斜拉橋大直徑長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工工藝

1、中外公路942005年10月=文章編號(hào)：（）1671-2579200505-0094-04第25卷第5期五河口斜拉橋大直徑長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工工藝丁如珍（江蘇省淮安市高速公路建設(shè)指揮部，江蘇淮安2）23001摘要：五河口斜拉橋兩個(gè)主墩采用9樁長(zhǎng)為92根直徑為2.5m、5m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，目前在國(guó)內(nèi)比較罕見。該文簡(jiǎn)要介紹了這種樁的施工工藝和成孔過程中遇到的厚層硬質(zhì)老粘土鉆頭被糊問題的解決方法。關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；硬質(zhì)老粘土；施工工藝土、亞砂土，淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉砂、細(xì)砂。1工程概況五河口斜拉橋是預(yù)應(yīng)力混凝土雙塔雙索面斜拉橋，是江蘇省宿淮（宿遷至淮安）高速公路上的重點(diǎn)工程，其起點(diǎn)樁號(hào)為K，終點(diǎn)樁號(hào)

2、為K170+269.5172+，橋梁全長(zhǎng)20斜拉橋主跨為3邊跨331.562m，70m，為1結(jié)構(gòu)采用全漂浮體系，橋面寬3雙向52m，8.6m，六車道，其寬度在目前國(guó)內(nèi)同類型橋梁中位居第一。由于鉆孔灌注樁以其承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小、施工方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，五河口斜拉橋墩臺(tái)全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，其中，主橋兩個(gè)索塔采用群樁基礎(chǔ)，分別位于京杭運(yùn)河、鹽河的河堤邊，每塔布置4樁長(zhǎng)9均為摩擦6根2.5m的鉆孔灌注樁，5m，樁，目前在國(guó)內(nèi)比較罕見。承臺(tái)厚6平面尺寸為.0m，柱間距949.5m*33.1m。過渡墩采用柱式墩，.0m，每根柱為3基礎(chǔ)按左右幅.5m*2.5m的矩形截面，分別設(shè)置，每幅橋

3、兩個(gè)墩柱下設(shè)“工”字形承臺(tái)，承臺(tái)厚#墩樁承臺(tái)下設(shè)4根2.5m，2.0m的鉆孔灌注樁，26#墩樁長(zhǎng)長(zhǎng)7該橋合同工期為30.0m，2975.0m，0（）第四系上更新統(tǒng)沖、湖積層，分布于全新統(tǒng)之2下，主要為粘土、亞粘土、砂性土，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為土質(zhì)不均，普含鈣質(zhì)與鐵錳質(zhì)結(jié)核，工程地質(zhì)性質(zhì)明顯高于上層。（）第四系中更新統(tǒng)沖、洪積層，為灰白色、黃褐3色粘土、亞粘土及砂性土，砂質(zhì)土多呈微膠結(jié)-半膠結(jié)狀，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。1.2不良地質(zhì)橋址區(qū)不良工程地質(zhì)問題主要為軟土、可液化土、硬質(zhì)粘土。1.2.1軟土區(qū)段內(nèi)軟土屬湖相成因，按其特征可分為兩段：第一段以淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)亞粘土為主，局部土質(zhì)不均，夾薄層亞砂土，流

4、塑-軟塑，層厚0最.46.8m，大埋深1第二段同樣為淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)亞6.2m；粘土，局部夾薄層亞砂土、粉砂，流塑，層厚0.43.95最大埋深3m，0.4m。1.2.2可液化砂土橋址區(qū)屬黃淮沖湖積平原區(qū)，液化土巖性主要為亞砂土，分布連續(xù)，厚度變化大，其液化情況大致可分為四種：中等-嚴(yán)重液化，出露于地表或埋藏于地表層之下，厚0輕微-中等液化，多出露于地.95.1m；表，厚2中等液化，分布于表層或嚴(yán)重液化.27.0m；層之下，最大埋深9嚴(yán)重液化，分布于地表，厚.7m；5.07.2m。個(gè)月。1.1工程地質(zhì)橋址區(qū)地層主要為第四系沉積物，自上而下依次為：（）第四系全新統(tǒng)沖積、湖積層，地層厚度變化由1北

