鉆孔灌注樁在復(fù)雜地層中的施工工藝和方法進(jìn)行研究，提出了一系列施工要點(diǎn)，形成了一整套超長鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝，可有效指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

1 工程概況

本工程位于杭州市富陽區(qū)東洲街道北支江，北起高爾夫路與杭富沿江公路交叉口，南接規(guī)劃環(huán)島路，預(yù)留路口與東洲島中心路相銜接。北支江過江通道全長407.6m，全橋共9跨，主橋?yàn)?35+2×95+35)m四跨下承式鋼拱梁組合橋，南側(cè)引橋?yàn)?30+28+32)m鋼箱梁結(jié)構(gòu)，北側(cè)引橋?yàn)?2×25)m 連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)。橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為43m，橋梁下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)+承臺結(jié)構(gòu)，主橋墩(3～5號)樁徑為1.5m，其余墩樁徑均為1.2m。樁基礎(chǔ)共122根樁，最長樁長為46.2m，最大樁徑為1.5m，均為C30水下混凝土灌注樁。其中，0，9號墩臺分別為20根樁，樁徑1.0m，3～5號墩樁徑為1.5m，其余墩樁徑皆為1.2m。樁位布置如圖1所示。

圖1 樁位布置(單位：cm)

2 鉆孔灌注樁生產(chǎn)性試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

水上灌注樁在鉆孔過程中，泥漿黏度、相對密度、含砂率、pH值等參數(shù)符合要求的情況下，在復(fù)雜地層中高效成孔，保證灌注樁樁基正常施工。

2.2 試驗(yàn)位置及參數(shù)說明

1)試驗(yàn)位置 選用6號墩水中樁基礎(chǔ)作為試驗(yàn)樁基。

2)試驗(yàn)參數(shù)說明 泥漿相對密度為1.06～1.2，含砂率<4%，pH值為7～9，黏度為18～28Pa·s，護(hù)筒長度>21m。

3)施工工藝 鉆孔采用沖擊成孔方法，現(xiàn)場采用聲測試驗(yàn)、高應(yīng)變檢測及荷載箱式靜載檢測。

2.3 試樁結(jié)論

經(jīng)過高低應(yīng)變及靜載試驗(yàn)檢測得出水下灌注樁樁基為Ⅰ類樁基，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3 鉆孔灌注樁施工工藝

3.1 施工工藝流程

鉆孔灌注樁施工工藝流程如圖2所示。

圖2 鉆孔灌注樁施工工藝流程

3.2 施工工序控制要點(diǎn)

1)施工測量 根據(jù)業(yè)主和設(shè)計(jì)單位提供的控制樁點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行復(fù)測，利用控制樁布設(shè)平面控制網(wǎng)和高程加密，外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)計(jì)算成果均應(yīng)符合市政橋涵施工技術(shù)規(guī)范的要求。復(fù)測及放樣結(jié)果應(yīng)報(bào)監(jiān)理工程師，復(fù)測無問題后方可進(jìn)行施工。

2)鋼護(hù)筒制作及埋設(shè) 岸上樁基鋼護(hù)筒(0，7，8，9號)均采用10mm厚鋼板卷制而成，內(nèi)徑大于樁徑0.2m。結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告，根據(jù)施工需要埋設(shè)1節(jié)2m長鋼護(hù)筒，頂面比地面高30cm。根據(jù)測量放樣的孔位中心在四側(cè)埋插保護(hù)樁，以便鉆進(jìn)及時(shí)對孔位復(fù)測。使用機(jī)械初步開挖、人工配合整理及下放回填。筒內(nèi)底部采用黏性土填入夯實(shí)，筒外周壁采用砂漿或黃泥密實(shí)堵漏，鋼護(hù)筒下放后，須復(fù)測其中心位置、橢圓變形與頂面標(biāo)高，而鉆機(jī)上放前，不得在其上面壓放重物，以免影響沖擊鉆機(jī)對中定位。

