洋溪大橋鉆孔灌注樁施工技術
2017-09-04
1 工程概況
洋溪大橋（杭新景高速公路連接線）主橋部分上部結構為120m四塔三跨雙索面自錨式懸索橋，下部構造為承臺式，引橋上部結構為30m預應力小箱梁，下部構造為系梁立柱蓋梁形式，主引橋基礎均采用鉆孔灌注樁，全為嵌巖樁基，樁徑有1.8m、1.2m兩種，樁長為16.5m到30.5m不等。地質(zhì)情況較為復雜，因為采砂的原因，上部基本為卵石層，下部主要是中風化白云巖及中風化含炭硅質(zhì)泥巖，部分下部為石煤層。施工采用沖擊鉆成孔，水下C30混凝土灌注。
2 施工工藝
2.1 施工放樣
該橋基樁中心采用坐標法全站儀直接定位。施工時依據(jù)設計樁位布設框型導向架，施沉護筒，根據(jù)護筒與鉆機吊繩的間距時刻檢查鉆孔偏位情況。
2.2 護筒安制
洋溪大橋主要由直徑1.8m鉆孔灌注樁作基礎，故護筒采用14mm鋼板卷制而成，內(nèi)徑2.0m，每節(jié)1.5m，全密實焊縫焊接。埋設時通過搭建的施工平臺制作導向裝置，然后通過振動錘加壓沉入護筒，護筒上表面高度比施工平臺上表面略低，便于操作及安全防護。護筒沉入穿過卵石層達到中風化巖層面，以有效控制塌孔情況發(fā)生。必要時，在鉆進過程中，對護筒進行跟進。護筒平面位置的偏差不得大于5cm，偏斜度不得大于1%。
2.3 泥漿制備
洋溪大橋鉆孔所用泥漿由當?shù)貙ふ业膬?yōu)質(zhì)黃土作為原料組成，在洋溪大橋復雜地質(zhì)中，泥漿具有重要的意義，平衡樁外水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內(nèi)外滲流，防止坍孔的作用。該工程泥漿的pH值取8～10為宜，相對密度1.1～1.15，粘度20S～35S，膠體率不小于95%。沖擊鉆成孔前，保持護筒內(nèi)水頭，將黃土投入護筒中，由沖擊鉆錘上下調(diào)和好泥漿后開始鉆孔作業(yè)，隨著鉆孔深度的加大應及時投放黃土，若有確保泥漿性能指標不變。
2.4 鉆孔
本橋采用沖擊鉆成孔。鉆錘由鑄鐵制成，重約8t ，梅花錐狀，外徑為1.78m。為提高其對石頭的沖擊破碎能力，在鉆錘周邊加焊合金錐角，用JKL6（A）卷揚機提升鉆錘。鉆機開鉆前經(jīng)過準確對位，檢查鋼絲繩是否在樁中，并檢查鋼絲繩是否有足夠的承重能力（有無破損），轉向裝置是否完好。開始鉆進時，應勻速提升小沖程沖擊，一般為1.0m～1.5m，當鉆孔達到3m深后，可增大沖程，一般采用1.5m～2.0m，嚴禁增大沖程，防止溶洞上壁突然破裂而導致的卡鉆發(fā)生。當進入巖層分界線以上1m時，適當減小沖程以平穩(wěn)度過分界線，防止偏孔、斜孔的發(fā)生。沖擊鉆在剛開鉆時鉆架容易下沉偏位，施工時要經(jīng)常校核孔位，可以采用卷尺測量鋼絲繩與護筒的相對位置來進行粗略的測量，如需調(diào)整，應及時用千斤頂校正鉆架。沖擊巖層對鉆錘的磨損較大，需經(jīng)常對鉆錘的磨損情況進行檢查，并及時以坡口形式補焊，以免造成縮孔，頂起對錘頭轉向裝置進行檢查，防止其失靈形成梅花孔。
2.4.1 塌孔
（1）塌孔指孔壁上的土體或部分巖體脫落到孔中的情況，主要由于孔外壓力過大，而導致孔壁穩(wěn)定性降低，發(fā)生塌孔。主要原因有以下兩點：1）未及時進行造漿，使孔內(nèi)泥漿性能指標下降，從而導致孔壁巖土塌落；2）漏漿：鉆進過程當中，泥漿經(jīng)由土層或非鉆進孔洞滲出，而導致泥漿性能指標下降。
