白水溪大橋破碎地質(zhì)條件下的深樁基施工技術(shù)

1、水溪大橋破碎地質(zhì)條件下的深樁基施工技術(shù)田德紅趙春生王彬中國(guó)水利水電第七工程局六分局紫坪鋪公路工程部摘要：本文主要介紹了白水溪大橋在破碎地質(zhì)條件下的深樁基人工成孔、鉆孔、水上灌注樁、水下灌注樁的主要施工技術(shù)及實(shí)際施工時(shí)遇到的難題及處理舉措.關(guān)鍵詞：白水溪大橋樁基技術(shù)舉措1. 工程概況K1032+163.25白水溪大橋位于四川岷江紫坪鋪水利樞213國(guó)道庫(kù)區(qū)淹沒(méi)段改建工程I標(biāo)段,是213國(guó)道庫(kù)區(qū)淹沒(méi)段改建限制性工程之一.白水溪大橋橫跨白水溪溝,溝谷呈U形,高差達(dá)50多米,溝床寬30多米.橋位區(qū)兩岸斜坡地帶為崩坡積塊碎石土,左岸層厚9.5821.78m,右岸層厚038.20m,溝床中為沖洪積堆積層漂塊

2、石土,層厚1517.10m.下伏強(qiáng)風(fēng)化砂巖和強(qiáng)、中風(fēng)化碳質(zhì)頁(yè)巖811m,巖性軟弱,屬軟質(zhì)巖類,強(qiáng)度和承載力低,完整性差；微風(fēng)化碳質(zhì)頁(yè)巖57m,屬軟質(zhì)巖類,具有一定的承載力；中風(fēng)化、微風(fēng)化砂巖,該層厚度大,穩(wěn)定性好.白水溪大橋橋?qū)?.0m,上部結(jié)構(gòu)為125m+340m預(yù)應(yīng)力“T型梁,下部為組合式橋臺(tái),柱式橋墩,墩高為27.546m,鉆挖孔灌注樁根底,樁徑1.5m,樁深28.542mo2主要施工技術(shù)2. 1人工成孔2003年10月1日白水溪大橋開(kāi)始進(jìn)行4#臺(tái)的樁基人工挖孔,3#墩、0#臺(tái)、1#®也相繼開(kāi)挖.挖孔前先平整場(chǎng)地,定出樁孔位置,在孔口四周挖排水溝,搭建防雨棚.由于地質(zhì)條件復(fù)雜,

3、且滲水量較大,挖孔過(guò)程中采用空壓機(jī)、風(fēng)鉆、風(fēng)鎬、發(fā)電機(jī)、潛水泵配合使用.開(kāi)挖料用手動(dòng)轆物提出孔外,當(dāng)開(kāi)挖深度超過(guò)30m時(shí)采用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī).每根樁基開(kāi)挖時(shí)配置5個(gè)人,平均日進(jìn)度1m左右.3#墩樁基在開(kāi)挖深度至20m時(shí),地質(zhì)情況為碳質(zhì)頁(yè)巖,碳質(zhì)頁(yè)巖強(qiáng)度低,且極其破碎,滲水量大,出現(xiàn)了塌孔,進(jìn)展緩慢.將施工循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行了調(diào)整,采用小進(jìn)尺多循環(huán)施工,并且護(hù)壁碎強(qiáng)度及鋼筋配筋率都提升.每循環(huán)開(kāi)挖0.5m,樁基中部超深0.6m作為集水坑,水位低于工作面,立即進(jìn)行鋼筋碎護(hù)壁的施工,在碎到達(dá)一定的強(qiáng)度后,即進(jìn)行下一循環(huán)的施工.3. 2鉆孔施工2#%處于溪溝旁,地下水位高,無(wú)法采用人工挖孔.根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)

