曹紅權(quán) 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開(kāi)發(fā)有限公司

大直徑鉆孔樁施工技術(shù)

曹紅權(quán) 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開(kāi)發(fā)有限公司

寧波市北環(huán)快速路高架地質(zhì)復(fù)雜，為確保營(yíng)業(yè)線施工安全，借鑒其它類似橋梁樁基施工經(jīng)驗(yàn)，采用鋼護(hù)筒護(hù)壁，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)的施工工藝；應(yīng)用超聲波檢測(cè)，保證了成孔效率和成樁質(zhì)量。

鋼護(hù)筒；導(dǎo)向架；鉆孔；線路監(jiān)測(cè)m和9m三節(jié)，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后分節(jié)振沉。鋼護(hù)筒底部和每節(jié)頂部均采用鋼板包箍加強(qiáng)，制作內(nèi)徑調(diào)整為2.7m。

2.1.1 導(dǎo)向架

導(dǎo)向架采用槽鋼制作，長(zhǎng)寬均為5.4m，高4m。在導(dǎo)向架頂部設(shè)導(dǎo)向定位裝置，在導(dǎo)向裝置內(nèi)設(shè)有用于鋼護(hù)筒定位、糾偏的液壓千斤頂和鎖定裝置(見(jiàn)圖2)。

1 工程概況

寧波市北環(huán)快速路高架橋全長(zhǎng)約15.99km。該工程在橋梁里程K8+063處跨越蕭甬鐵路?？缭绞掟F路段高架橋跨布置為（22+50+29）m，樁基礎(chǔ)均采用φ2.5m鉆孔灌注樁，每墩2根，共計(jì)4根，樁長(zhǎng)99m～100.5m(見(jiàn)圖1)。

圖2 導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 橋梁縱斷面圖

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，寧波市江北平原區(qū)地層屬東南地層區(qū)。

鉆孔處土層分布：[T]雜填土；②灰色淤泥粉質(zhì)粘土；④1灰色淤泥粉質(zhì)粘土；④2灰色粘土；⑥2A灰色粉土；⑥3灰色粘土；⑧1灰、蘭灰色粉細(xì)砂；⑧2灰色粉質(zhì)粘土；⑧3A灰、蘭灰色中砂；⑧3灰、灰黃色粗礫砂；⑧3A灰、蘭灰色中砂；⑨1蘭灰、灰綠色粉質(zhì)粘土；⑨2灰黃色中砂；(Ⅱ)1灰黃色粉質(zhì)粘土；(Ⅱ)2灰黃色粉細(xì)砂；⒀1灰黃色全風(fēng)化凝灰?guī)r；⒀2青灰色強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。

2 施工工藝

本工程鐵路跨PM248#墩位于蕭甬鐵路西側(cè)，樁邊距離線路中心5.1m，PM249#墩位于蕭甬鐵路東側(cè)，樁邊距離線路中心6.8m。

2.1 鋼護(hù)筒振沉

鋼護(hù)筒長(zhǎng)28m，在工廠從底部往上依次加工成10m、9

2.1.2 鋼護(hù)筒振沉

（1）導(dǎo)向架就位：孔口地坪采用30cm厚C30(雙層Φ16@20鋼筋網(wǎng))混凝土硬化，用于分散承受導(dǎo)向架及鋼筋籠荷載。在硬化地坪上放出導(dǎo)向架的平面位置，導(dǎo)向架就位并調(diào)整垂直度，導(dǎo)向架底部與硬化面預(yù)留鋼板焊接固定，頂部四角采用纜風(fēng)固定。

（2）鋼護(hù)筒振沉：鋼護(hù)筒振沉采用DZJ300型振動(dòng)錘，150 t履帶吊配合施工。振動(dòng)錘下設(shè)2個(gè)液壓夾鉗，對(duì)位后夾住護(hù)筒，開(kāi)始振沉?xí)r，緩慢松鉤，量測(cè)垂直度，進(jìn)行點(diǎn)振，當(dāng)護(hù)筒垂直度和平面位置滿足要求時(shí)，繼續(xù)振沉到位(見(jiàn)圖3)。

圖3 鋼護(hù)筒振沉示意圖

（3）護(hù)筒下沉精度控制：在導(dǎo)向架頂部4個(gè)拐角處各設(shè)置1臺(tái)10t液壓千斤頂，鋼護(hù)筒垂直吊入后，通過(guò)全站儀控制好垂直度，頂緊定位框四周的千斤頂；振沉?xí)r采用2臺(tái)全站儀全程觀測(cè)，垂直度偏差控制在2mm以內(nèi)。

