白曉紅 ，張代富 （中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000）

0 前言

近年來(lái)，隨著橋梁建設(shè)的高速發(fā)展，高速鐵路四通八達(dá)，涉及的范圍極廣，對(duì)于不同地質(zhì)條件下的樁基施工，采用施工方法與工藝有所不同。

關(guān)于樁基所在地質(zhì)條件下的粉土、粉砂、細(xì)砂和中砂的施工，過(guò)去有很多研究。文獻(xiàn)[1]對(duì)可液化粉細(xì)砂層大直徑樁基技術(shù)進(jìn)行了全面論述，文獻(xiàn)[2]主要介紹了砂土地基中鉆孔灌注樁施工技術(shù)。

本文在以往研究的基礎(chǔ)上，對(duì)樁基在八級(jí)地震斷裂帶地區(qū)粉砂、細(xì)砂、中砂層地質(zhì)下鉆孔灌注樁施工過(guò)程中受砂土地震液化、地面沉降等不利施工條件影響，易出現(xiàn)縮孔、塌孔、垂直度控制難、孔底沉渣控制難等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究且樁基施工質(zhì)量控制效果明顯。對(duì)類似工程提供可靠工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

京唐鐵路跨京哈高速公路特大橋橋址區(qū)位于八級(jí)地震斷裂帶地區(qū)，主要地層為第四系新近沉積層（Q43Nd）、全新統(tǒng)沖積層（Q4al）、第四系上更新沖洪積層（Q3al+pl）的粉土、粉細(xì)砂及砂層。橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)大部分屬小直徑超深鉆孔樁，最長(zhǎng)樁110m，樁直徑有（1.0 m、1.25 m、1.5 m、2.0 m）,樁基數(shù)量多，全部為摩擦樁。粉土、粉細(xì)砂及砂層樁基鉆孔施工時(shí)易發(fā)生縮孔、坍孔。

2 總體施工方案

八級(jí)地震斷裂帶地區(qū)粉砂、細(xì)砂、中砂層小直徑長(zhǎng)樁基技術(shù)是通過(guò)反循環(huán)回旋鉆機(jī)三翼空心單尖帶雙外環(huán)鉆頭成孔，鉆進(jìn)過(guò)程采用泥漿護(hù)壁，采用JL-IUDS(C)智能超聲成孔檢測(cè)儀及JL-DST(A)鉆孔孔底沉渣檢測(cè)儀進(jìn)行孔深孔徑、沉渣質(zhì)量檢測(cè)、控制，利用鉆機(jī)反循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行一次清孔；鋼筋籠由工廠全自動(dòng)滾焊機(jī)制作，平板汽車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，采用50噸吊車吊裝，專用安裝平臺(tái)準(zhǔn)確定位、固定；“氣舉反循環(huán)”方式二次清孔，混凝土灌注前采用“測(cè)針測(cè)餅法”精確控制沉渣厚度；采用專用罐車上坡平臺(tái)的使用實(shí)現(xiàn)了水下混凝土快速灌注，通過(guò)測(cè)繩和撈渣斗雙控樁頭混凝土高度。

3 樁基施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 成孔

3.1.1 鉆機(jī)選擇

根據(jù)鉆孔樁直徑、長(zhǎng)度，尤其要根據(jù)地層土質(zhì)特點(diǎn)選擇合適的鉆孔機(jī)械，本橋區(qū)樁基主要以粉、細(xì)砂層為主，鉆孔過(guò)程中易縮頸與坍孔。因此選功率較大而振動(dòng)較小的CF-350反循環(huán)回旋鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)成孔,并對(duì)部分位置進(jìn)行改良，如在單環(huán)鉆頭上增加一個(gè)外環(huán)，能夠起到對(duì)孔壁二次加固塑型的效果，并將鉆機(jī)三翼空心單尖帶單外環(huán)鉆頭改進(jìn)為三翼空心單尖帶雙外環(huán)鉆頭。