水中樁基采用定制鋼護(hù)筒，水上樁基鋼護(hù)筒埋設(shè)，待臨時(shí)平臺搭設(shè)完成即可下放。水上墩(1～6號墩)樁基鋼護(hù)筒采用10mm厚鋼板卷制而成，內(nèi)徑大于樁徑0.2m，每條護(hù)筒按21m長設(shè)計(jì)，分2節(jié)制作，每節(jié)10.5m，該鋼護(hù)筒作為永久性護(hù)筒。加工完成后應(yīng)加焊內(nèi)撐，防止堆放及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中產(chǎn)生變形，內(nèi)撐在下放過程中割除。鋼護(hù)筒直徑加工精度須控制在2cm以內(nèi)，刃腳30cm處采用鋼板補(bǔ)強(qiáng)。水上墩樁基鋼護(hù)筒的下放需先定位好導(dǎo)向架，導(dǎo)向架由[25制成，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)向架示意

護(hù)筒下放前先將導(dǎo)向架根據(jù)測量放樣固定于施工平臺上，再由汽車式起重機(jī)配合振動錘進(jìn)行護(hù)筒下放。接長護(hù)筒時(shí)需注意確保2節(jié)護(hù)筒軸線在同一直線上，下放時(shí)注意依靠導(dǎo)向架調(diào)整護(hù)筒傾斜度及偏位，垂直度控制在5/1 000，平面偏差控制在5cm以內(nèi)，護(hù)筒頂面高出施工平臺約50cm。

3)鉆機(jī)就位 鉆機(jī)就位時(shí)，要事先檢查鉆機(jī)性能狀態(tài)是否良好，保證鉆機(jī)工作正常。通過測設(shè)的樁位準(zhǔn)確確定鉆機(jī)位置，并保證鉆機(jī)穩(wěn)定，通過手動粗略調(diào)平保證鉆桿基本豎直后, 即可利用自動控制系統(tǒng)調(diào)整鉆桿保持豎直狀態(tài)。

3.3 鉆進(jìn)成孔技術(shù)

3.3.1泥漿制備

現(xiàn)場設(shè)泥漿池(含沉淀池及泥漿儲備池)，一般為鉆孔容積的1.5～2.0倍，泥漿池底部和四周要鋪設(shè)塑料布或采取其他封閉措施，防止泥漿外流。

泥漿制備設(shè)備有泥漿攪拌機(jī)、水力攪拌器。使用黏土造漿時(shí)，最好采用水力攪拌器；使用膨潤土造漿時(shí)，采用泥漿攪拌機(jī)。

造漿后應(yīng)試驗(yàn)全部性能指標(biāo)，鉆孔過程中應(yīng)隨時(shí)檢驗(yàn)?zāi)酀{密度和含砂率，并填寫泥漿試驗(yàn)記錄表，且隨時(shí)注意地質(zhì)變化，根據(jù)地質(zhì)變化情況隨時(shí)調(diào)整泥漿性能指標(biāo)，保證泥漿各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求，鉆孔施工現(xiàn)場設(shè)置回收泥漿池回收護(hù)壁泥漿，泥漿經(jīng)沉淀凈化后，輸送至儲漿池中，在儲漿池中進(jìn)一步處理(加入適量純堿和CMC改善泥漿性能)，經(jīng)測試合格后重復(fù)使用。

3.3.2鉆進(jìn)

1)鉆機(jī)就位后，首先將鉆機(jī)操平，并支墊牢固，特別是鉆機(jī)前支點(diǎn)。在成孔過程中，應(yīng)定期檢查鉆機(jī)水平度，若發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)前支點(diǎn)下沉，應(yīng)及時(shí)頂起支點(diǎn)并調(diào)平后再繼續(xù)鉆孔。

2)鉆機(jī)正式開鉆前，應(yīng)注意鉆頭對中，將鉆頭拉起至護(hù)筒頂平面位置，在護(hù)樁上綁扎十字線，檢查鉆頭中心與樁位中心是否一致，若發(fā)現(xiàn)偏差過大，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，必須保證鉆機(jī)吊繩、鉆頭中心與樁基中心重合。

3)鉆孔樁開鉆前，一定要對照工程地質(zhì)柱狀圖，研究清楚各孔地質(zhì)資料，并在鉆孔過程中不斷采集渣樣，從而判斷孔位土層與地質(zhì)勘察報(bào)告是否相符。

