上部無砂填充富水砂卵石地層嵌巖鉆孔灌注樁施工技術

徐壽政

摘要 文章以京秦高速公路遵秦段青龍河大橋上部無砂填充富水砂卵石地層中嵌巖鉆孔灌注樁施工為探討主題，針對上部無砂填充砂卵石地層嵌巖鉆孔灌注樁易塌孔、縮孔、地下水透析、鉆進困難等難點，通過采用加長護筒、改良泥漿指標、合理選用鉆進設備的措施優化施工工藝，有效地解決了上述難題，保證施工進度及工程質量，降低了施工成本。

關鍵詞 鉆孔灌注樁;砂卵石地層;花崗巖;旋挖鉆;沖擊鉆;鉆孔;泥漿護壁;長護筒

中圖分類號 TU433 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0150-04

0 引言

樁基工程是橋梁工程基礎施工的要點內容，不同地質條件下鉆孔灌注樁施工的設備選型及施工工藝選擇是施工組織的關鍵所在。上部無砂填充富水砂卵石地層中嵌巖鉆孔灌注樁施工不僅要保證施工質量，同時要滿足工期要求[1]。因此該文開展相關技術分析探討，對施工過程中的重難點進行詳細介紹，并對其采取有效措施，保證施工的有序進行。

1 工程概況

1.1 工程簡述

京秦高速公路遵秦段B5標起訖里程為K79+362～K101

+950，起點位于河北省唐山市遷安市，終點位于秦皇島市盧龍縣，全長22.588 km。標段含青龍河大橋、S363省道分離立交等橋梁27座，主線橋梁累計長度2.4 km。

項目控制性工程青龍河大橋設計橋長927 m，下部結構采用墩配樁基礎，設計樁徑1.5～1.8 m，設計樁長19～28 m，0～24#臺為摩擦樁，25～29#臺卵石覆蓋層較薄處為端承樁，數量148根，設計強度等級C30。

1.2 工程地質

擬建橋址為河流沖洪積平原，地面高程53.57～71 m，根據地面調查及鉆探揭露，場區內表層覆蓋第四系全新統地層，下伏基巖為中太古代。根據工程性質的差異，橋址區地層分為7層，各層的主要工程地質特征分述見表1。

主河槽中由于前期采砂，表層卵石層缺少砂填充，粘聚力差，深度約2～5 m，各層層厚分部不均勻，局部基巖巖面傾斜，工程地質見圖1。

2 施工難點及應對措施

2.1 施工難點

根據地質資料及現場調查可知青龍河大橋鉆孔灌注樁施工主要難點為：

（1）青龍河大橋樁基雖多為摩擦樁，均已進入基巖，花崗巖抗壓強度高，飽和抗壓強度達到100 MPa以上，鉆進困難，進入巖層后鉆孔振動大，易造成上層砂卵石層失穩塌孔;

（2）部分樁基位于巖面傾斜的基巖上，沖擊鉆在傾斜巖面鉆進由于底面軟硬不均鉆進過程易偏孔;

（3）主河槽由于前期采砂影響，頂面覆蓋層為卵石堆積層，無砂填充，粘聚力差;

（4）施工區域地表及地下水豐富，砂卵石地層空隙大，受到水壓力侵蝕滲透，確保孔壁穩定的護壁泥漿要求高。

2.2 應對措施

針對上述難點，總結前期在該地層常規旋挖試樁塌孔的失敗經驗，主要采取如下措施解決上述問題。

（1）綜合進度、成本及質量等因素，現場采用旋挖施工為主、沖擊鉆輔助施工的機械組合，旋挖機主要用于摩擦樁及進入基巖長度短的端承樁，沖擊鉆主要用于基巖巖面傾斜部位及進入基巖長度較長的端承樁;

（2）針對主河槽表層卵石堆積層無砂填充，穩定性差，現場采用6 m長護筒穿過堆積層進行孔壁加固，選用70 t汽車吊配合120振動錘打拔鋼護筒;

（3）沖擊鉆鉆進至傾斜巖面后，采用回填等強度材質石塊進行處理，小沖程沖擊法施工;

（4）加大泥漿比重，采用高塑性優質粘土造漿并加入膨潤土與火堿進行改良泥漿，使之pH值及靜切力適當、失水率小能有形成效護壁，防止孔內泥漿與外部地下水相互滲透。

3 施工工藝

鉆孔灌注樁施工工藝流程見圖2。

3.1 測量放樣

采用GPS對樁位進行放樣。沿樁中心呈“十”字型引出四個樁位點用來控制樁位，作為單樁護樁，護樁距樁心為2倍樁徑。四個護樁因樁機駐位及護筒埋設設易發生碰撞變形，護筒埋設完成后，及時進行復測樁位。

3.2 護筒埋設

護筒選用厚10 mm厚鋼板制作，直徑比樁徑大0.2 m，為防止打拔過程變形，護筒上端采用加厚設計。河岸1～9#、25～29#墩樁基采用1.5～3 m長護筒，主河槽內10～24#墩樁基采用6 m長護筒。

1.3～3 m護筒采用挖機或旋挖機挖埋，6.0 m長鋼護筒埋設首先利用旋挖機開孔，孔深1 m，孔徑略大于護筒直徑，然后采用120液壓振動錘進行施打埋設，液壓振動錘由70 t汽車吊起吊，護筒入土1.0 m后復測樁位及垂直度嚴格控制護筒垂直度及平面位置，如圖3所示。

3.3 泥漿制備及循環

根據地質情況、施工條件、施工工藝及鉆進參數等多方面因素綜合考慮，采用優質黃粘土造漿并加入膨潤土與純堿進行改良泥漿，材料配比見表2。泥漿制備采用泥漿泵在泥漿池中高速攪拌，將泥漿泵懸吊在泥漿池上方，在池中注入清水，開啟泥漿泵，邊攪拌邊投入粘土，泥漿泵轉速大于200 r/min，將泥漿攪拌均勻。

