姚 斌

中交二航局第四工程有限公司

1 引言

1.1 工程概況

南京五橋工程路線從浦口五里橋出發(fā)，向東南方向穿越長(zhǎng)江，經(jīng)梅子洲下穿夾江，再與南岸已完成的青奧軸線地下工程（隧道工程）連接，路線全長(zhǎng)約10.3km。項(xiàng)目位于第三南京橋下游約5km，南京橋上游約13km，距長(zhǎng)江口約330km。本文主要研究南京五橋鉆孔樁成孔技術(shù)，通過有效措施對(duì)樁基鉆孔施工的各道工序進(jìn)行嚴(yán)格控制，加強(qiáng)工程質(zhì)量管控，使得超長(zhǎng)鉆孔樁的成孔質(zhì)量最終達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)及規(guī)范的相關(guān)技術(shù)要求。

2 質(zhì)量目標(biāo)要求

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及圖紙要求，鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。

表1 成孔質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

3 成孔質(zhì)量控制過程

3.1 鉆機(jī)選擇

由于鉆具具有特殊構(gòu)造特點(diǎn)及其所能適應(yīng)的流體力學(xué)特性，從而導(dǎo)致了大直徑、深孔樁基動(dòng)工選用正循環(huán)工作體系鉆機(jī)效能不高并且排除孔底鉆渣的能力低下。南京五橋主墩基礎(chǔ)為φ2.8m鉆孔灌注樁，單根樁樁長(zhǎng)為90m、113m，對(duì)鉆機(jī)的扭矩及鉆桿質(zhì)量提出了較高要求，Z3#墩布置1 臺(tái)LTY-4000 型、3 臺(tái)AD40-200 型鉆機(jī)成孔，Z4#墩布置3 臺(tái)ZJD-4000 型、2 臺(tái)ZDZ-4000型鉆機(jī)成孔。鉆機(jī)能在巖石平均單軸抗壓強(qiáng)度σc≤120MPa的基巖中任選孔徑下進(jìn)行鉆進(jìn)工作，鉆孔直徑可達(dá)4.0m，鉆孔深度可達(dá)130m。

3.2 影響成孔質(zhì)量因素分析

通過收集類似案例的具體數(shù)據(jù)及相應(yīng)的參考文獻(xiàn)并進(jìn)行具體分析，最終總結(jié)出影響樁機(jī)成孔質(zhì)量的末端因素，其中主要包括鉆機(jī)選型、鉆具配備、鉆機(jī)平整度、護(hù)筒埋設(shè)、測(cè)量、垂直度控制、泥漿指標(biāo)控制、鉆進(jìn)參數(shù)控制、機(jī)械效率及技術(shù)攻關(guān)。

通過對(duì)以上影響樁基成孔質(zhì)量的末端因素進(jìn)行嚴(yán)格分析及最終總結(jié)，確定在鉆孔樁成孔施工時(shí)以下關(guān)鍵因素，其中包括垂直度控制、鉆進(jìn)參數(shù)控制、泥漿指標(biāo)控制。

3.3 質(zhì)量控制對(duì)策

3.3.1 垂直度控制

根據(jù)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及工程技術(shù)，要求必須對(duì)設(shè)計(jì)鉆孔樁的垂直度控制在1%范圍內(nèi)，鑒于本橋工程長(zhǎng)度超過100m 的長(zhǎng)鉆孔，若現(xiàn)場(chǎng)控制方法不能有效實(shí)施就會(huì)引起結(jié)果超差，不能滿足工程技術(shù)要求。因此在具體施工過程中,必須通過全面有效的管控措施將成孔垂直度控制在工程技術(shù)要求的具體范圍內(nèi)，一旦出現(xiàn)偏差孔的情況，必須采取相應(yīng)的措施進(jìn)行及時(shí)糾正，具體措施如下。

（1）在鉆孔過程中嚴(yán)格控制鉆頭的穩(wěn)定性。鉆機(jī)的工作平臺(tái)由C20混凝土制成，并同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的硬化處理，鉆機(jī)平臺(tái)的厚度為15cm，必須增加鉆機(jī)平臺(tái)的支撐表面積和錨固加固，以確保鉆機(jī)的穩(wěn)定性和位移，鉆架必須由專業(yè)技術(shù)人員檢查，主要是檢查鉆架是否水平，鉆桿是否垂直；在任務(wù)移交過程中，還需要檢查鉆頭是否移位、是否需要再次固定錨點(diǎn)，轉(zhuǎn)盤是否水平以及同時(shí)記錄移交。