（2） 根據(jù)塌孔發(fā)生原因，我們可以分析，補救措施當然是降低事故發(fā)生的危害，防止事故再次發(fā)生。根據(jù)不同情況，采取以下措施：1）一般性塌孔發(fā)生后先向孔內(nèi)注水提高水位，平衡孔外壓力。然后加入黃土，提高泥漿比重；2）對于因巖溶和嚴重裂隙而造成的塌孔，采用繼續(xù)加長護筒的方式進行堵漏。必要時也可以加入袋裝水泥形成水泥漿進行補漏。
（3）預防措施：1）時刻保持對泥漿性能指標的監(jiān)測；2）對孔內(nèi)水位保持高度重視，保持孔內(nèi)水位高于外側1～2m，如果水位降低，應觀察周圍有無泥漿外漏，判斷是否存在漏漿現(xiàn)象，如有漏漿現(xiàn)象，先保持孔內(nèi)水標高，加粘土或黃土以保持泥漿性能指標，并及時分析原因，參照處理辦法進行補救。
2.4.2 鉆孔偏斜
?。?）原因分析：巖層交界處地質(zhì)傾斜，鉆進時沖錘失去平衡而發(fā)生孔道偏斜，如洋溪大橋7#、10#墩樁基。（2）處理措施：發(fā)現(xiàn)孔道偏斜時，即在孔內(nèi)投放與巖層相同的石塊至開始斜孔的位置，校正孔位，以小沖程鉆進，反復多次可以通過傾斜巖層。如果仍不能有效解決，可以灌注水下混凝土，達到一定強度后，再以小沖程鉆進通過傾斜巖層。（3）預防措施：在鉆孔灌注樁施工之前，仔細研究地質(zhì)報告，在鉆進標高接近設計巖面交界處減小鉆機沖程，并時刻關注鋼絲繩的垂直度，以此判斷是否出現(xiàn)斜孔現(xiàn)象。
2.4.3 卡錘
?。?）原因分析：1）塌孔而引起的埋錘；2）補焊的錘頭下放太快； 3）由于斜孔錘頭斜擱在孔中。
?。?）處理措施：施工中卡錘以后，先分析卡錘原因并嘗試使用鉆機隊錘頭進行拉拽，如果仍然不行，則動用吊機進行輔助，同時拉錘。拉拽時切忌持續(xù)用力，因間斷提升、下放，反復進行，防止用力過猛，導致鉆機或吊機翻轉。反復可以松動土體或巖壁，過度的拉拽也有可能導致孔壁破壞而導致卡錘更加嚴重。對于塌孔而卡錘的現(xiàn)象，一般通過拉拽無法提升被壓鉆錘，可以嘗試用吊機配合自制小鉆將錘埋置的周圍，然后利用鉆機進行晃動，試著取錘。有時還可以配以水下爆破法將錘頭松動。這樣反復幾次，一般都可以成功取出錘頭。洋溪大橋8#-7樁基就因為塌孔而卡錘通過以上方法成功取錘，挽回經(jīng)濟損失。自制小鉆可以利用一些型鋼做成長條狀，洋溪大橋曾采用過圈狀，但是實際效果不佳，由于自重太輕，未能達到預期效果。
?。?）預防措施：1）預防塌孔情況的發(fā)生，在較復雜地質(zhì)區(qū)間采用小沖程鉆進，減少埋錘的可能；2）剛補焊過錘牙的錘頭，不宜下放過快，不宜進行鉆進，因當慢速落錘，最低點從巖面每次多深入1m，并提起，反復數(shù)次，直至能無阻礙到達孔底后，方可正常鉆進。 2.5 水下混凝土的灌注
?。?）首批混凝土的灌注是全樁混凝土灌注成功的關鍵，必須嚴格控制。（2）根據(jù)施工經(jīng)驗比較，漏斗下口與導管頂口相接處改變過去的栓閥，采用提板軟墊法。（3）混凝土拌合物繼續(xù)灌注過程中，要重點控制導管的最大、最小埋深。拆除導管后，灌注進行前，導管埋深控制在2～6m，施工現(xiàn)在的埋深情況，宜根據(jù)混凝土供應情況，天氣情況，水溫情況等等進行綜合分析。（4）混凝土灌注到樁基上部時，為保證混凝土密實可采用長柄取樣盆的方法來確定。