4、資料,樁基上部20m為漂石層,經(jīng)過(guò)鉆機(jī)選型比照,采用沖擊鉆成孔.沖擊鉆整機(jī)就位時(shí),提升鉆頭的鋼絲繩中央必須與樁基中央重合.施工時(shí)首先采用鋼筋碎鎖口,以增加孔口的承載力.然后孔口使用鋼護(hù)筒,護(hù)筒壁厚1cm,護(hù)筒內(nèi)徑1.7m,護(hù)筒埋深1.5m.樁孔采用泥漿護(hù)壁,人工向孔口投放粘土,反復(fù)提升鉆頭沖擊孔口內(nèi)粘土,攪拌成為泥漿.泥漿的性能指標(biāo)：相對(duì)密度1.201.40,粘度2230S,膠體率95%,失水量020mL/30min,泥皮厚03mL/30min,靜切力35Pa,酸堿度811Ph.沖擊鉆機(jī)成孔工藝如下：1鉆機(jī)就位,在埋好的護(hù)筒和備足護(hù)壁泥漿粘土后,將鉆機(jī)就位,立好鉆架,對(duì)準(zhǔn)鉆孔中央,固定好撐桿,

5、就可開(kāi)始沖擊鉆進(jìn).鉆機(jī)的底座和頂端應(yīng)平穩(wěn),不得產(chǎn)生位移和沉陷,鉆架頂部的起重滑輪槽緣的鉛垂線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)護(hù)筒中央,其偏差不得大于2cm.2開(kāi)孔,開(kāi)孔時(shí)應(yīng)先在孔內(nèi)灌注泥漿.如孔中有水,可直接投入粘土,用沖擊鉆以小沖程反復(fù)沖擊造漿.開(kāi)孔及整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中,應(yīng)始終保持孔內(nèi)水位高出地下水位2#墩處為河中水位1.5m2.0m,并低于護(hù)筒頂面0.3m以防溢出,掏渣清后應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水.在砂及卵石夾土等松散層開(kāi)孔或鉆進(jìn)時(shí),可按1：1投入粘土和小片石粒徑015cm,用沖擊鉆小沖程反復(fù)沖擊,使泥漿、片石擠入孔壁.必要時(shí)需重復(fù)回填反復(fù)沖擊23次.開(kāi)孔或鉆進(jìn)遇有流沙現(xiàn)象時(shí),加大粘土減少片石的比例,按上述方法進(jìn)行處理,力求孔壁堅(jiān)實(shí)

6、.由于開(kāi)鉆時(shí)沖程小,沖擊力缺乏,可采用人工開(kāi)挖,挖下之后作護(hù)壁,人工掘進(jìn)困難時(shí)再用沖擊鉆造孔.3鉆進(jìn)鉆進(jìn)時(shí)的考前須知：1沖程應(yīng)根據(jù)土層情況分別規(guī)定：在通過(guò)堅(jiān)硬密實(shí)卵石層或基巖漂石之類的土層中時(shí)采用高沖程100cm,在通過(guò)松散砂、礫類土或卵石夾土層中時(shí)采用中沖程75cm.2通過(guò)漂石或巖層時(shí),如外表不平整,應(yīng)先投入粘土、小片石將外表墊平,再進(jìn)行沖擊鉆進(jìn),預(yù)防發(fā)生孔斜、坍孔事故.3要均勻地松放鋼絲繩的長(zhǎng)度.軟弱土層每次可松純58cm,密實(shí)堅(jiān)硬土層每次可松繩35cmo4沖程大小和泥漿稠度應(yīng)按通過(guò)的土層情況掌握.當(dāng)通過(guò)砂、砂礫石或含砂量較大的卵石層時(shí),宜采用1m2m的中、小沖程,并加大泥漿稠度,反復(fù)沖擊

7、使孔壁堅(jiān)實(shí),預(yù)防坍孔.當(dāng)通過(guò)含砂低液限粘質(zhì)土層時(shí),因土層本身可造漿,應(yīng)降低輸入的泥漿稠度,并采用1m1.5m小沖程,預(yù)防卡鉆、埋鉆.當(dāng)通過(guò)堅(jiān)硬密實(shí)卵石層及漂石、基巖之類土層時(shí),可采用46m的大沖程,使卵石、漂石或基巖破碎,并加大泥漿稠度,反復(fù)沖擊使孔璧堅(jiān)實(shí),預(yù)防坍孔.但大漂石和探頭石易使孔身偏斜,一般可在偏斜處吊住鉆錐反復(fù)掃孔,使鉆孔豎直.5在任何情況下,最大沖程不宜超過(guò)6m,預(yù)防卡鉆、沖壞孔壁.6為正確提升鉆頭的沖程,宜在鋼絲繩上作長(zhǎng)度標(biāo)志.7在掏渣后或因其它原因停鉆后再次開(kāi)鉆時(shí),應(yīng)由低沖程逐漸加大到正常沖程以免卡鉆.4掏渣：破碎的鉆渣,局部和泥漿一起被擠進(jìn)孔壁,大局部靠掏渣筒去除出孔外,故