由于施工地點(diǎn)緊鄰營(yíng)業(yè)線，為減小土體隆起影響路基穩(wěn)定，鋼護(hù)筒振沉采用振沉、鉆孔、再振沉的方法施工。上述作業(yè)均在封鎖點(diǎn)內(nèi)完成。

2.2 成孔施工

因鉆孔樁孔距僅為6.5m，為防止鉆孔和灌注混凝土?xí)r出現(xiàn)串孔，同一墩位樁基混凝土澆筑完48h后，鄰樁才可以開(kāi)鉆。

2.2.1 鉆機(jī)定位

鉆機(jī)安裝前，用全站儀放出樁位中線，鉆機(jī)拼裝好后用履帶吊吊裝就位，根據(jù)樁位調(diào)整鉆機(jī)中心位置，用儀器調(diào)整鉆機(jī)水平和垂直度，保證其垂直度偏差＜1/200、平面位置偏差＜1cm。為避免鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生位移和向線路側(cè)傾覆，鉆機(jī)定位完畢即與預(yù)埋鋼板焊接固定，機(jī)架用不小于9 mm鋼絲繩作為攬風(fēng)固定。

2.2.2 成孔工藝

（1）泥漿制配：泥漿的制配主要采用水、粘土和外加劑組成。外加劑采用工業(yè)碳酸鈉和聚丙烯酰胺。經(jīng)試驗(yàn)外加劑用量：聚丙烯酰胺為0.003%（重量比），工業(yè)碳酸鈉用量為0.02%（重量比）。根據(jù)地質(zhì)條件，本工程選用ZX-200型泥漿凈化器,單機(jī)最大泥漿處理量達(dá)200m3/h，凈化除砂效率可達(dá)90%以上（-0.074mm粒級(jí)），處理后的泥漿比重小于1.2g/ cm3，含砂量小于20%。

（2）鉆進(jìn)分正循環(huán)鉆進(jìn)和反循環(huán)鉆進(jìn)兩個(gè)階段。

由于本工程的鉆孔深度100m左右，地層穿越粉質(zhì)粘土、粉砂、礫石、凝灰?guī)r層，鉆具選擇：在粘土層和粉砂層采用刮刀鉆頭，在礫石層、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖層采用牙輪鉆頭。在鉆進(jìn)過(guò)程中為保持孔壁穩(wěn)定與及時(shí)排渣，采用正、反循環(huán)相結(jié)合的方式鉆進(jìn)成孔。其中礫石層以上（大約在孔深60m處）由于土層大多以粉質(zhì)粘土為主，自身造漿能力較好，采用正循環(huán)工藝，礫石層以下為及時(shí)排渣采用氣舉反循環(huán)工藝。

2.2.3 第一次清孔

成孔后立即進(jìn)行第一次清孔，清孔時(shí)應(yīng)將鉆具提離孔底30cm～50cm，緩慢旋轉(zhuǎn)鉆頭反循環(huán)清孔。當(dāng)孔底沉渣厚度＜50mm即滿足規(guī)范要求。

2.2.4 成孔檢測(cè)

成孔后進(jìn)行孔徑、孔深、垂直度和沉渣厚度檢測(cè)，采用DM604超聲波測(cè)孔儀測(cè)量孔徑，垂直度依靠超聲波發(fā)射和接受的時(shí)間差，測(cè)出傳感器與孔壁間的距離，記錄儀連續(xù)繪出孔壁形狀和孔中心偏斜情況。超聲波成孔檢測(cè)操作簡(jiǎn)單，效率高，能直觀地提供高精度的鉆孔形狀資料，有助于鉆孔質(zhì)量的提高。

2.3 成樁施工

鋼筋籠重達(dá)33.3t，長(zhǎng)99m～100.5m。鋼筋籠分成5節(jié)，采用150t履帶吊安裝，主筋接頭采用直螺紋套筒連接。

鋼筋籠吊裝時(shí)底部4節(jié)鋼筋籠重約5t，直接利用加強(qiáng)箍筋承力，其余鋼筋籠在吊裝點(diǎn)處焊接承力構(gòu)件。承力構(gòu)件采用2cm厚鋼板制作，尺寸為橫向長(zhǎng)40cm，豎向長(zhǎng)20cm，與相鄰主筋滿焊；鋼板上部開(kāi)直徑6cm的孔，孔中心距鋼板頂8cm，以便安裝吊環(huán)(見(jiàn)圖4)。

2.3.1 二次清孔

鋼筋籠安裝完成后，即安放混凝土灌筑導(dǎo)管，檢測(cè)泥漿指標(biāo)及沉渣孔底。若沉渣厚度不滿足設(shè)計(jì)要求，可用氣舉反循環(huán)進(jìn)行二次清孔。清孔結(jié)束后開(kāi)始灌注水下混凝土。