2.6 灌注事故處理
（1）短樁。由于混凝土灌注不到位而造成的，主要是因為測量不準。樁基水下混凝土灌注過程中每次灌注均要進行測量，以數(shù)據(jù)來驗證是否為正常情況，一般采用測繩進行測量，而錘頭是比較主要的，洋溪大橋設置錐形厚底中空錘頭，下表面為平面，用以感受混凝土面，而錘頭的重量能讓人感受到穿過混凝土面的過程，以達到測量面的準確。中空的設計能取到部分混凝土石子，以再度驗證數(shù)據(jù)的正確性。
?。?）斷樁及泥夾層。斷樁是由于在灌注過程中因特殊原因中斷灌注，樁頭離設計位置較深不能進行接樁處理而形成的，這種情況就需要我們做好預防措施，灌注前確認所有機械設備正常就位。斷樁也可能由于泥漿中泥渣沉積而造成泥夾層出現(xiàn)。泥夾層形成的原因一般有以下兩種：1）灌注過程中由于埋管太淺，后灌的混凝土沖破先灌注的混凝土表層而覆蓋在原混凝土表面沉淀的泥渣層上形成夾層斷樁。2）導管埋深太淺或?qū)Ч馨纬龌炷烈灾聦Ч軆?nèi)進水。以上兩種事故主要是在灌注過程中控制導管最小埋深不準確而造成的。施工中應采取有效措施，仔細謹慎，多次量測可以避免事故的發(fā)生。 （3）導管吊不出。主要是導管埋深過大，超過起重能力而造成的。在灌注過程中導管埋深超過8m時，要及時拆管，優(yōu)先考慮使用帶絲扣連結的導管而不使用法蘭盤聯(lián)接形式的導管，因為法蘭盤將增加與混凝土接觸面的阻力。在施工過程中也有可能由于混凝土供應不及時，導管埋置時間過長而導致導管吊不出，故混凝土等待過程中，必須讓導管在一定范圍內(nèi)晃動，以保證其正常工作。
2.7 體會
?。?）鉆孔灌注樁施工要制定詳細施工組織設計和應急處理措施，在施工中應選派有經(jīng)驗的技術人員上場指導。水下混凝土灌注前應詳細檢查施工機具的安全性及工作狀況，準備好處理施工事故的其他設備，以防發(fā)生意外。
?。?）復雜地質(zhì)區(qū)域的鉆孔樁施工，鉆進時要詳細閱讀地質(zhì)柱狀圖，做到早預防，塌孔發(fā)生時要確保錘頭不埋沒。相比之下沖擊鉆要比回旋轉鉆靈活的多，因而在溶巖地區(qū)的施工要優(yōu)先考慮使用沖擊鉆。
?。?）鉆孔灌注樁，顧名思義，兩個重點，鉆孔和灌注。在鉆孔過程中，要注意過程控制，需專門的專業(yè)技術人員，在現(xiàn)場控制，從上至下注意以下幾個問題：1）鋼絲繩垂直度（預防斜孔）；2）鋼絲繩相對護筒位置（預防偏孔）；3）孔內(nèi)相對外部水位及泥漿性能指標（預防塌孔）；4）護筒外水質(zhì)（觀察是否漏漿）；5）勤清孔，做好泥漿循環(huán)工作，及時分析巖樣，靈活控制鉆孔方式（大小沖程的選擇）。
3 結語
在灌注過程中，首灌尤為重要，是不可逆的過程，首灌如果失敗，勢必對混凝土造成浪費并且嚴重影響施工進度。首灌方量計算必須準確，做好一切準備后，方可進行首灌工作，如果有不正常情況，應立即停止灌注，減少不必要的損失。首灌混凝土宜采用坍落度相對較大的混凝土進行施工，可以有效的避免因首灌混凝土凝固、破裂而形成的夾層、斷樁。灌注過程在前期重在迅速，現(xiàn)場的量測、記錄，必須快。時刻關注澆筑方量和混凝土面標高的關系，來綜合判斷量測的準確性。當混凝土面接近設計樁頂標高時，準確就占據(jù)主導地位，混凝土面宜比設計樁頂標高高出0.5～1m。必要時，采用長柄容器來判斷混凝土面，在不確定混凝土面的時候，寧可多澆混凝土以保證樁基質(zhì)量。
