海灣灘涂區大直徑鉆孔灌注樁成孔探究

文 / 中交四航局總承包分公司 葉瑞玉 韓志文

228國道蒼南龍沙至岱嶺段赤溪港特大橋，橋梁樁基大部分位于海灣灘涂區，樁基清孔施工受潮汐影響明顯，潮汐沖刷作用較強烈，泥漿護壁容易受擾動，造成泥漿含砂率指標偏高，無法進行下步工序施工，影響施工進度及質量。本文通過對水文地質條件、施工記錄、試驗數據、成孔檢測結果等基礎數據分析,總結了海灣灘涂區水文地質復雜的條件下大直徑鉆孔灌注樁清孔過程對成孔質量的影響,介紹了采取的改進措施及效果,為類似工程施工提供一些借鑒和參考。

前言

在海灣地區橋梁樁基施工中采用大直徑鉆孔灌注樁時，由于水文地質條件較復雜，土層物理力學指標差異較大，因而成孔質量不容易保證，其中清孔工藝的控制對成孔質量的影響至關重要。

工程概況

工程簡介

228國道蒼南龍沙至岱嶺段工程位于溫州市蒼南縣，全長約26.845km，其中赤溪港特大橋共有樁基礎112根，按照受力形式劃分為摩擦樁和端承樁，樁徑為2.0m、2.5m，樁長為11.69m～50.4m不等，其中2#～25#墩位于海灣灘涂內，1#墩、26～30#墩均位于陸上。

地質概況

赤溪港特大橋兩側橋頭位于丘陵區，其余樁基大部分位于海灣灘涂區，低潮水位時灘涂出露，漲潮時為海水淹沒，根據海洋水文站長期的實測統計，最高潮位4.45m，最低潮位出露灘涂面，平均潮位2.37m，平均海面0.20m，平均漲潮歷時6h02min，平均落潮歷時，6h24min，水位受潮汐影響明顯，潮汐沖刷作用較強烈。橋址地下水類型以松散巖類孔隙潛水、孔隙微承壓水和基巖裂隙水為主 ，水文地質條件較復雜。灘涂上部分海積淤泥、淤泥質黏土，厚度10m～19m；其下分布第四系沖海積、海積及沖積成因的圓礫、卵石及粉質黏土等，總厚度16m～25m；以下為洪坡積含碎石粉質黏土、碎塊石及粉質黏土夾層等，厚度大于15m；下伏全-微風化晶屑熔結凝灰巖。兩岸斜坡分布殘坡積粉質黏土、含黏性土碎石，厚度2m～3m，局部為填土，厚約1.0m，下伏全-微風化晶屑熔結凝灰巖。全風化巖局部分布，強風化巖較破碎；中-微風化基巖青灰色，堅硬，較完整，物理力學性質良好。

主要施工工藝

護筒埋設

護筒采用14mm厚Q235鋼板卷制而成，內徑2.7m，標準節3m，首根樁鋼護筒標高7.24m，下放長度達到18m（入土深度10.76m），完全穿透淤泥層，保證垂直度在0.5%以內。

成孔

采用沖擊成孔方法，沖程控制在0.8m左右，采用膨潤土加纖維素配置的優質泥漿護壁，施工過程隨時對泥漿比重進行抽查。

鋼筋籠制作及吊裝

鋼筋籠分節制作、運輸,采用五點抬吊、分節下籠、節段間機械連接的方法安裝。

清孔

采用泥漿正循環法清孔。成孔后進行一次清孔,鋼筋籠吊裝、導管下放后進行二次清孔。清孔泥漿通過泥砂分離器完成砂泥凈化后,進行置換泥漿清孔、清渣。

混凝土澆筑

采用導管水下灌注法澆筑水下混凝土。

樁基成孔檢測結果及質量問題分析

樁基成孔檢測結果

對前期成孔的5根樁采用成孔檢測儀進行檢測，檢測結果顯示均出現局部擴孔較大現象，且孔底成渣厚度均大于5cm。根據成孔檢測報告分析,各樁可能因清孔時間過長導致出現塌孔現象。各孔成孔檢測結果及清孔時間如表1所示。

表1 樁基成孔檢測結果及清孔時間統計表

清孔時間較長不僅會對施工工期產生影響，更會對成孔質量產生影響，并進一步影響到樁基成樁質量，因此有必要采取有效措施改進清孔施工工藝，提高清孔速度，加快樁基施工進度。

質量問題分析

根據對樁基成孔檢測結果、地質情況及施工原始記錄等基礎數據分析,泥漿質量、沖孔過程等均符合設計及規范要求,質量缺陷的出現主要有以下幾方面可能的原因:

