洋溪大橋鉆孔灌注樁施工技術(shù)
2017-09-04
1 工程概況
洋溪大橋（杭新景高速公路連接線）主橋部分上部結(jié)構(gòu)為120m四塔三跨雙索面自錨式懸索橋，下部構(gòu)造為承臺(tái)式，引橋上部結(jié)構(gòu)為30m預(yù)應(yīng)力小箱梁，下部構(gòu)造為系梁立柱蓋梁形式，主引橋基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，全為嵌巖樁基，樁徑有1.8m、1.2m兩種，樁長(zhǎng)為16.5m到30.5m不等。地質(zhì)情況較為復(fù)雜，因?yàn)椴缮暗脑?，上部基本為卵石層，下部主要是中風(fēng)化白云巖及中風(fēng)化含炭硅質(zhì)泥巖，部分下部為石煤層。施工采用沖擊鉆成孔，水下C30混凝土灌注。
2 施工工藝
2.1 施工放樣
該橋基樁中心采用坐標(biāo)法全站儀直接定位。施工時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)樁位布設(shè)框型導(dǎo)向架，施沉護(hù)筒，根據(jù)護(hù)筒與鉆機(jī)吊繩的間距時(shí)刻檢查鉆孔偏位情況。
2.2 護(hù)筒安制
洋溪大橋主要由直徑1.8m鉆孔灌注樁作基礎(chǔ)，故護(hù)筒采用14mm鋼板卷制而成，內(nèi)徑2.0m，每節(jié)1.5m，全密實(shí)焊縫焊接。埋設(shè)時(shí)通過搭建的施工平臺(tái)制作導(dǎo)向裝置，然后通過振動(dòng)錘加壓沉入護(hù)筒，護(hù)筒上表面高度比施工平臺(tái)上表面略低，便于操作及安全防護(hù)。護(hù)筒沉入穿過卵石層達(dá)到中風(fēng)化巖層面，以有效控制塌孔情況發(fā)生。必要時(shí)，在鉆進(jìn)過程中，對(duì)護(hù)筒進(jìn)行跟進(jìn)。護(hù)筒平面位置的偏差不得大于5cm，偏斜度不得大于1%。
2.3 泥漿制備
洋溪大橋鉆孔所用泥漿由當(dāng)?shù)貙ふ业膬?yōu)質(zhì)黃土作為原料組成，在洋溪大橋復(fù)雜地質(zhì)中，泥漿具有重要的意義，平衡樁外水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內(nèi)外滲流，防止坍孔的作用。該工程泥漿的pH值取8～10為宜，相對(duì)密度1.1～1.15，粘度20S～35S，膠體率不小于95%。沖擊鉆成孔前，保持護(hù)筒內(nèi)水頭，將黃土投入護(hù)筒中，由沖擊鉆錘上下調(diào)和好泥漿后開始鉆孔作業(yè)，隨著鉆孔深度的加大應(yīng)及時(shí)投放黃土，若有確保泥漿性能指標(biāo)不變。
2.4 鉆孔
本橋采用沖擊鉆成孔。鉆錘由鑄鐵制成，重約8t ，梅花錐狀，外徑為1.78m。為提高其對(duì)石頭的沖擊破碎能力，在鉆錘周邊加焊合金錐角，用JKL6（A）卷?yè)P(yáng)機(jī)提升鉆錘。鉆機(jī)開鉆前經(jīng)過準(zhǔn)確對(duì)位，檢查鋼絲繩是否在樁中，并檢查鋼絲繩是否有足夠的承重能力（有無破損），轉(zhuǎn)向裝置是否完好。開始鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)勻速提升小沖程沖擊，一般為1.0m～1.5m，當(dāng)鉆孔達(dá)到3m深后，可增大沖程，一般采用1.5m～2.0m，嚴(yán)禁增大沖程，防止溶洞上壁突然破裂而導(dǎo)致的卡鉆發(fā)生。當(dāng)進(jìn)入巖層分界線以上1m時(shí)，適當(dāng)減小沖程以平穩(wěn)度過分界線，防止偏孔、斜孔的發(fā)生。