5、2其巖性主要為亞粘1.50m向南漸變?yōu)?0.0m，收稿日期：2005-06-13作者簡(jiǎn)介：丁如珍，男，碩士，高級(jí)工程師.五河口斜拉橋大直徑長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工工藝5期95=總體上淮安側(cè)液化程度較宿遷側(cè)嚴(yán)重。1.2.3硬質(zhì)粘土在主墩基礎(chǔ)位置，分別離地表2、335626788結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)硬、含鐵錳及鈣101m分布三層黃色、質(zhì)結(jié)核的硬質(zhì)粘土。對(duì)于鉆孔灌注樁施工不利的地質(zhì)情況有：同一鉆孔中，有砂土、淤泥質(zhì)粘土、硬質(zhì)粘土，致使在成孔過程中需要采取不同的鉆速以及不同的泥漿指標(biāo)來(lái)控制成孔質(zhì)量；不同深度分布硬質(zhì)粘土層，且粘土層較厚，在成孔過程中，鉆頭極易被粘土所糊。1.3工程特點(diǎn)首先，主橋索塔基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)，每

6、塔布置46根樁長(zhǎng)9為摩擦樁，共計(jì)2.5m的鉆孔灌注樁，5m，在國(guó)內(nèi)比較罕見；其次，由于有較厚的硬質(zhì)粘土92根，層存在，致使鉆頭在成孔過程中極易被糊，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。鉆孔樁的鋼護(hù)筒施工測(cè)量采用粗控與精控相結(jié)合，精控采用全站儀將樁基定位，控制護(hù)筒的埋設(shè)，確保樁位精確，樁基中心位置測(cè)放后，報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師復(fù)檢確認(rèn)。粗控主要用鋼尺控制施工平臺(tái)外側(cè)的鋼管樁的埋設(shè)。鉆孔樁的鋼護(hù)筒直徑選擇比設(shè)計(jì)樁徑大30cm，為采用壁厚為2.8m，14mm的鋼板卷制加工。鋼護(hù)筒的長(zhǎng)度確定原則為：根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工經(jīng)驗(yàn)，護(hù)#墩）筒底口應(yīng)穿過表層亞砂土（如2，若表層為大于7（亞粘土），則底口應(yīng)位于此層而不宜穿4m厚的粘土#墩）

7、過（如2；根據(jù)地質(zhì)情況，鋼護(hù)筒的長(zhǎng)度分別為8、4.06.58.012.0m等。埋設(shè)鋼護(hù)筒采用護(hù)筒跟進(jìn)的方法：采用人工挖埋再用D2.0m、Z150型振動(dòng)錘振動(dòng)下沉到位的方法埋設(shè)。該護(hù)筒中心偏位4c傾斜度為1m，.0%。（）泥漿池的開挖3對(duì)于大直徑長(zhǎng)鉆孔灌注樁而言，泥漿池的大小及#墩的泥漿循環(huán)池位置選擇十分重要，（272個(gè)：10m、沉淀池（均設(shè)*10m*2.5m）25m*32m*2.5m）2鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工方案2.1鉆孔準(zhǔn)備（）樁基平臺(tái)施工1經(jīng)過對(duì)五河口水文站近2按0年水位資料的收集，照8平臺(tái)頂標(biāo)高0%保證率確定施工水位為+13.0m，定為+14.50m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并確保施工時(shí)的作業(yè)空間

8、，確定筑島平臺(tái)的外延距承臺(tái)邊為41平臺(tái)總面積0m，2。為1770m置在淮安側(cè)的施工便道外，靠近大運(yùn)河一側(cè)，容量約有3，#墩泥漿循環(huán)池、用袋裝土圍砌而成。沉2500m28#墩相應(yīng)大淀池均設(shè)在承臺(tái)的南側(cè)，比2720%左右。（）鋼筋籠的制作與吊裝4鋼筋籠制作分節(jié)（12m*7節(jié)+12.69mE96.69進(jìn)行，分節(jié)重量控制在3t以內(nèi)以便125tm的塔m）吊直接起吊，整節(jié)鋼筋籠的吊裝采用55t履帶吊進(jìn)行。每個(gè)鋼筋籠內(nèi)均設(shè)4根一直到施工平臺(tái)面的60mm鋼管作為檢測(cè)管。主筋接頭采用冷擠壓套筒接頭工藝。2.2鉆孔設(shè)備的選擇鉆機(jī)采用GF-3000型、ZSD250型、QJ250-1型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，其主要性能指標(biāo)見表