（2）在由兩名質(zhì)檢工程師負(fù)責(zé)檢測(cè)垂直度工作，在鉆孔過程中每鉆孔深度20 cm，必須及時(shí)使用JJC-1D 型傾斜儀進(jìn)行垂直度檢測(cè)工作，如發(fā)現(xiàn)不符合鉆孔的工程技術(shù)要求，應(yīng)及時(shí)停止鉆孔并及時(shí)糾正偏差，對(duì)于新的樁孔，該孔必須采用增加不同檢測(cè)頻率的方法，確定相應(yīng)鉆進(jìn)參數(shù)下的鉆頭孔位偏差，作為相似地質(zhì)下的鉆進(jìn)依據(jù)。

3.3.2 控制相應(yīng)的鉆進(jìn)參數(shù)

根據(jù)施工的具體地質(zhì)條件，需要根據(jù)具體情況對(duì)相應(yīng)的鉆進(jìn)參數(shù)及鉆進(jìn)方法進(jìn)行具體調(diào)整，當(dāng)出現(xiàn)硬巖的情況時(shí)，必須及時(shí)將鉆頭進(jìn)行相應(yīng)的更換，從而增加成孔的質(zhì)量與功效，具體控制措施如下。

（1）小鉆壓鉆進(jìn)應(yīng)當(dāng)在剛開鉆過程中體現(xiàn)，此時(shí)進(jìn)尺速度一定要低，控制好鉆壓，保證在一個(gè)較低的鉆壓進(jìn)行。在同一地層中進(jìn)行鉆進(jìn)工作時(shí)，必須進(jìn)行減壓鉆進(jìn)。根據(jù)相應(yīng)的工程技術(shù)要求及規(guī)范，需要保證孔底的壓力不能超過鉆具總重與浮力的80%的差，這就要求在進(jìn)行鉆進(jìn)的過程中全程都需要進(jìn)行減壓鉆進(jìn)，同時(shí)工程技術(shù)與操作人員進(jìn)行對(duì)應(yīng)的跟班檢測(cè)與控制。

（2）鉆進(jìn)控制方法遵守鉆進(jìn)分地層原則，對(duì)于不同的地質(zhì)層需要采取不同的方法進(jìn)行鉆進(jìn)工作，例如根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在粘性土質(zhì)層即粉砂層中鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)當(dāng)采取的方法是低擋低速，使得泥漿在鉆進(jìn)的過程中有足夠的固壁時(shí)間；在軟土層或沙土層中即粉質(zhì)粘土層中鉆進(jìn)時(shí)由于易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，為有效減少這種情況帶來的不良影響，采取的有效方法是控制進(jìn)尺，低壓低擋低速小泵量大比重進(jìn)行鉆進(jìn)工作；當(dāng)鉆進(jìn)工作在粉質(zhì)黏土層中進(jìn)行時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取減壓原則工作，把控鉆壓，避免因鉆壓過大或鉆具自重造成鉆錐切入土體過量，引發(fā)糊鉆現(xiàn)象；如果在粘土質(zhì)中鉆進(jìn)工作時(shí)，由于泥漿粘性較大，造成鉆具在鉆進(jìn)過程所受到的鉆進(jìn)阻力相對(duì)于在其他土質(zhì)層中較大，因此此時(shí)采用大泵量中鉆速小比重的方法鉆進(jìn)；在地質(zhì)層突然發(fā)生變化時(shí)，尤其是從軟土層進(jìn)入硬土層時(shí)（地表下約20m～30m處，也即新老淤積接觸面），應(yīng)當(dāng)采取緩速鉆進(jìn)方式，同時(shí)上下來回進(jìn)行掃孔，這樣做的目的是為了防止出現(xiàn)斜孔，并且這其中前30m是成孔的關(guān)鍵。

（3）如果在硬石與膠結(jié)砂巖所占百分比較高的硬土層進(jìn)行鉆進(jìn)工作時(shí)，必須將三翼刮刀鉆頭更換為牙輪鉆頭，同時(shí)采用慢檔進(jìn)行鉆進(jìn)，尤其是在變土層中位置采用低壓慢轉(zhuǎn)施工，從而達(dá)到對(duì)鉆進(jìn)速度與垂直度進(jìn)行有效把控的效果。