4)鉆孔樁在剛?cè)霂r面或鉆孔至巖石變化處，應(yīng)本著“減壓鉆進(jìn)”原則，嚴(yán)格控制沖程，待平穩(wěn)著巖后再加快鉆進(jìn)速度。

5)鉆孔樁鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)及時(shí)撈取巖樣，根據(jù)巖樣特征和鉆進(jìn)速度判斷該孔能否終孔。一般情況下，中風(fēng)化巖巖樣顆粒較細(xì)小，直徑5～10mm，進(jìn)尺速度約為30cm/h。

6)沖擊鉆孔成孔過程中，要定期檢查偏位情況，發(fā)現(xiàn)偏位及早采取糾偏措施。

7)終孔后，采集渣樣判斷是否滿足設(shè)計(jì)持力層要求，同時(shí)檢查樁基成孔深度。檢查方法有測繩法和鉆具推算法。首先根據(jù)護(hù)筒頂標(biāo)高和鉆頭鉆具總長度推算孔底標(biāo)高，然后再利用測繩量測成孔深度，計(jì)算孔底標(biāo)高，持力層和鉆孔深度均滿足設(shè)計(jì)要求后方可終孔。用于測量孔深的測繩應(yīng)定期利用鋼尺復(fù)核，防止造成測量誤差。

3.3.3終孔

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，必須核實(shí)地質(zhì)情況。對照鉆渣與地質(zhì)柱狀圖，驗(yàn)證地質(zhì)情況是否滿足設(shè)計(jì)要求，如與勘察設(shè)計(jì)資料不符，及時(shí)通知監(jiān)理工程師及現(xiàn)場設(shè)計(jì)代表確認(rèn)處理；如滿足設(shè)計(jì)要求，立即檢查孔深、孔徑、孔型。對于孔徑、孔壁、垂直度等檢測項(xiàng)目，采用測孔儀檢測。

成孔后，鉆機(jī)顯示界面的鉆孔深度為L1，利用測繩測量孔深L2，如果L2

確認(rèn)滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)收要求后，報(bào)請監(jiān)理工程師驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，立即清孔。成孔檢測標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 成孔檢測標(biāo)準(zhǔn)

4 施工方案調(diào)整

本項(xiàng)目橋梁下部結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)在陸地施工過程中能有效成孔、灌樁，但在水中的灌注樁樁基由于在復(fù)雜地層中易造成塌孔、卡鉆等現(xiàn)象，影響樁基施工工期，且后續(xù)打撈鉆頭等花費(fèi)巨大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通灌注樁造價(jià)。因此，本項(xiàng)目通過增加鋼護(hù)筒長度，對施工方案進(jìn)行調(diào)整，保證高效成孔及灌注。具體調(diào)整方案如下。

1)1.2m直徑樁基鋼護(hù)筒埋設(shè)進(jìn)入不透水層(淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土)深度按≥2倍鋼護(hù)筒直徑控制，1.5m直徑樁基鋼護(hù)筒埋設(shè)進(jìn)入不透水層(淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土)深度按≥1.5倍鋼護(hù)筒直徑控制；鉆進(jìn)至圓礫、卵石層后，泥漿相對密度調(diào)整至1.3；根據(jù)試打情況，直徑<1.5m的鋼護(hù)筒壁厚確定為12mm，直徑>1.5m 的鋼護(hù)筒壁厚確定為14mm；樁基灌樁完成后，鋼護(hù)筒埋入深度較大(>4m)時(shí)，拔出較困難，且影響樁頭混凝土質(zhì)量，為保證樁基質(zhì)量，承臺面以下部分做永久保留，承臺面以上待承臺開挖后割除。

2)鋼護(hù)筒打拔設(shè)備 為保證鋼護(hù)筒埋設(shè)垂直度及考慮其長度和質(zhì)量、現(xiàn)場工作面等，鋼護(hù)筒埋設(shè)采用80t履帶式起重機(jī)，配合使用120kW雙夾振樁錘。

5 結(jié)語

北支江過江通道工程是亞運(yùn)場館項(xiàng)目的附屬工程，施工期的進(jìn)度顯得尤為重要，通過增長鋼護(hù)筒很好地加快了施工進(jìn)度，同時(shí)也避免了長時(shí)間、不斷的地層擾動給樁基造成的不利影響。