9、1。采用間距為8（雙）排腳手管在平臺(tái)外延0cm的三搭設(shè)擋水圍堰的框架，內(nèi)填袋裝土形成邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)。后將大堤后部標(biāo)高在+18.0m以上的土體用推土機(jī)推至平臺(tái)范圍，壓實(shí)平整以形成穩(wěn)定鉆孔施工平臺(tái)。（）鉆孔樁護(hù)筒測(cè)量定位及埋設(shè)2扭矩kNm120118117鉆孔直徑m1.53.01.53.01.53.0鉆孔長(zhǎng)度m150110120主機(jī)重t352528表1鉆孔設(shè)備主要性能指標(biāo)型號(hào)GF-300型ZSD250QJ250-1鉆具重t503540主機(jī)功率kW135125125循環(huán)系統(tǒng)功率kW132102102循環(huán)方式氣舉反循環(huán)氣舉反循環(huán)氣舉反循環(huán)最大提升力t855050循環(huán)方式及鉆頭進(jìn)尺速度控制2.3鉆孔泥漿性

10、能、（）泥漿配置與泥漿循環(huán)方式1開鉆前用膨潤(rùn)土、純堿和P在護(hù)筒內(nèi)用AM溶液，鉆機(jī)調(diào)好泥漿，泥漿指標(biāo)為：相對(duì)密度1，粘度1.198，含砂率小于0s.5%。鉆頭到達(dá)+用正循環(huán)方式開孔；2.0m標(biāo)高以前，+2.0m標(biāo)高以下采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)?，F(xiàn)場(chǎng)配備泥漿泵1臺(tái)。中外公路25卷96=（）各土層鉆進(jìn)控制2不同的地層條件，采取不同的鉆速以及不同的泥泥漿相對(duì)密度泥漿粘度s含砂率%642膠體率%漿指標(biāo)來(lái)控制，見表2。開鉆采用泵吸正循環(huán)鉆進(jìn)，當(dāng)沉沒比達(dá)到規(guī)范要泥皮厚mm333轉(zhuǎn)速rmp5101410進(jìn)尺速度-1mh0.520.51.5表2各土層的性能指標(biāo)土層失水速率H值p108108810鉆壓kN<180

11、<150砂層1.11.252250粘土11.15120.18清孔1.0371.101209520mL30min9520mL30min9520mL30min求時(shí)采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，清孔分兩次進(jìn)行。鋼筋籠在鉆孔中的情況等。.4鉆孔樁混凝土的澆筑在混凝土澆筑前必須對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行水密性試驗(yàn)，首先，將拼裝好的導(dǎo)管兩端封閉，然后從一端灌水，用氧氣瓶和壓力表檢查導(dǎo)管接頭的密封效果，試驗(yàn)壓力為.69MPa。主墩單樁的C25水下混凝土最大方量為467m3，現(xiàn)場(chǎng)混凝土攪拌樓額定生產(chǎn)能力為125m3h，正常情況下在7h左右完成單根樁澆筑任務(wù)。混凝土配合比的技術(shù)要求為：滿足泵送要求，和易性好，坍落度182cm，初凝

12、時(shí)間不小于20h。采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，加入適量減水緩凝劑。粗骨料為13cm連續(xù)級(jí)配的碎石，細(xì)骨料用中砂。水下混凝土的灌注采用導(dǎo)管法。導(dǎo)管在使用前須進(jìn)行試拼和水密試驗(yàn)，施加壓力不小于1.3MPa?；炷翝仓捎帽盟凸に嚕着炷翝仓捎冒吻蚬嘧⒎ㄟM(jìn)行。首灌混凝土量不小于9.78m3。灌注過程中導(dǎo)管的埋深控制為26。為確保樁頂質(zhì)量，樁頂超灌0.51.0m。成孔質(zhì)量及混凝土澆筑質(zhì)量檢測(cè).1成孔質(zhì)量檢測(cè)全橋鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量檢測(cè)均采用KE-400型超聲波測(cè)壁儀進(jìn)行，該儀器利用帶有4個(gè)方向的傳感器依靠超聲波測(cè)定鉆孔樁孔壁條件，包括孔的垂直度、孔徑、孔壁塌陷、樁長(zhǎng)等，它具有如下特點(diǎn)：（1）檢測(cè)