沖擊鉆在剛開鉆時(shí)鉆架容易下沉偏位，施工時(shí)要經(jīng)常校核孔位，可以采用卷尺測(cè)量鋼絲繩與護(hù)筒的相對(duì)位置來進(jìn)行粗略的測(cè)量，如需調(diào)整，應(yīng)及時(shí)用千斤頂校正鉆架。沖擊巖層對(duì)鉆錘的磨損較大，需經(jīng)常對(duì)鉆錘的磨損情況進(jìn)行檢查，并及時(shí)以坡口形式補(bǔ)焊，以免造成縮孔，頂起對(duì)錘頭轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行檢查，防止其失靈形成梅花孔。
2.4.1 塌孔
?。?）塌孔指孔壁上的土體或部分巖體脫落到孔中的情況，主要由于孔外壓力過大，而導(dǎo)致孔壁穩(wěn)定性降低，發(fā)生塌孔。主要原因有以下兩點(diǎn)：1）未及時(shí)進(jìn)行造漿，使孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)下降，從而導(dǎo)致孔壁巖土塌落；2）漏漿：鉆進(jìn)過程當(dāng)中，泥漿經(jīng)由土層或非鉆進(jìn)孔洞滲出，而導(dǎo)致泥漿性能指標(biāo)下降。
（2） 根據(jù)塌孔發(fā)生原因，我們可以分析，補(bǔ)救措施當(dāng)然是降低事故發(fā)生的危害，防止事故再次發(fā)生。根據(jù)不同情況，采取以下措施：1）一般性塌孔發(fā)生后先向孔內(nèi)注水提高水位，平衡孔外壓力。然后加入黃土，提高泥漿比重；2）對(duì)于因巖溶和嚴(yán)重裂隙而造成的塌孔，采用繼續(xù)加長(zhǎng)護(hù)筒的方式進(jìn)行堵漏。必要時(shí)也可以加入袋裝水泥形成水泥漿進(jìn)行補(bǔ)漏。
?。?）預(yù)防措施：1）時(shí)刻保持對(duì)泥漿性能指標(biāo)的監(jiān)測(cè)；2）對(duì)孔內(nèi)水位保持高度重視，保持孔內(nèi)水位高于外側(cè)1～2m，如果水位降低，應(yīng)觀察周圍有無泥漿外漏，判斷是否存在漏漿現(xiàn)象，如有漏漿現(xiàn)象，先保持孔內(nèi)水標(biāo)高，加粘土或黃土以保持泥漿性能指標(biāo)，并及時(shí)分析原因，參照處理辦法進(jìn)行補(bǔ)救。
2.4.2 鉆孔偏斜
?。?）原因分析：巖層交界處地質(zhì)傾斜，鉆進(jìn)時(shí)沖錘失去平衡而發(fā)生孔道偏斜，如洋溪大橋7#、10#墩樁基。（2）處理措施：發(fā)現(xiàn)孔道偏斜時(shí)，即在孔內(nèi)投放與巖層相同的石塊至開始斜孔的位置，校正孔位，以小沖程鉆進(jìn)，反復(fù)多次可以通過傾斜巖層。如果仍不能有效解決，可以灌注水下混凝土，達(dá)到一定強(qiáng)度后，再以小沖程鉆進(jìn)通過傾斜巖層。（3）預(yù)防措施：在鉆孔灌注樁施工之前，仔細(xì)研究地質(zhì)報(bào)告，在鉆進(jìn)標(biāo)高接近設(shè)計(jì)巖面交界處減小鉆機(jī)沖程，并時(shí)刻關(guān)注鋼絲繩的垂直度，以此判斷是否出現(xiàn)斜孔現(xiàn)象。
2.4.3 卡錘
?。?）原因分析：1）塌孔而引起的埋錘；2）補(bǔ)焊的錘頭下放太快； 3）由于斜孔錘頭斜擱在孔中。