3.1.2 護(hù)筒

本工程土層主要為粉土、粉細(xì)砂及砂層，地下水位埋深較淺，介于0.6 m～3.0 m間，為防止地表土層由于鉆孔施工振動(dòng)而坍孔，采用護(hù)筒隔離地面水和保持孔內(nèi)水位高出施工水位，護(hù)筒采用厚度為10mm厚的鋼板，護(hù)筒內(nèi)徑比鉆頭直徑大20 cm。將護(hù)筒周圍4 m范圍內(nèi)的砂性土挖除，夯填粘性土至護(hù)筒底0.5 m以下，護(hù)筒埋設(shè)深度不小于2 m，為加強(qiáng)護(hù)筒的剛度，防止在吊裝、轉(zhuǎn)移過(guò)程中引起過(guò)大變形，護(hù)筒頂部用10 mm厚鋼圈焊接在護(hù)筒的頂部。

3.1.3 鉆孔

在粉細(xì)砂層中快速鉆孔易造成坍孔，一般采用低、中檔速度均速連續(xù)鉆進(jìn)，保持循環(huán)液鉆碴含量穩(wěn)定適量。鉆孔時(shí)孔內(nèi)水位應(yīng)保持在地下水位線2m以上不低于護(hù)筒底1.5m。鉆機(jī)鉆頭升降平穩(wěn)避免碰撞孔壁，鉆桿拆裝要迅速減少停鉆時(shí)間。

3.1.4 泥漿

泥漿在樁孔施工中的主要作用是護(hù)壁防塌、平衡地層壓力、潤(rùn)滑和冷卻鉆頭[3]，清洗孔底、攜帶鉆渣等。本工程鉆孔樁最長(zhǎng)為110m,穿過(guò)的地層主要為粉、細(xì)砂、砂層為主,鉆孔過(guò)程中易坍塌，因此對(duì)泥漿的要求高，最終得到的泥漿性能指標(biāo)為：相對(duì)密度 1.05 g/cm3～1.15g/cm3，粘度 18s～28s，含砂率≤4%，膠體率≥95%，PH值8～10，泥皮厚≤3mm/30min；可以有效避免出現(xiàn)塌孔、縮孔等發(fā)生，對(duì)清孔、浮渣效果明顯。

3.2 鋼筋籠精確定位

第一節(jié)鋼筋籠吊放至孔內(nèi)后，采用安裝平臺(tái)穿杠將鋼筋籠定位至平臺(tái)上，進(jìn)行鋼筋籠中心位置復(fù)核，確定鋼筋籠安裝中心位置并校正鋼筋籠中心后，起吊第二節(jié)骨架，使上下兩節(jié)骨架位于同直線上進(jìn)行孔口連接，連接時(shí)必須保證鋼筋籠的連接質(zhì)量。樁基鋼筋籠連接完成后，在最上一節(jié)骨架上安裝循環(huán)活動(dòng)吊筋，吊筋應(yīng)牢固固定在操作平臺(tái)孔口的吊杠上，防止鋼筋籠上浮或下沉。

為確保鋼筋籠居中，同時(shí)保證樁身保護(hù)層的厚度，采取在護(hù)筒內(nèi)安裝定位卡具限制鋼筋籠的位置。鋼筋籠護(hù)筒內(nèi)定位卡具如圖1所示。

圖1 鋼筋籠護(hù)筒內(nèi)定位卡具

3.3 二次清孔

待鋼筋籠安裝及導(dǎo)管安裝完成后，進(jìn)行孔深測(cè)量，確定樁底沉渣厚度及泥漿指標(biāo)，采用氣舉反循環(huán)方法進(jìn)行二次清孔，氣舉法清除沉渣速度快，但對(duì)于砂粒漂浮于孔內(nèi)難以全部清除，需根據(jù)空壓機(jī)的功率計(jì)算清孔時(shí)間，確保孔內(nèi)泥漿被更換3次，為防止砂粒再次沉淀，需要縮短二次清孔與水下混凝土灌注的時(shí)間，且首次灌注混凝土方量不小于5 m3，導(dǎo)管下放深度至孔底30 cm～50c m,確?？椎壮猎蝗糠瓭L到混凝土頂面。