2.3.2 混凝土灌注

單根鉆孔樁的混凝土理論方量約540m3。經(jīng)計(jì)算首灌量為15m3，混凝土通過(guò)兩臺(tái)汽車泵送至高度6m的大集料斗，再經(jīng)溜槽進(jìn)入小集料斗和導(dǎo)管進(jìn)行連續(xù)灌注。

3 施工控制

垂直度是鉆孔樁施工質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是鉆孔施工中的難題。影響垂直度的原因有：（1）鉆機(jī)位移或地基不均勻沉降，使鉆桿未保持垂直狀態(tài)；（2）鉆桿桿璧薄、剛度差、重量輕，鉆進(jìn)過(guò)程中撓度大，鉆頭擺幅過(guò)大；（3）鉆桿彎曲，造成鉆頭擺幅過(guò)大形成斜孔。

針對(duì)以上原因，采取下列控制措施。

鉆前預(yù)控措施為：（1）鉆進(jìn)平臺(tái)采用鋼筋混凝土澆筑，防止地基不均勻沉降；鉆進(jìn)就位后用預(yù)埋件和攬風(fēng)固定；嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)盤(pán)中心、鉆頭與樁中心重合；（2）采用直徑325mm，壁厚25mm的大直徑高強(qiáng)度鉆桿，克服因鉆桿剛度不足而造成的鉆頭擺幅過(guò)大，鉆桿易折斷等現(xiàn)象。

鉆孔過(guò)程中控制措施為：（1）采用減壓鉆進(jìn)（鉆壓小于鉆具總重量的80%），中低速鉆進(jìn)，減小鉆桿的變形，保持鉆桿的垂直度；（2）每隔6h用水準(zhǔn)儀檢查鉆盤(pán)的水平，發(fā)現(xiàn)鉆盤(pán)歪斜及時(shí)對(duì)底座進(jìn)行調(diào)平；（3）根據(jù)地質(zhì)資料和巖樣判斷地層情況，對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行分層控制，不同地層采用不同的鉆速、鉆壓和泵量，以保證樁孔垂直。

4 線路監(jiān)測(cè)

施工范圍地處寧波莊橋站內(nèi)，新建橋梁處既有線路6條，其中正線4條，到發(fā)線2條。從西往東依次為蕭甬上行線、杭甬客專上行線、杭甬客專下行線、蕭甬下行線以及到發(fā)線2條。該地段正線列車運(yùn)行密度約144列/天，運(yùn)行速度等級(jí)范圍為120km/h～160km/h。

由于PM248#墩、PM249#墩緊鄰既有線，樁邊距離線路中心分別為5.1m和6.8m，為確保既有線運(yùn)營(yíng)安全，首先施工距離正線較遠(yuǎn)的PM249#墩鉆孔樁，取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)值后再施工PM248#墩鉆孔樁，并對(duì)對(duì)既有線采取了限速和監(jiān)測(cè)措施。

PM249#墩鉆孔樁施工時(shí)，專用線限速45km/h，蕭甬下行線按客車80km/h，貨車60km/h限速；PM248#墩鉆孔樁施工時(shí)，蕭甬上行線按客車80km/h，貨車60km/h限速。

施工前在影響范圍內(nèi)的線路路肩處設(shè)置沉降觀測(cè)樁，觀測(cè)樁間距：在樁基礎(chǔ)附近按5m設(shè)置、其余按10m間距布置。觀測(cè)頻次為1次/4h，若觀測(cè)數(shù)據(jù)趨向穩(wěn)定，按1次/12h進(jìn)行觀測(cè)(見(jiàn)圖5)。

圖5 沉降觀測(cè)樁布置圖

監(jiān)測(cè)報(bào)警值：觀測(cè)點(diǎn)沉降速率＜3mm/d；累計(jì)最大變化量＜10mm。如數(shù)據(jù)超限，立即停止施工，檢查并整修線路，制定措施后方可繼續(xù)施工(見(jiàn)表1)。

表1 路基沉降觀測(cè)值

5 結(jié)束語(yǔ)

在軟土地區(qū)施工大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁，由于采用了先進(jìn)的施工機(jī)具和施工方案，并對(duì)施工中常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題和安全隱患加以預(yù)防，確保了成樁質(zhì)量和營(yíng)業(yè)線施工安全，為今后類似工程施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

[1]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011，人民交通出版社，2011. [2]王勇.《杭州灣跨海大橋工程總結(jié)》，人民交通出版社，2008

[3]陳飛黃曉蓉.武漢天興洲長(zhǎng)江大橋大直徑鉆孔樁施工技術(shù)，《施工技術(shù)》2008.

[4]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008，建設(shè)部，2008.

責(zé)任編輯：宋飛 龔佩毅
來(lái)稿時(shí)間：2014-1-15