（2）處理措施：施工中卡錘以后，先分析卡錘原因并嘗試使用鉆機(jī)隊(duì)錘頭進(jìn)行拉拽，如果仍然不行，則動(dòng)用吊機(jī)進(jìn)行輔助，同時(shí)拉錘。拉拽時(shí)切忌持續(xù)用力，因間斷提升、下放，反復(fù)進(jìn)行，防止用力過猛，導(dǎo)致鉆機(jī)或吊機(jī)翻轉(zhuǎn)。反復(fù)可以松動(dòng)土體或巖壁，過度的拉拽也有可能導(dǎo)致孔壁破壞而導(dǎo)致卡錘更加嚴(yán)重。對(duì)于塌孔而卡錘的現(xiàn)象，一般通過拉拽無法提升被壓鉆錘，可以嘗試用吊機(jī)配合自制小鉆將錘埋置的周圍，然后利用鉆機(jī)進(jìn)行晃動(dòng)，試著取錘。有時(shí)還可以配以水下爆破法將錘頭松動(dòng)。這樣反復(fù)幾次，一般都可以成功取出錘頭。洋溪大橋8#-7樁基就因?yàn)樗锥ㄥN通過以上方法成功取錘，挽回經(jīng)濟(jì)損失。自制小鉆可以利用一些型鋼做成長(zhǎng)條狀，洋溪大橋曾采用過圈狀，但是實(shí)際效果不佳，由于自重太輕，未能達(dá)到預(yù)期效果。
?。?）預(yù)防措施：1）預(yù)防塌孔情況的發(fā)生，在較復(fù)雜地質(zhì)區(qū)間采用小沖程鉆進(jìn)，減少埋錘的可能；2）剛補(bǔ)焊過錘牙的錘頭，不宜下放過快，不宜進(jìn)行鉆進(jìn)，因當(dāng)慢速落錘，最低點(diǎn)從巖面每次多深入1m，并提起，反復(fù)數(shù)次，直至能無阻礙到達(dá)孔底后，方可正常鉆進(jìn)。 2.5 水下混凝土的灌注
?。?）首批混凝土的灌注是全樁混凝土灌注成功的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格控制。（2）根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)比較，漏斗下口與導(dǎo)管頂口相接處改變過去的栓閥，采用提板軟墊法。（3）混凝土拌合物繼續(xù)灌注過程中，要重點(diǎn)控制導(dǎo)管的最大、最小埋深。拆除導(dǎo)管后，灌注進(jìn)行前，導(dǎo)管埋深控制在2～6m，施工現(xiàn)在的埋深情況，宜根據(jù)混凝土供應(yīng)情況，天氣情況，水溫情況等等進(jìn)行綜合分析。（4）混凝土灌注到樁基上部時(shí)，為保證混凝土密實(shí)可采用長(zhǎng)柄取樣盆的方法來確定。
2.6 灌注事故處理
?。?）短樁。由于混凝土灌注不到位而造成的，主要是因?yàn)闇y(cè)量不準(zhǔn)。樁基水下混凝土灌注過程中每次灌注均要進(jìn)行測(cè)量，以數(shù)據(jù)來驗(yàn)證是否為正常情況，一般采用測(cè)繩進(jìn)行測(cè)量，而錘頭是比較主要的，洋溪大橋設(shè)置錐形厚底中空錘頭，下表面為平面，用以感受混凝土面，而錘頭的重量能讓人感受到穿過混凝土面的過程，以達(dá)到測(cè)量面的準(zhǔn)確。中空的設(shè)計(jì)能取到部分混凝土石子，以再度驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性。
?。?）斷樁及泥夾層。斷樁是由于在灌注過程中因特殊原因中斷灌注，樁頭離設(shè)計(jì)位置較深不能進(jìn)行接樁處理而形成的，這種情況就需要我們做好預(yù)防措施，灌注前確認(rèn)所有機(jī)械設(shè)備正常就位。斷樁也可能由于泥漿中泥渣沉積而造成泥夾層出現(xiàn)。泥夾層形成的原因一般有以下兩種：1）灌注過程中由于埋管太淺，后灌的混凝土沖破先灌注的混凝土表層而覆蓋在原混凝土表面沉淀的泥渣層上形成夾層斷樁。2）導(dǎo)管埋深太淺或?qū)Ч馨纬龌炷烈灾聦?dǎo)管內(nèi)進(jìn)水。以上兩種事故主要是在灌注過程中控制導(dǎo)管最小埋深不準(zhǔn)確而造成的。