8、在沖擊相當(dāng)時(shí)間后,應(yīng)將鉆頭提出,換上掏渣筒,下入孔底掏取鉆渣,倒進(jìn)鉆孔外的倒渣溝中.一般在密實(shí)堅(jiān)硬土層每小時(shí)純鉆進(jìn)小于510cm、軟弱土層每小時(shí)純鉆進(jìn)小于1530cm時(shí),應(yīng)進(jìn)行掏渣.或每進(jìn)尺0.51.0m時(shí)掏渣一次,每次掏45筒,或掏至泥漿內(nèi)含渣顯著減少、無(wú)粗顆粒、相對(duì)密度恢復(fù)正常為止.5檢孔：鉆進(jìn)中需用檢孔器檢孔.檢孔器用鋼筋籠做成,其外徑等于設(shè)計(jì)孔徑,長(zhǎng)度為孔徑的46倍.每鉆進(jìn)46m,接近易縮孔孔徑減少土層或更換鉆錐前,都必須檢孔.當(dāng)檢孔器不能沉到原來(lái)鉆達(dá)的深度或大繩偏移護(hù)筒中央時(shí),應(yīng)考慮可能發(fā)生了彎孔、斜孔或縮孔等情況,如不嚴(yán)重時(shí)可調(diào)整鉆機(jī)位置繼續(xù)鉆孔,當(dāng)情況嚴(yán)重時(shí),應(yīng)立即停鉆,用粘土夾

9、小片石回填到錐檢孔器標(biāo)高以上0.5m處,然后沖擊重鉆.6清孔：其目的是抽、提孔內(nèi)泥漿,去除鉆渣和沉淀層,為下道工序灌注水下混凝土創(chuàng)造良好條件.1清孔質(zhì)量要求：孔底沉淀厚度不得大于0.2dd為成孔直徑,泥漿含砂不大于4%02清孔方法：采用掏渣清孔法,應(yīng)掏到用手摸泥漿中無(wú)23mm大的顆粒為止,并使泥漿比重小到1.11.25.3沉淀土層的測(cè)量：沉淀土厚度從錐頭底部所到達(dá)的孔底平面算起.2#!樁基于2003年11月11日開(kāi)孔,兩臺(tái)沖擊鉆機(jī)同時(shí)鉆進(jìn),采用24h連續(xù)作業(yè),平均日鉆進(jìn)量1.52.0m.2003年11月28日2#1右1樁孔在鉆至28m時(shí)出現(xiàn)了塌孔,孔口位置的土體產(chǎn)生下陷,塌孔情況較嚴(yán)重.根據(jù)鉆

10、渣,發(fā)現(xiàn)在樁孔深915m處為碳質(zhì)頁(yè)巖層,碳質(zhì)頁(yè)巖強(qiáng)度低且破碎.經(jīng)過(guò)分析,塌孔原因是由于破碎的地質(zhì)條件及溪溝過(guò)大的水壓力,泥漿不能對(duì)樁孔孔壁起到保護(hù)作用,且鉆孔時(shí)對(duì)破碎的碳質(zhì)頁(yè)巖層孔壁周圍土體振動(dòng)較大.根據(jù)這種情況,采用鋼護(hù)筒護(hù)壁.鉆頭提出樁孔后,采用片石將樁孔全部回填至孔口位置,重新開(kāi)孔鉆進(jìn),鉆頭超前1m,然后向下跟進(jìn)鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁,起到護(hù)壁作用.每節(jié)鋼護(hù)筒壁厚1cm,鋼護(hù)筒內(nèi)徑1.6m為保證樁孔的偏位在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi),故在設(shè)計(jì)樁基直徑上增加10cm,每節(jié)鋼護(hù)筒連接采用焊接,鋼筋增強(qiáng).鋼護(hù)筒跟進(jìn)深度超過(guò)碳質(zhì)頁(yè)巖層后,重新采用正常的鉆孔方法進(jìn)行鉆進(jìn).由于樁基地質(zhì)情況復(fù)雜,兩臺(tái)沖擊鉆機(jī)同時(shí)施鉆,對(duì)