1.地質條件: 樁身穿越地層自上而下分別為淤泥、卵石/圓礫、粉質黏土、卵石、黏土、卵石/圓礫、全風化晶屑熔接凝灰巖、中風化晶屑熔接凝灰巖。根據樁基成孔檢測報告結果顯示,5根樁中,多數樁身成孔缺陷部位處于卵石層或卵石層與其它地層交界處。排除潮汐影響、混凝土質量及導管質量、拆管及回插方面的原因后，卵石層塌孔而造成夾泥(砂)或氣泡是導致質量缺陷的直接原因。

2.成孔工藝:沖孔速度較慢，時間較長，可排除因沖孔速度過快或錘擊引起的振動造成的卵石層局部塌孔。

3.清孔工藝:本次成孔檢測5根樁清孔時間最短6天,最長13天。本批樁基施工二清均采用正循環清孔,清孔效率較低，且由于泥漿分離器功率較小，分離砂礫的效果較差，含砂率較難控制，為減少比重較大砂礫回落,且保證沉渣厚度達到設計要求, 必須反復循環清孔；清孔時間長,影響孔壁穩定,造成卵石層局部塌孔的可能性較大。

4.鋼筋籠下放:鋼筋籠吊裝下放時,鋼筋籠不居中可能造成保護層墊塊刮蹭孔壁,泥團粘附在鋼筋籠上,導致樁身出現夾泥現象。

質量改進措施及效果

質量改進措施

針對前期施工出現的質量缺陷,結合現場實際情況,提出以下改進措施:

1.泥漿質量控制:在卵石層段加大泥漿比重,泥漿比重控制在1.20～1.25g/cm3,以增加泥漿的粘度和降低含砂率,使泥漿所產生的液柱壓力可以平衡地下水壓力,并對孔壁有一定的側壓力, 成為孔壁的一種液態支撐,從而起到防止塌孔、保護孔壁的作用。

2.更換大功率泥漿分離器:清孔采用大功率泥漿分離器以提高泥砂分離效果，避免比重較大砂礫回落，有效降低含砂率，減少反復循環清孔次數，從而大大縮短清孔時間。

3.針對成孔后0.5h內，樁底沉渣厚度達到30cn以上的樁基采用氣舉反循環清孔工藝:氣舉反循環清孔工藝是利用空壓機的壓縮空氣,通過安裝在導管內的風管送至樁孔內,高壓氣與泥漿混合,在導管內形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物,漿氣混合物因其比重小而上升,在導管內混合器底端形成負壓,底部的泥漿在負壓的作用下上升,并在氣壓動量的聯合作用下,不斷補漿,上升至混合器的泥漿與氣體形成氣漿混合物后繼續上升,從而形成流動,因為導管的內斷面積遠小于導管外壁與樁壁間的環狀斷面積,便形成了流速、流量極大的反循環,攜帶沉渣從導管內反出,排出導管以外。該工藝操作簡單,清孔效果明顯,可有效縮短清孔時間,大幅度降低塌孔幾率。

4.鋼筋籠下放控制:鋼筋籠下放前嚴格檢查,確保鋼筋籠垂直度合格且位置居中;采用圓 盤形可轉動混凝土保護層墊塊,避免或減少下放過程中掛壁夾泥的發生。

5.加強工序監督管理:加強技術人員對各道工序的質量掌控和監督,落實三級交底制度和三檢制度,保證技術方案和改進措施的執行落實。

質量改進效果

通過采取各項改進措施,樁基成孔質量得到明顯的提高。更換大功率泥漿分離器、針對基底沉渣厚度的樁基改進清孔施工工藝后,有效降低了卵石層塌孔造成的樁身質量缺陷,樁基清孔時間較改進之前顯著減少(見表2顯示），保障了工程進度，同時在后續的樁基超聲波檢測本橋梁已實施的21根樁基均為Ⅰ類樁。

表2 樁基工藝改進前后清孔時間對比統計表

結語

在海灣灘涂區大直徑鉆孔灌注樁施工過程中,及時對成孔質量問題進行分析,查找原因并采取有效的調整措施,是保證施工質量和進度、節約成本的重要方法。因清孔時間過長導致卵石層坍塌，從而造成夾泥或氣泡是樁身產生質量缺陷的直接原因,通過更換大功率泥漿分離器、針對基底沉渣厚度較大的樁基采用氣舉反循環法進行清孔等措施可大幅縮短清孔時間,有效減少卵石層塌孔現象,從而提高灌注樁施工進度，并保障樁基施工質量。