施工中應(yīng)采取有效措施，仔細(xì)謹(jǐn)慎，多次量測(cè)可以避免事故的發(fā)生。 （3）導(dǎo)管吊不出。主要是導(dǎo)管埋深過大，超過起重能力而造成的。在灌注過程中導(dǎo)管埋深超過8m時(shí)，要及時(shí)拆管，優(yōu)先考慮使用帶絲扣連結(jié)的導(dǎo)管而不使用法蘭盤聯(lián)接形式的導(dǎo)管，因?yàn)榉ㄌm盤將增加與混凝土接觸面的阻力。在施工過程中也有可能由于混凝土供應(yīng)不及時(shí)，導(dǎo)管埋置時(shí)間過長(zhǎng)而導(dǎo)致導(dǎo)管吊不出，故混凝土等待過程中，必須讓導(dǎo)管在一定范圍內(nèi)晃動(dòng)，以保證其正常工作。
2.7 體會(huì)
（1）鉆孔灌注樁施工要制定詳細(xì)施工組織設(shè)計(jì)和應(yīng)急處理措施，在施工中應(yīng)選派有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員上場(chǎng)指導(dǎo)。水下混凝土灌注前應(yīng)詳細(xì)檢查施工機(jī)具的安全性及工作狀況，準(zhǔn)備好處理施工事故的其他設(shè)備，以防發(fā)生意外。
?。?）復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域的鉆孔樁施工，鉆進(jìn)時(shí)要詳細(xì)閱讀地質(zhì)柱狀圖，做到早預(yù)防，塌孔發(fā)生時(shí)要確保錘頭不埋沒。相比之下沖擊鉆要比回旋轉(zhuǎn)鉆靈活的多，因而在溶巖地區(qū)的施工要優(yōu)先考慮使用沖擊鉆。
?。?）鉆孔灌注樁，顧名思義，兩個(gè)重點(diǎn)，鉆孔和灌注。在鉆孔過程中，要注意過程控制，需專門的專業(yè)技術(shù)人員，在現(xiàn)場(chǎng)控制，從上至下注意以下幾個(gè)問題：1）鋼絲繩垂直度（預(yù)防斜孔）；2）鋼絲繩相對(duì)護(hù)筒位置（預(yù)防偏孔）；3）孔內(nèi)相對(duì)外部水位及泥漿性能指標(biāo)（預(yù)防塌孔）；4）護(hù)筒外水質(zhì)（觀察是否漏漿）；5）勤清孔，做好泥漿循環(huán)工作，及時(shí)分析巖樣，靈活控制鉆孔方式（大小沖程的選擇）。
3 結(jié)語(yǔ)
在灌注過程中，首灌尤為重要，是不可逆的過程，首灌如果失敗，勢(shì)必對(duì)混凝土造成浪費(fèi)并且嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。首灌方量計(jì)算必須準(zhǔn)確，做好一切準(zhǔn)備后，方可進(jìn)行首灌工作，如果有不正常情況，應(yīng)立即停止灌注，減少不必要的損失。首灌混凝土宜采用坍落度相對(duì)較大的混凝土進(jìn)行施工，可以有效的避免因首灌混凝土凝固、破裂而形成的夾層、斷樁。灌注過程在前期重在迅速，現(xiàn)場(chǎng)的量測(cè)、記錄，必須快。時(shí)刻關(guān)注澆筑方量和混凝土面標(biāo)高的關(guān)系，來綜合判斷量測(cè)的準(zhǔn)確性。當(dāng)混凝土面接近設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)，準(zhǔn)確就占據(jù)主導(dǎo)地位，混凝土面宜比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高出0.5～1m。必要時(shí)，采用長(zhǎng)柄容器來判斷混凝土面，在不確定混凝土面的時(shí)候，寧可多澆混凝土以保證樁基質(zhì)量。