13、、打印、控制高度一體化，尤其是絞車和傳感器的一體化，使操作簡(jiǎn)單方便。（2）內(nèi)置電腦，各種信息（日期、孔徑、深度、孔徑偏差、橫向與縱向距離刻度線等）均可現(xiàn)場(chǎng)打印在記錄紙上，非常便于現(xiàn)場(chǎng)特殊問題的分析。（3）采用4個(gè)方向傳感器，可通過控制檢測(cè)孔內(nèi)2個(gè)或4個(gè)方向的斷面情況。（4）特殊情況下，可用來(lái)探明孔的異常情況，如鉆頭或鉆桿掉入鉆孔中的位置、導(dǎo)管斷入鉆孔中的情況、采用超聲波測(cè)壁儀檢測(cè)鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量，非常有效、直觀而且方便，同時(shí)更有助于成孔的完善，如鉆孔出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)、縮頸、垂直度的偏離等情況均可根據(jù)圖像有效地直觀處理。3.2混凝土澆筑質(zhì)量檢測(cè)現(xiàn)行的鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測(cè)方法有低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)、超聲波透射

14、檢測(cè)等，這些方法各具特色，根據(jù)五河口斜拉橋的鉆孔樁直徑2.5m、長(zhǎng)度達(dá)95m的超長(zhǎng)特點(diǎn)，確定采用理論研究最成熟、安全系數(shù)最大、工程應(yīng)用最廣的超聲波透射法進(jìn)行檢測(cè)。在每根樁沿鋼筋籠內(nèi)側(cè)四周四分點(diǎn)均勻布置4根檢測(cè)管，檢測(cè)管內(nèi)徑為5cm，材料為無(wú)縫鋼管，聲測(cè)管接頭采用護(hù)管焊，聲測(cè)管底采用鋼板封口，埋置深度與鉆孔樁同深。鉆孔樁的清孔應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行，樁底沉渣厚度比規(guī)范要求高，按不大于30cm控制。鉆頭被糊的處理措施由于在不同地質(zhì)深度存在較厚的硬質(zhì)老粘土，在鉆孔中，鉆頭經(jīng)常被糊，鉆頭進(jìn)尺極其緩慢，有時(shí)鉆頭進(jìn)尺不足10cmh，最長(zhǎng)的一根樁成孔花了32d，起初5臺(tái)鉆機(jī)平均每根樁成孔時(shí)間為23d，按此計(jì)算

15、，主墩92根鉆孔灌注樁用10臺(tái)鉆機(jī)至少需要7個(gè)月時(shí)間，與工程進(jìn)度計(jì)劃5個(gè)月相比將滯后45d，極有可能影響整條高速公路的竣工時(shí)間，因此，在確保質(zhì)量的前提下如何提高鉆頭進(jìn)尺速度是本工程施工的難點(diǎn)。經(jīng)對(duì)已完成的少量鉆孔樁情況分析與研究，并查閱目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，針對(duì)在硬質(zhì)老粘土中鉆頭被糊的情況，認(rèn)為影響鉆頭進(jìn)尺的主要因素及處理措施如下：（1）鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)鉆機(jī)進(jìn)尺的影響根據(jù)地質(zhì)情況分析，進(jìn)場(chǎng)的鉆機(jī)動(dòng)力性能是滿足要求的，有2臺(tái)液壓式動(dòng)力頭鉆機(jī)，分別能鉆3、3.5m直徑的鉆孔樁，轉(zhuǎn)速較慢，加鉆桿比較繁瑣，但功能很大，按常規(guī)鉆頭進(jìn)尺速度應(yīng)較快，然而此處這種鉆機(jī)卻212m433五河口斜拉橋大直徑長(zhǎng)鉆孔灌注樁施