3.4 沉渣厚度控制

為了更能準(zhǔn)確地控制沉渣厚度，采用“測(cè)針測(cè)餅法”，它主要由測(cè)繩、測(cè)餅、測(cè)針構(gòu)成，沉渣厚度測(cè)量示意見(jiàn)圖2所示，在二次清孔結(jié)束后，先用測(cè)餅測(cè)一深度L1，再旋進(jìn)測(cè)針，測(cè)一深度L2，測(cè)針凈測(cè)長(zhǎng)度為 S，則樁底沉渣為L(zhǎng)=L2+S-L1。

圖2 沉渣厚度測(cè)量示意圖

3.5 水下混凝土灌注

對(duì)于超長(zhǎng)樁基混凝土灌注，樁基混凝土采用拌和站集中拌制，混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，在澆筑前對(duì)孔深及沉渣厚度進(jìn)行檢測(cè)，滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)申報(bào)混凝土，每樁混凝土連續(xù)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)兩車后，即進(jìn)行混凝土卸料，前兩車每車混凝土不少于15m3，封底混凝土澆筑方量不小于5m3，封底料斗放滿后第一車罐車退出去，讓第二車開(kāi)到孔口，當(dāng)首批混凝土進(jìn)行卸放時(shí)，應(yīng)同時(shí)卸放罐車內(nèi)混凝土，保證混凝土卸放連續(xù)，并觀察孔內(nèi)水位變化情況。

3.6 樁頭超灌混凝土控制

對(duì)于超長(zhǎng)樁基混凝土灌注，混凝土灌注過(guò)程中導(dǎo)管拆卸次數(shù)多，上下提升導(dǎo)管，樁頂混凝土石子容易下沉，造成樁頭浮漿過(guò)厚，為了確保樁頭混凝土質(zhì)量，樁頂標(biāo)高一般按照超灌1m～2m控制，并在澆筑完成后采用撈渣斗進(jìn)行撈渣復(fù)查樁頂混凝土能否撈取出粗骨料，如不能應(yīng)繼續(xù)灌注混凝土直到滿足要求再停止灌注水下混凝土。

4 鉆進(jìn)過(guò)程存在的問(wèn)題及控制措施

由于樁基工程屬于地下隱蔽工程，施工工序較多，工藝流程相互銜接緊密，環(huán)環(huán)相扣，影響施工正常和施工質(zhì)量的因素很多，難以全部預(yù)見(jiàn)[3]；在粉砂層小直徑長(zhǎng)樁鉆孔施工過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)防止坍孔、縮徑、孔身偏斜、彎曲、鋼筋籠上浮、偏位、斷樁與聲測(cè)管防堵等情況發(fā)生。

4.1 防止出現(xiàn)坍孔與縮徑

護(hù)筒埋設(shè)時(shí)應(yīng)采用粘土壓實(shí)，防止鉆頭出土?xí)r孔內(nèi)水位沖刷砂層造成護(hù)筒懸空，引起孔口坍塌；在鉆孔過(guò)程中，控制好鉆孔速度，勤檢查孔內(nèi)水位，保持孔內(nèi)水位高出地下水位2m以上高度且在護(hù)筒內(nèi)不少于1.5m；在粉砂層鉆進(jìn)時(shí)，控制鉆進(jìn)速度4m/h～5m/h，縮短鋼筋骨架及導(dǎo)管下放時(shí)間與混凝土澆筑的間隔時(shí)間，鋼筋籠焊接安裝時(shí)間控制在6 h～7h；清孔時(shí)間控制在4h；導(dǎo)管安裝時(shí)間控制在2h；樁基混凝土澆筑時(shí)間控制在5h～6h；單樁從鉆孔、清孔、下鋼筋籠、混凝土澆筑需用時(shí)間控制在45 h～48h。

