洪張其,朱有順,徐海明,陳解忠

(1.杭州蕭山水利水電勘察設(shè)計(jì)所,浙江 杭州 311203;2.杭州市蕭山區(qū)錢(qián)塘江灌區(qū)管理處,浙江 杭州 311203;3.杭州市蕭山區(qū)戴村鎮(zhèn)人民政府,浙江 杭州 311203)

杭州市蕭山區(qū)某橋梁為梁板式平橋,共4跨、長(zhǎng)75 m,兩中跨各長(zhǎng)20m,兩邊跨各長(zhǎng)17.5m,橋?qū)? m,樁柱式基礎(chǔ),樁基全部位于山腳處,為巖基端承樁,見(jiàn)圖1。該橋樁基不屬于超長(zhǎng)、超大直徑樁,但因橋址處的復(fù)雜地質(zhì)特性給樁基施工帶來(lái)相當(dāng)大的難度,主要是在傾斜、軟硬互層的巖層中采用沖擊鉆成孔施工中,容易引起樁孔偏斜、縮孔、進(jìn)尺緩慢等問(wèn)題,由于采用了針對(duì)性的工藝技術(shù),均取得了較好的效果。

圖1 橋型布置圖

1 復(fù)雜的地質(zhì)特性情況

工程區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造帶具壓扭性特征,斷裂帶內(nèi)及西側(cè)巖石擠壓破碎,硅化蝕變強(qiáng)烈。

本次勘察分別在每個(gè)橋墩、橋臺(tái)處布置1個(gè)鉆探孔,共5個(gè)鉆探孔,勘探揭露的巖土層分述如下:

第1層素填土、第2層砂質(zhì)粉土、第3層砂質(zhì)粉土混碎石、第4層砂質(zhì)粉土,層厚在1～2 m,局部分布。第5大層為白云巖和硅化白云巖互層,層次有9層之多,場(chǎng)地基巖為海相沉積巖,為寒武系硅化白云巖和白云巖互層,中風(fēng)化,巖體豎向裂隙發(fā)育。硅化白云巖為厚層狀構(gòu)造,刀砍紋發(fā)育,質(zhì)地較堅(jiān)硬,巖石局部已硅化,滴鹽酸不起泡,刀刻無(wú)刻痕。白云巖為厚層狀構(gòu)造,裂隙發(fā)育一般,蜂窩狀明顯,風(fēng)化成紅色黏土。

第5層又劃分為如下亞層:

第(5-1)、(5-3)、(5-5)、(5-7)層:中風(fēng)化硅化白云巖,黑灰色、灰白色、黃灰色,厚層狀構(gòu)造,質(zhì)地較堅(jiān)硬,蜂窩狀不明顯。裂隙發(fā)育,巖體較破碎—較完整,尤其上部(5-1)層裂隙風(fēng)化較強(qiáng)烈,裂隙寬度可達(dá)1～3 cm。巖石抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高,根據(jù)試驗(yàn)分別為 27.90,24.43,30.49,31.82 MPa。巖芯多呈碎塊狀、短柱狀、柱狀,巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD為較差的 (RQD=63),易風(fēng)化碎裂,錘擊呈碎塊狀,金剛鉆鉆進(jìn)較困難。巖石屬較硬巖、巖體較破碎,其巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

第(5-2)、(5-4)、(5-6)層:中風(fēng)化白云巖,紅色、淺紅色、灰黃色,厚層狀構(gòu)造,蜂窩狀明顯。裂隙發(fā)育一般,巖體較完整,巖石抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低,根據(jù)試驗(yàn)分別為14.06,5.11,4.23 MPa,巖芯多呈碎塊狀、短柱狀、柱狀,巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD為較好的(RQD=82),易風(fēng)化呈土狀,錘擊呈碎塊狀,金剛鉆鉆進(jìn)相對(duì)較容易。尤其是上部 (5-2)層風(fēng)化程度較高,巖芯呈硬土狀,手可掰斷。巖石屬軟巖、巖體較破碎,其巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

本工程大多數(shù)樁位正好處于傾斜、軟硬互層巖層中。

2 沖擊鉆施工的成孔難點(diǎn)

在上述的傾斜、軟硬互層復(fù)雜巖層中,采用沖擊鉆成孔施工技術(shù)的主要難點(diǎn)如下:

