朱懷銀 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司建設(shè)部

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，鐵路橋梁大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁應(yīng)用于長(zhǎng)大跨度的連續(xù)梁逐漸增多。在大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁施工的過(guò)程中，施工技術(shù)至關(guān)重要，也是影響大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的主要要素。本文結(jié)合滬通鐵路工程建設(shè)實(shí)踐，通過(guò)合理選擇鉆機(jī)、鉆進(jìn)速度、泥漿參數(shù)和施工方法等，總結(jié)形成河道內(nèi)復(fù)雜地質(zhì)條件下大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，供相似工程參考借鑒。

1 工程概況

由中鐵某局承建的滬通鐵路工程站前某標(biāo)段范圍內(nèi)有多處跨越河道，其中望虞河特大橋47#墩、48#墩，常滸河特大橋118#墩、119#墩基礎(chǔ)由11根直徑2.0 m鉆孔灌注樁組成，孔深分別為92.5 m、92 m、110.5 m、103 m。橋址范圍內(nèi)地質(zhì)情況主要為淤泥、稍密-中密粉砂、稍密-中密粉土、密實(shí)粉土、硬塑粉質(zhì)黏土。主要地質(zhì)情況見(jiàn)表1。

表1 主要地質(zhì)情況

2 施工工藝流程

由于本工程位于河道中，鉆孔前首先搭設(shè)鉆孔平臺(tái)，鉆孔平臺(tái)采用鋼管樁及長(zhǎng)護(hù)筒作為支撐，上鋪貝雷片作為承重體系，貝雷片上鋪工字鋼分配梁及鋼板。鉆孔過(guò)程中工藝流程為搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)→插打護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔→成孔檢測(cè)→清孔→鋼筋籠吊裝、導(dǎo)管安裝→二次清孔、測(cè)量沉渣厚度→混凝土灌注→檢查樁頭混凝土。工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 鉆孔樁施工工藝流程圖

3 大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁施工

3.1 施工準(zhǔn)備

鉆孔樁施工前應(yīng)先搭設(shè)棧橋和作業(yè)平臺(tái)，棧橋和作業(yè)平臺(tái)應(yīng)滿足25 t汽車吊、FXZ-350車載型反循環(huán)鉆機(jī)、50 t履帶吊、泥漿箱等機(jī)械設(shè)備作業(yè)空間，并保證承載力滿足施工要求。

3.2 施工作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)與搭設(shè)

鉆孔平臺(tái)采用鋼管樁及長(zhǎng)護(hù)筒作為支撐，上鋪貝雷片作為承重體系，貝雷片上鋪工字鋼分配梁及鋼板（見(jiàn)圖2）。

圖2 鋼平臺(tái)平面布置圖

3.3 護(hù)筒插打

鋼平臺(tái)搭設(shè)完畢后，在鋼平臺(tái)上放樣十字定位樁定位護(hù)筒中心位置。護(hù)筒采用分節(jié)對(duì)接振動(dòng)下沉，節(jié)間采用坡口對(duì)接滿焊方式連接。將護(hù)筒先后吊入導(dǎo)向架內(nèi)臨時(shí)固定，完成對(duì)接后（滿焊連接）進(jìn)行振動(dòng)下沉。對(duì)鋼護(hù)筒在振動(dòng)下沉過(guò)程中，在護(hù)筒內(nèi)部設(shè)置支撐防止振動(dòng)夾頭使護(hù)筒產(chǎn)生徑向塑性變形，一次振動(dòng)時(shí)間限控制在5 min內(nèi)。鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉選用50 t履帶吊配合DZJ90振動(dòng)錘施工，鋼護(hù)筒長(zhǎng)度13 m。

3.4 鉆機(jī)選型

通過(guò)對(duì)比旋挖鉆、正循環(huán)回旋鉆、反循環(huán)回旋鉆成孔，選用反循環(huán)回旋鉆成孔。反循環(huán)回旋鉆泥漿比重小，雖有擴(kuò)孔現(xiàn)象，但擴(kuò)孔系數(shù)小，能4天成孔，7天成樁；普通旋挖鉆在孔深超過(guò)100 m以后鉆桿長(zhǎng)度不夠，鉆機(jī)扭矩不足，選用特型大功率的旋挖鉆則需要鋼便橋和鋼平臺(tái)需要更大的承載力，造成施工成本和風(fēng)險(xiǎn)明顯增長(zhǎng)，因此不宜選用；正循環(huán)回旋鉆成孔速度慢，穿越砂層后，會(huì)向孔內(nèi)滲沙，造成泥漿含砂率增大，需7天才能成孔，施工效率較低，且擴(kuò)孔系數(shù)較反循環(huán)回旋鉆更大，因此不宜選用。結(jié)合本工程實(shí)際情況，最終選擇FXZ-350車載型反循環(huán)鉆機(jī)。

3.5 鉆進(jìn)成孔

3.5.1 泥漿制備

為了保證泥漿不外漏，泥漿循環(huán)系統(tǒng)采用大型的鋼制泥漿箱，取優(yōu)質(zhì)黏土作為造漿材料。新制泥漿比重1.05～1.15，含砂率小于 4%，黏度（20～24）s，膠體率不小于 95%，PH 值 8～10。

3.5.2 鉆進(jìn)垂直度控制

鉆孔樁的成孔質(zhì)量直接決定了最終成樁的狀況，其中成孔傾斜度控制是大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁施工的難點(diǎn)，樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，鉆孔樁的傾斜對(duì)樁基極限承載力的削弱越明顯，因此成孔傾斜度控制也是鉆孔樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。為了保證本工程鉆孔垂直度，發(fā)明一種“超長(zhǎng)鉆孔樁鉆桿扶正器”來(lái)控制鉆桿垂直度。其工作原理為在鉆桿上焊接12#工字鋼和8 mm厚的鋼板，在鉆桿周圍形成與孔徑相同的包圍圈，使鉆桿和孔的相對(duì)位置固定，以保持鉆桿在鉆進(jìn)過(guò)程中始終保持垂直。