3.3.3 泥漿指標(biāo)控制

在鉆孔樁工作施工時(shí)，成功成孔的關(guān)鍵點(diǎn)在于泥漿的性能與質(zhì)量，對(duì)于泥漿的控制措施具體如下：

（1）在深樁施工中，復(fù)合泥漿是通過實(shí)驗(yàn)專門制備的。通過多次適配調(diào)制，再經(jīng)過多種項(xiàng)目的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，最終確定采用的泥漿類型為磷質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿。泥漿配置的材料主要包括膨潤(rùn)土6%～8%，黏土20% ，片堿0.3% ，CMC 0.5% ，PHP 0.05%，配制成優(yōu)質(zhì)泥漿。鉆孔在整個(gè)工作過程中應(yīng)當(dāng)檢測(cè)泥皮厚度、膠體率、泥漿比重與含砂率等相關(guān)指標(biāo)，以此確保鉆孔在極端條件下如極易坍塌的地層的安全性工作條件；當(dāng)鉆孔鉆至黏土層或砂質(zhì)層時(shí)，必須提高水頭并同時(shí)加大泥漿比重，加強(qiáng)護(hù)壁，同時(shí)采用低擋低速減壓進(jìn)行作業(yè)，盡量的減少對(duì)周圍砂層的擾動(dòng)，防止孔坍塌現(xiàn)象發(fā)生。

（2）在開孔時(shí)，主要是利用造漿池完成造漿工作，由于在此過程中存在泥漿循環(huán)稀釋，可以通過在鋼護(hù)筒內(nèi)按照一定比重要求添加相關(guān)配料如水、膨潤(rùn)土等進(jìn)行人工造漿，同時(shí)通過加入純堿以便實(shí)施鈉化改良處理。

（3）在鉆進(jìn)過程中，必須根據(jù)孔位地質(zhì)的柱狀圖確定不同土層中泥漿的特定性能指標(biāo)。并根據(jù)泥漿原理，根據(jù)土壤分類控制，鉆孔時(shí)必須隨時(shí)取入鉆渣樣品，并與具體數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及資源進(jìn)行比較，以完成針對(duì)不同土壤和不同泥漿性能指標(biāo)，在砂土層中，為了使泥漿具有一定的液柱壓力從而平衡孔壁外圍地層壓力，同時(shí)達(dá)到孔壁穩(wěn)定，滿足逆循環(huán)施工技術(shù)要求，控制泥漿比重應(yīng)在1.15～1.25的范圍內(nèi)；為了滿足鉆進(jìn)護(hù)壁和二次孔清理的要求，清潔和保護(hù)泥漿的粘度控制應(yīng)在20s～25s 的范圍內(nèi)；在粘性土壤中，泥漿的相對(duì)密度應(yīng)控制在一定的要求范圍內(nèi)，粘度應(yīng)控制在18s～20s之內(nèi)，含砂率不應(yīng)超過3%。這樣，提高鉆孔速度并加快鉆孔進(jìn)度，p值應(yīng)控制在8～9左右，以使泥漿呈堿性，可以有效地改善粘土的分散度。

4 結(jié)束語

在具體施工過程中，通過對(duì)樁基鉆孔施工各工序進(jìn)行嚴(yán)格控制，實(shí)行有效的質(zhì)量管控，超長(zhǎng)鉆孔樁的成孔質(zhì)量達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)及規(guī)范的相關(guān)工程技術(shù)要求，樁基成樁的質(zhì)量合格率為100%，垂直度為1%以下，且小于50cm，樁頂在順橋向和橫橋向的偏差均應(yīng)小于5 cm，滿足預(yù)期的規(guī)范要求。南京五橋超長(zhǎng)鉆孔樁的具體施工案例證明，超長(zhǎng)鉆孔樁施工的質(zhì)量主要在于成孔質(zhì)量，在進(jìn)行施工過程中必須對(duì)成孔質(zhì)量的關(guān)鍵工序進(jìn)行嚴(yán)格的控制，其中重點(diǎn)對(duì)垂直度、鉆進(jìn)參數(shù)、泥漿指標(biāo)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，從而保證成孔質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)期的理想效果。