11、地基振動(dòng)過(guò)大,為預(yù)防出現(xiàn)再塌孔現(xiàn)象,只采用一臺(tái)沖擊鉆機(jī)順序鉆孔,并且對(duì)碳質(zhì)頁(yè)巖層均采用鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁.2#墩鉆孔樁施工于2004年4月18日全部完成.2. 3水上灌注樁挖孔樁自孔底及孔壁滲入的地下水其上升速度小于6mm/min時(shí),灌注碎樁.開(kāi)始灌注前,去除孔內(nèi)集水,使其小于50mm.灌注時(shí),導(dǎo)管對(duì)準(zhǔn)孔中央,碎在導(dǎo)管中自由墜落.距孔底2m以下的碎利用其自由墜落搗實(shí),此線以上的碎用振搗器搗實(shí).孔內(nèi)碎一次連續(xù)澆筑完畢.碎澆筑至樁頂以后,將外表已離析的混合物和水泥浮漿等去除干凈.0#臺(tái)、1#墩、3#!及4#臺(tái)樁基均根據(jù)水上灌注樁施工,采用一臺(tái)泵送碎,一臺(tái)500L型強(qiáng)制式攪拌機(jī),由2#墩平臺(tái)拌和場(chǎng)地,向

12、各墩臺(tái)輸送碎.灌注時(shí)間一般是在墩臺(tái)的四根樁孔全部開(kāi)挖完成,鋼筋骨架安裝完畢后,樁基一次連續(xù)灌注完成.3. 4水下灌注樁4. 4.1灌注機(jī)具1導(dǎo)管：用鋼板卷制而成,或無(wú)縫鋼管制成,內(nèi)徑為125mm.中間段節(jié)長(zhǎng)2m,下端節(jié)長(zhǎng)46m,漏斗下配長(zhǎng)約1m的導(dǎo)管.導(dǎo)管節(jié)與節(jié)間采用卡口式連接快速接頭,導(dǎo)管吊放時(shí)宜用兩根鋼絲繩分別系吊在最下端一節(jié)導(dǎo)管的兩個(gè)吊耳上,并沿導(dǎo)管每隔5m左右用鐵絲將導(dǎo)管和鋼絲繩捆扎在一起.導(dǎo)管使用前和使用后要進(jìn)行水密試驗(yàn)、承壓試驗(yàn)和接頭抗壓試驗(yàn).(2)漏斗：導(dǎo)管頂部與儲(chǔ)料斗相連6m；樁頂高出水面時(shí),漏斗底口高出樁頂46m.(3)儲(chǔ)料斗首批碎所需數(shù)量V:V>兀d2hi/4+兀D/

13、4(h2+h3)hi=Hrw/rc(見(jiàn)圖1)h2>1.0mh3>0.4mrc：混凝土的容重,KN/m3漏斗高度：樁頂?shù)陀谒鏁r(shí)漏斗低口高出水面4圖1首批碎數(shù)量計(jì)算rw：水或泥漿的容重,KN/m3根據(jù)以上公式計(jì)算首批碎所需數(shù)量V:V>3.14X0.1252/4X36X10/245+3.14X1.552/4X(0.4+1.0)=2.5m30(4)工作平臺(tái)；利用沖擊鉆機(jī)的鉆架,在儲(chǔ)料斗上鋪設(shè)木板作為工作平臺(tái).2.4.2灌注混凝土前的檢查與清孔導(dǎo)管就位后再次用測(cè)深錘測(cè)沉淀層厚度.假設(shè)沉淀層厚度超過(guò)設(shè)計(jì)要求,即進(jìn)行二次清孔,二次清孔采用噴射法(采用壓縮空氣將樁孔底部沉淀物稀釋).當(dāng)沉淀