鉆孔過程中泥漿的性能參數見表3，儲漿池要經常循環攪動，防止泥漿沉淀和離析，施工過程中加強對泥漿指標的檢測，每班不少于2次。

3.4 鉆進

針對該橋位處復雜地層，我部施工組織設備選型以大扭矩旋挖機為主，沖擊鉆輔助，旋挖機主要用于嵌巖長度短的摩擦樁，沖擊鉆主要用于基巖巖面傾斜部位及嵌巖石深度度較長的端承樁，部分旋挖進入強度較高基巖后采用沖擊鉆接力施工。

3.4.1 旋挖鉆成孔

現場使用三一SR420旋挖機及中聯ZR360L旋挖機各一臺，配置1.2 m、1.5 m、1.8 m不同直徑的斗式鉆頭與嵌巖筒鉆。旋挖鉆在鉆卵石層時，采用6.0 m的鋼護筒，穿過采砂區，采砂區下層采用泥漿護壁。卵石層則采用斗式鉆頭慢轉速慢鉆進并適當加大泥漿比重和粘度。入巖后，先采用1.2 m直徑嵌巖筒鉆鉆進，對孔內巖芯圓周進行松動，增加巖層自由面，斗式鉆頭配合鉆進至設計標高后更換1.5 m直徑鉆頭擴孔，最后采用1.8 m直徑鉆頭鉆進至設計標高。

3.4.2 沖擊鉆成孔

（1）機具布置。現場選用沖擊鉆8臺，用于基巖巖面傾斜及嵌巖深度較長樁基施工，直徑分別為1.5 m和1.8 m，由于基巖地質堅硬，選用大噸位鉆頭，1.5 m直徑鉆頭重量為6 t，1.8 m直徑鉆頭重量9 t。

護筒埋設完畢后，由專職測量人員對樁位、護樁進行復測，檢查護樁是否移動，然后根據鉆機尺寸在孔口平整鉆機平臺，平臺平整密實，鋪設墊木，保證在鉆進和運行中不產生位移和沉陷。設備就位后，采用護樁拉十字線用吊線錘法復核鉆頭位置，鉆頭、護樁中心在同一鉛垂線上，偏差不得大于1 cm[2]。

鉆頭直徑與樁徑一致，以保證成孔直徑不小于設計樁徑，在鉆進過程中觀測錘頭磨損狀況，防止樁孔縮徑。

（2）鉆進。1）向護筒內泵送泥漿，約到護筒的2/3高處，開孔及整個鉆進過程中，始終保持孔內水位高出地下水位1.5 m以上，并低于護筒頂面 0.3 m以防溢出，掏渣后應及時補漿。2）每鉆進2 m或地層變化處，在泥漿中撈取鉆渣樣品，查明土質并記錄，及時排除鉆渣并置換泥漿。同時注意土層的變化，在巖、土層變化處均撈取渣樣，判明土層并記入記錄表中與地質剖面圖核對。3）沖擊鉆鉆進至傾斜巖面后，采用回填等強度材質石塊進行處理，小沖程沖擊法施工，隨時檢查成孔是否由偏斜情況。

3.5 鋼筋籠安裝與混凝土澆筑

成孔檢查、清孔后及時下放鋼筋籠并澆筑混凝土，灌注的樁頂高程高于設計樁頂高程0.8～1 m，澆筑完立即拔除護筒并檢查灌注樁頂面高程。

3.6 施工方案優缺點及功效分析

由于中風化花崗巖層強度高，現場鉆取巖芯飽和抗壓強度100 MPa以上，在硬質花崗巖地層沖擊鉆施工進尺困難，且垂頭磨損嚴重，單個臺班平均進尺約0.5 m，綜合鉆頭焊接加固時間長，一般嵌巖深度10～20 m樁基20～40天成孔，施工效率低下，施工成本較高。采用大扭矩旋挖鉆配置斗式鉆頭與嵌巖筒鉆鉆頭結合施工，在巖層中先采取1.2 m直徑鉆頭成孔，再逐級擴孔工藝，雖增加一道擴充工序，但施工效率高，一般嵌巖深度5～10 m樁基一般2～5天左右成孔，綜合比較，施工費用相對較低。

4 結束語

該項目青龍河大橋橋位處地質情況復雜，砂卵石覆蓋層較厚且主河槽內上部卵石層由于前期采砂粘聚力差，根據地勘資料下層基巖中裂隙較發育的中風化花崗巖層厚較厚，橋位25～29#墩處巖面傾斜，按照設計規范不能作為端承樁持力層，進而導致樁基入巖深度較大，該層裂隙飽和抗壓強度大于100 MPa，各類設備鉆進困難，施工成本高，我部對橋位25～29#墩逐樁補充地勘，優化了部分樁基樁長。

針對巖面傾斜部位樁基，采用回填等強度材質石塊進行處理，小沖程沖擊法施工，有效地穿透了該地層;針對主河槽樁位處表層卵石堆積層無砂填充，穩定性差，卵石覆蓋層厚且樁底進入基巖的復雜地質，現場采用6 m長護筒穿過堆積層進行孔壁加固，適當加大泥漿比重，選用大功率旋挖鉆機根據不同地層調整鉆進工藝，有效的解決了該地層施工難點，順利完成了該橋148根樁基施工，混凝土損耗系數為8.72%，經檢測均為一類樁。

參考文獻

[1]公路橋涵施工技術規范：JTG/T 3650—2020[S].北京：人民交通出版社，2020.

[2]公路工程質量檢驗評定標準：JTG F80/1—2017[S].北京：人民交通出版社，2017.