2.1 樁孔偏斜

樁孔傾斜是指沖孔樁成孔的垂直度不滿足規(guī)范要求。引起斜孔的原因有:①所用樁錘偏心過(guò)大或缺齒;②沖進(jìn)過(guò)程中遇有孤石;③樁施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)巖層坡度很大,或孔底軟硬不一;④樁機(jī)架在施工中逐漸傾斜。本工程樁位剛好處于有很大傾斜度的軟硬巖層交界處,鉆頭所受阻力不均,在0、1、3號(hào)孔均出現(xiàn)不同程度的樁孔傾斜現(xiàn)象。

2.2 縮 孔

橋址區(qū)巖層為中風(fēng)化硅化白云巖與白云巖互層,其中中風(fēng)化硅化白云巖強(qiáng)度高,可鉆性相當(dāng)差,且堅(jiān)硬巖石極易磨損錘頭,未及時(shí)修補(bǔ)易導(dǎo)致孔縮小。

目前沖孔樁施工常用的沖錘主要有十字錘、人字錘和梅花錘等幾種。當(dāng)施工進(jìn)入較堅(jiān)硬的巖層后,若使用的樁錘錘高過(guò)大,且樁錘頂?shù)霓D(zhuǎn)向環(huán)又不靈便時(shí),就很容易使樁錘在沖進(jìn)過(guò)程中沿著錘齒部位所形成的 “軌道”沖進(jìn),這樣樁孔壁將有少許凸向樁孔,這樣的樁孔稱為梅花孔。對(duì)梅花孔如果不作處理就灌注混凝土,則該段樁芯混凝土便存在有局部縮孔的隱患。此外,出現(xiàn)梅花孔還容易發(fā)生卡錘的施工事故。因此,在沖孔樁施工過(guò)程中,若發(fā)現(xiàn)有梅花孔,應(yīng)引起注意,及時(shí)處理。

2.3 進(jìn)尺緩慢

從地質(zhì)資料和實(shí)際鉆孔情況反映,部分樁基施工區(qū)域巖石堅(jiān)硬,可鉆性差,原沖擊鉆機(jī)配3 t實(shí)心十字錘,進(jìn)尺較慢,經(jīng)分析是錘的沖擊能量偏小,錘重不夠,后選擇5 t實(shí)心十字錘,進(jìn)尺有明顯提高。但進(jìn)入中風(fēng)化硅化白云巖后,靠重錘,進(jìn)尺甚微。尤其是3號(hào)樁位的兩根樁所在第5大層多達(dá)9個(gè)互層,都為軟硬夾層且傾斜度達(dá)1∶1以上,通過(guò)采取向樁孔內(nèi)回填塊石和黏土塊,然后用低錘密沖,開(kāi)始進(jìn)尺順利,但達(dá)到標(biāo)高-11.10 m左右再也不能鉆進(jìn)。

2.4 勘察與施工現(xiàn)場(chǎng)差異帶來(lái)的問(wèn)題

本工程橋址正好處于地質(zhì)構(gòu)造帶的邊緣,又處于錢(qián)塘江邊山腳處,地形高差很大。由于在工程前期的勘察設(shè)計(jì)階段,對(duì)橋址的地形、地質(zhì)復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不夠充分,在施工現(xiàn)場(chǎng)放樣鉆進(jìn)后,發(fā)現(xiàn)實(shí)際樁位與勘察孔位雖然相距僅幾米,但是實(shí)際樁位與勘察孔揭示的地質(zhì)情況差別較大,勘察孔已不能作為現(xiàn)場(chǎng)鉆孔施工的依據(jù),3號(hào)樁位差別尤其明顯。這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)對(duì)樁長(zhǎng)、樁徑等進(jìn)行變更而使工期延遲。

3 成孔工藝選擇和特殊施工方法

針對(duì)上述成孔施工技術(shù)的主要難點(diǎn)采用了針對(duì)性的工藝技術(shù),取得了較好的效果。

3.1 對(duì)樁孔偏斜的糾偏

本工程鉆孔灌注樁嵌巖深度較大,采用了手控卷?yè)P(yáng)式?jīng)_擊鉆機(jī)鉆孔 (鉆頭采用十字實(shí)心錘)的施工設(shè)備。因存在軟硬巖層互層,且在3號(hào)樁位巖面傾斜,坡度達(dá)1:1以上,故須做好進(jìn)入巖層時(shí)的控制。進(jìn)入巖面時(shí),在護(hù)筒內(nèi)回填塊石,填平傾斜的巖面,鉆孔施工時(shí)適當(dāng)減小沖擊錘的落距,小沖程、慢速?zèng)_擊傾斜巖面,確保不發(fā)生偏孔。另外在鉆進(jìn)過(guò)程中,應(yīng)該經(jīng)常校核錘是否對(duì)中,若有偏斜,及時(shí)回填塊石,調(diào)整豎直度。在0、1號(hào)樁位發(fā)生不同程度的斜孔后,采取向樁孔內(nèi)回填塊石和黏土塊,然后用低錘密沖,反復(fù)矯正,均收到較理想的效果。