3.5.3 泥漿比重、充盈系數(shù)及成孔時(shí)間關(guān)系

深厚粉砂中軟地質(zhì)條件下鉆孔樁的充盈系數(shù)較難控制，當(dāng)鉆機(jī)鉆頭直徑固定時(shí)，泥漿比重是影響鉆孔樁充盈系數(shù)的關(guān)鍵因數(shù)，通過(guò)加大泥漿比重可以減少單位時(shí)間內(nèi)的泥砂滲入量，但同時(shí)回加大鉆機(jī)鉆動(dòng)阻力，消耗鉆機(jī)扭矩，增加鉆孔時(shí)間；減小泥漿比重能加快鉆孔速度，但是單位時(shí)間內(nèi)的泥砂滲入量將變大，因此選擇合適的泥漿比重是控制鉆孔樁充盈系數(shù)的重點(diǎn)。在本工程鉆孔灌注樁的施工過(guò)程中詳細(xì)記錄了鉆孔和混凝土灌注的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)總結(jié)得出泥漿比重與成孔時(shí)間和鉆孔樁充盈系數(shù)關(guān)系，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出鉆孔泥漿比重（1.09～1.13）g/cm3時(shí)，鉆孔樁充盈系數(shù)較小，成孔效率較高（見(jiàn)圖 3）。

圖3 泥漿比重與成孔時(shí)間和鉆孔樁充盈系數(shù)的關(guān)系圖

3.6 清孔及清孔泥漿參數(shù)

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，開(kāi)始清孔。清孔采用抽漿換漿法進(jìn)行，鉆頭提起距孔底（20～30）cm時(shí)，采用稍高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭，一邊繼續(xù)反循環(huán),把孔底泥漿、鉆碴混合物排出孔外，一邊向孔內(nèi)補(bǔ)充已凈化后的優(yōu)質(zhì)泥漿，清孔時(shí)應(yīng)保持孔內(nèi)液面穩(wěn)定，直到孔內(nèi)泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求為止。

圖4 泥漿比重、含砂率與孔底沉渣厚度關(guān)系

孔底沉渣厚度為影響樁基承載力的重要因素，是樁基施工控制要點(diǎn)，通過(guò)對(duì)本工程施工的44根鉆孔灌注樁清孔泥漿測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出清孔泥漿比重、含砂率與孔底沉渣厚度關(guān)系圖三，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，為滿足沉渣厚度不大于5 cm的設(shè)計(jì)要求，清孔泥漿比重應(yīng)小于1.1 g/cm3，含砂率應(yīng)小于1.9%為宜（見(jiàn)圖4）。

3.7 長(zhǎng)大鋼筋籠運(yùn)輸及安裝

整長(zhǎng)鋼筋籠在吊裝和運(yùn)輸過(guò)程中變形較大，易造成鋼筋籠卡孔現(xiàn)象，且吊裝、運(yùn)輸難度大，為了保證鋼筋籠施工質(zhì)量，采用了鋼筋籠在鋼筋加工場(chǎng)內(nèi)分段加工后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)焊接連接的方式施工。

鋼筋籠端部采用PVC塑料管套入鋼筋籠伸入承臺(tái)部分的鋼筋并做好固定，降低樁頭超灌部分鑿除時(shí)剝離鋼筋的難度，提高樁頭環(huán)切質(zhì)量（見(jiàn)圖5）。

圖5 鋼筋籠樁頭鋼筋套PVC管

3.8 水下混凝土灌注

灌注水下混凝土是樁基施工的關(guān)鍵工序?；炷料铝喜捎忙?00 mm導(dǎo)管。導(dǎo)管使用前和使用一段時(shí)間后要進(jìn)行水密性和承壓性試驗(yàn),并檢查防水膠墊是否完好。導(dǎo)管下放至距孔底部（30～40）mm。灌注前應(yīng)檢查孔底沉渣情況,如下放鋼筋籠時(shí)間過(guò)長(zhǎng),應(yīng)進(jìn)行二次清孔,導(dǎo)管內(nèi)吊放混凝土柱狀塞頭,開(kāi)塞前堵料斗應(yīng)有足夠的混凝土初存量才能剪塞,保證第一批混凝土灌注后導(dǎo)管埋管1 m以上。本工程樁基直徑大,樁底比較深,混凝土量大,澆注過(guò)程中必須保證混凝土的連續(xù)供應(yīng),并設(shè)專人進(jìn)行測(cè)量孔深記錄,準(zhǔn)確掌握混凝土面的上升高度,嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深在（2～6）m的范圍內(nèi),灌注后混凝土面要比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高出1.0 m，灌注過(guò)程中應(yīng)注意做好混凝土試塊。

3.9 樁基檢測(cè)

全部樁基設(shè)計(jì)預(yù)埋聲測(cè)管，委托第三方單位進(jìn)行超聲波檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)44根大直徑超長(zhǎng)鉆孔樁均為Ⅰ類樁。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述可以看出，隨著我國(guó)高速鐵路的飛速發(fā)展，鐵路橋梁大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁在鐵路工程中應(yīng)用越來(lái)越頻繁，在大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，關(guān)鍵是要控制好鉆孔過(guò)程中成樁質(zhì)量，鉆進(jìn)過(guò)程要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整泥漿參數(shù)，清孔過(guò)程中調(diào)整好泥漿參數(shù)至關(guān)重要，同時(shí)要注重鉆進(jìn)過(guò)程中的垂直度控制及成孔后鋼筋籠安裝及水下混凝土灌注。