4.2 防止孔身偏斜、彎曲

由于鉆孔樁樁長(zhǎng)較大，應(yīng)將鉆機(jī)置于夯實(shí)的地基上，并采用鋼板將鉆機(jī)底座墊平、保證鉆機(jī)安裝牢固，機(jī)架不擺動(dòng)，確保鉆機(jī)的鉆桿始終對(duì)準(zhǔn)樁基孔心，在鉆進(jìn)過(guò)程之中每鉆進(jìn)20 m左右對(duì)鉆機(jī)水平進(jìn)行一次檢查，發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)傾斜超標(biāo)及時(shí)處理。如出現(xiàn)偏斜，應(yīng)在偏斜處用鉆錐反復(fù)掃孔，使鉆孔正直。偏斜嚴(yán)重時(shí)回填粘土至偏斜處，待沉淀密實(shí)后重鉆[4]。

4.3 防浮籠措施

灌注時(shí)應(yīng)采取措施防止鋼筋籠上浮?；炷撩娼咏统踹M(jìn)入鋼筋骨架下端時(shí)，應(yīng)減慢澆筑速度，以減小混凝土對(duì)骨架的沖擊力，當(dāng)混凝土進(jìn)入鋼筋骨架4m～5m以后，應(yīng)減小導(dǎo)管埋深，以增加骨架在導(dǎo)管口以下的埋置深度，混凝土頂面上升到骨架底部6m以上時(shí)，宜提升導(dǎo)管，使其底口高于骨架底部2m以上后再恢復(fù)正常灌注速度。

4.4 鋼筋籠中心偏位防治措施

鋼筋籠加工時(shí)其四周墊塊沿樁長(zhǎng)方向每隔2m布置1圈，每圈4個(gè)；孔口承重方木（工字鋼）保持水平，吊環(huán)對(duì)稱設(shè)置；鋼筋籠下放后，利用定位樁，拉十字線，微調(diào)鋼筋籠，使鋼筋籠中心與樁中心重合；另外由于鉆孔樁施工中護(hù)筒直徑大于樁徑，在樁頂鋼護(hù)筒內(nèi)設(shè)計(jì)定位卡具，定位卡具設(shè)置成可調(diào)節(jié)式適用于不同樁徑，當(dāng)最后一節(jié)鋼筋籠安裝前，將卡具安裝在護(hù)筒內(nèi)，確保鋼筋籠居中，同時(shí)還保證了保護(hù)層的厚度，

4.5 防斷樁措施

混凝土坍落度控制在180mm～220 mm之間，首盤封底混凝土坍落度盡量取小值，確保首批混凝土灌注后導(dǎo)管埋深大于1m，首封時(shí)控制導(dǎo)管底口距離孔底距離在30cm～50cm范圍內(nèi)；導(dǎo)管埋深在2m～6m范圍，確保導(dǎo)管接頭不漏水。

4.6 聲測(cè)管防埋設(shè)

聲測(cè)管材質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求，加強(qiáng)聲測(cè)管接頭連接檢測(cè)，加密環(huán)向加強(qiáng)筋固定，聲測(cè)管埋出地面，孔內(nèi)注清水，管頂采用管帽封堵，防止聲測(cè)管受碰撞變形。

在混凝土灌注完7天后即可提前對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，同時(shí)可以在基坑開(kāi)挖到位樁頭鑿除后不用再檢樁立即可以進(jìn)行承臺(tái)鋼筋綁扎施工，縮短工序時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

①對(duì)于粉細(xì)砂層地質(zhì)，采用改進(jìn)三翼空心單尖帶雙外環(huán)鉆頭的反循環(huán)鉆機(jī)成孔，提高了成孔速度，成孔孔型質(zhì)量高。

②采用工廠化全自動(dòng)滾籠機(jī)鋼筋籠制作與控制，鋼筋籠定位工裝平臺(tái)的應(yīng)用，不僅確保樁基鋼筋籠的質(zhì)量穩(wěn)定可靠，同時(shí)提高了施工效率，確保了工期。

③氣舉反循環(huán)法二次清孔技術(shù)的運(yùn)用使樁基清理較為徹底，采用“測(cè)針測(cè)餅法”對(duì)沉降厚度準(zhǔn)確控制，確保了樁底沉降厚度滿足設(shè)計(jì)要求，確保了樁底承載力。

④樁頂混凝土灌注高度采用測(cè)繩測(cè)量和撈渣斗雙重控制，確保了樁頭混凝土質(zhì)量。