作為預(yù)防樁孔偏斜的措施主要有:①不使用偏心過(guò)大的錘;②定時(shí)檢查樁錘,發(fā)現(xiàn)錘齒缺損時(shí)及時(shí)更換;③注意泥漿循環(huán),泥漿比重要適宜;④樁機(jī)架下面要穩(wěn)固,防止樁機(jī)架在施工過(guò)程中移動(dòng)、傾斜;⑤控制沖擊鉆錘的鋼絲繩松緊度:對(duì)于電動(dòng)沖擊鉆機(jī),應(yīng)盡量將沖擊錘的鋼絲繩帶緊,避免繩太松而使空心錘頂部擺動(dòng)掃孔、擴(kuò)孔致使孔偏斜。

3.2 對(duì)縮孔的控制

對(duì)于堅(jiān)硬巖石的沖擊鉆施工,縮孔的控制最為關(guān)鍵。堅(jiān)硬巖石極易磨損錘頭,不及時(shí)修補(bǔ)易導(dǎo)致孔縮小。因此,鉆孔過(guò)程中,應(yīng)經(jīng)常檢查錘頭直徑,對(duì)磨損部位及時(shí)進(jìn)行修復(fù),并作好修復(fù)記錄,確保鉆孔直徑。對(duì)不及時(shí)修補(bǔ)而發(fā)生縮孔時(shí),應(yīng)及時(shí)拋石重新沖擊修孔。

錘頭修補(bǔ)材料應(yīng)采用耐磨牙,專用耐磨焊條施焊,嚴(yán)禁用鋼軌或半軸。

對(duì)于梅花孔的常用處理方法有兩種:①重新修整孔錘修孔;②向樁孔內(nèi)回填塊石至梅花孔頂面以上,檢修好樁錘的轉(zhuǎn)向環(huán),然后低錘密沖,反復(fù)修孔。

3.3 加快進(jìn)尺的特殊施工方法

對(duì)3號(hào)樁位在標(biāo)高-11.10 m左右不能鉆進(jìn)的情況,采用了地質(zhì)取芯鉆機(jī)在樁孔內(nèi)布孔取芯,破壞巖層的完整性,降低破碎巖石所需的能量,布孔位置見(jiàn)圖2;再結(jié)合十字錘繼續(xù)鉆入,順利達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的嵌巖深度。

圖2 地質(zhì)鉆機(jī)取芯孔布置圖

3.4 地質(zhì)補(bǔ)勘

在成孔施工中發(fā)現(xiàn)與勘察孔地質(zhì)描述不符的情況時(shí),經(jīng)與勘察設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)會(huì)診后,對(duì)3號(hào)樁位進(jìn)行了實(shí)際樁位補(bǔ)充地質(zhì)勘察,以查明實(shí)際地質(zhì)狀況。

鉆孔的布置根據(jù)原地質(zhì)勘察和現(xiàn)鉆進(jìn)情況確定,一般應(yīng)布孔于實(shí)際樁位處,若樁已經(jīng)鉆進(jìn)一定深度,則可先退鉆,向孔內(nèi)回填黏土以維持孔壁穩(wěn)定,再用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充勘察。實(shí)際樁位的勘察可為設(shè)計(jì)提供更為確切的參數(shù),重新計(jì)算校核承載力和確定樁長(zhǎng)、持力層,并作為現(xiàn)場(chǎng)鉆孔施工的依據(jù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)對(duì)于在傾斜、軟硬互層復(fù)雜巖層中,灌注樁成孔容易引起樁孔偏斜和縮孔,一般應(yīng)選用耐磨沖擊錘頭,做好進(jìn)入巖層時(shí)的控制,采取向樁孔內(nèi)回填塊石和黏土塊,填平傾斜的巖面,然后用低錘密沖,反復(fù)矯正,均可收到較理想的效果。

(2)對(duì)于較堅(jiān)硬巖石可實(shí)施超前取芯。采用地質(zhì)取芯鉆機(jī),在樁孔內(nèi)布孔取芯,破壞巖層的完整性,降低破碎巖石所需的能量,對(duì)加快進(jìn)尺可取得較好的效果。

(3)橋位工程地質(zhì)勘察工作非常重要,針對(duì)地形地質(zhì)復(fù)雜的橋址,應(yīng)逐樁鉆孔勘察或是逐樁多孔進(jìn)行勘察,成果才能符合要求。