16、工工藝5期97=最慢，一根樁成孔時(shí)間最長(zhǎng)為3，平均每根鉆孔樁成2d孔時(shí)間為2。而另外一種Z6dSD250型鉆機(jī)轉(zhuǎn)速較快，加鉆桿比較方便，其鉆頭進(jìn)尺速度最快，前期一根樁平均成孔時(shí)間為1，后期通過施工工藝的不斷改7d進(jìn)，平均每根鉆孔樁成孔時(shí)間縮短為1，最快的達(dá)91d。因此，在較厚層的硬質(zhì)老粘土中鉆孔，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)速d較快的鉆機(jī)設(shè)備。添加劑費(fèi)用較高而放棄使用。因此，在較厚層的硬質(zhì)老粘土中鉆孔，應(yīng)盡可能縮短排渣通道、增加空壓機(jī)排氣量和氣壓、優(yōu)化泥漿性能。（）鉆壓及現(xiàn)場(chǎng)操作方法的影響4鉆壓不僅影響鉆頭被糊，而且還會(huì)影響成孔質(zhì)量。在砂性土層中成孔，鉆壓太大，鉆頭進(jìn)尺速度快，極易造成在砂性土層中泥漿護(hù)壁效果差而

17、出現(xiàn)的塌孔現(xiàn)（2）鉆頭形式的影響鑒于鉆頭初期極易被硬質(zhì)老粘土糊住的狀況，組織鉆探方面的專家進(jìn)行研究，認(rèn)為鉆頭形式是造成鉆頭被糊、影響鉆頭進(jìn)尺速度的主要因素之一，表現(xiàn)在：鉆頭最佳錐角的選用及其環(huán)圈間距與個(gè)數(shù)、表面粗糙度、附著鉆刀的翼板葉數(shù)、鉆刀的長(zhǎng)度、傾角、間距、吸漿口位置與形狀等，針對(duì)上述因素分析，分別選用了錐角為70、110，附著鉆刀的翼板采用3片，鉆刀的長(zhǎng)度適當(dāng)增長(zhǎng)至6cm，其間距、傾角適當(dāng)增大，吸漿口位置適當(dāng)提升，其形狀進(jìn)行適當(dāng)改善，并增大了鉆頭的表面粗糙度，原鉆頭上下設(shè)了兩道筋圈，不利于鉆頭上下活動(dòng)時(shí)粘在鉆頭上的泥塊自由脫落，后改為鉆頭上設(shè)一道筋圈。經(jīng)工程實(shí)踐，鉆頭進(jìn)尺速度有顯著提高，

18、所以，在較厚層的硬質(zhì)老粘土中鉆孔，選擇合適的鉆頭形式對(duì)鉆頭進(jìn)尺速度的提高非常重要。（3）排渣通道、空壓機(jī)性能及泥漿性能的影響經(jīng)分析，鉆頭被糊與鉆刀削下來(lái)的土屑在鉆孔中滯留時(shí)間的長(zhǎng)短有很大關(guān)系，如不及時(shí)將削下來(lái)的土屑排出，鉆頭是極易被糊的，針對(duì)這種情況，采取了增加排渣吸力、縮短排渣路徑等措施。由于大直徑、長(zhǎng)鉆孔樁常采用氣舉法反循環(huán)成孔施工工藝，因此，用于氣舉的空壓機(jī)的氣壓大小與排氣量密切相關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)采用增加氣壓，排氣量由原來(lái)15m3min增加到223min，排渣路徑縮短至鉆機(jī)附近，在其出口處設(shè)置排渣篩，采取這種措施后，收到了比較好的效果。另外，泥漿性能與鉆頭被糊密切相關(guān)，受不粘鍋與食物不粘的啟迪，能否研制出鉆頭與粘土不粘的材料呢？通過查閱大量資料得知此技術(shù)目前尚處于研制階段。但如何減少粘土與泥漿的粘力值得探討，本工程先后對(duì)泥漿性能指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化，適當(dāng)減少純堿、PAM及膨潤(rùn)土的摻量，適當(dāng)增加分離劑，如在泥漿中摻入少量洗衣粉、國(guó)外生產(chǎn)的一種添加劑等。泥漿指標(biāo)為粘度19，比重1.20，含砂率0.5%，通過以上措施的實(shí)施，收到了一定的效果，但在實(shí)施過程中，因國(guó)外生產(chǎn)的一種象；如鉆壓太小，鉆頭進(jìn)尺速度則慢，在砂性土層與粘土交界處極易造成鉆孔出現(xiàn)