14、層厚度滿足設(shè)計(jì)要求后即可準(zhǔn)備灌注水下混凝土.2.4.3水下混凝土配制及灌注水下混凝土的配合比經(jīng)工地試驗(yàn)室驗(yàn)證后,方可使用.因樁基深度較大,達(dá)36m,并且不可遇見(jiàn)的因素多.在首批碎灌注以后,為了保證其后續(xù)碎灌注不初凝,在碎拌制過(guò)程中摻入緩凝劑(高效泵送劑).攪拌混凝土的設(shè)備采用一臺(tái)JZ500強(qiáng)制式攪拌機(jī)布置在2#%平臺(tái),碎輸送泵進(jìn)行碎灌注,泵管出口由鉆架上側(cè)對(duì)準(zhǔn)儲(chǔ)料斗.碎配合比中摻入泵送劑,泵送劑的作用是增加碎和易性,且具有緩凝作用,泵送劑摻量為水泥用量的2%0首批碎在儲(chǔ)料斗中到達(dá)2.5m3時(shí),使用鉆機(jī)的副卷?yè)P(yáng)機(jī)將導(dǎo)管堵頭迅速提出料斗外,碎從導(dǎo)管中自行落入樁孔內(nèi),水下碎灌注至此連續(xù)澆注.水下碎灌

15、注過(guò)程中必須經(jīng)常測(cè)量灌注碎的深度.采用測(cè)深錐法同澆注碎時(shí)灌注的體積反推深度相結(jié)合的測(cè)量方法.測(cè)錐法：錐為平底,底面積不應(yīng)太小,制成圓錐型,錐不小于40N,測(cè)身用質(zhì)輕、拉力強(qiáng)、遇水不伸縮、標(biāo)有尺度的尼皮尺,用兩人兩個(gè)測(cè)錐測(cè)深.復(fù)核灌注深度：每隔一段時(shí)間,記下此段時(shí)間灌入碎的體積,以平均孔徑反推深度.孔徑根據(jù)實(shí)際情況確定,一般為設(shè)計(jì)孔徑的1.1倍.根據(jù)測(cè)量的灌注深度,導(dǎo)管埋深限制在2m6m.導(dǎo)管埋置深度到達(dá)要求后,正確指揮導(dǎo)管的提升和撤除.導(dǎo)管提升時(shí)應(yīng)保持軸線豎直和位置居中,逐步提升.如導(dǎo)管法蘭卡掛鋼筋骨架,可轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)管,使其脫開(kāi)鋼筋骨架后,移至鉆孔中央.當(dāng)導(dǎo)管提升到法蘭卡接頭露孔口以上有一定的高度

16、,可撤除2節(jié)導(dǎo)管(視每節(jié)導(dǎo)管長(zhǎng)度和工作平臺(tái)距孔口高度而定).此時(shí),暫停灌注,利用鉆機(jī)主卷?yè)P(yáng)機(jī)提升漏斗,副卷?yè)P(yáng)機(jī)系牢井口的導(dǎo)管,然后松動(dòng)導(dǎo)管的接頭螺栓或快速接頭,同時(shí)將啟吊導(dǎo)管用的釣鉤掛上待拆的導(dǎo)管上端的吊環(huán),待螺栓全部撤除或快速接頭撤除后,吊起待拆的導(dǎo)管,徐徐放在地上,然后將漏斗重新與井口的導(dǎo)管聯(lián)結(jié),校正好位置,繼續(xù)灌注.撤除導(dǎo)管動(dòng)作要快,時(shí)間一般不宜超過(guò)15min.要預(yù)防螺栓、橡膠墊和工具等掉入孔中.同時(shí)要注意平安.已拆下的管節(jié)要立即清洗干凈,堆放整潔.在灌注過(guò)程中,當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)的碎不滿,含有空氣時(shí),后續(xù)碎要徐徐灌入,不可整斗地灌入漏斗和導(dǎo)管,以免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣囊,擠出管節(jié)間的橡皮墊,而使導(dǎo)

17、管漏水.為了保證樁頂質(zhì)量,在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上增加的高度不小于1.0m高度,以便灌注結(jié)束以后將此段碎去除.在灌注將進(jìn)結(jié)束時(shí),由于導(dǎo)管內(nèi)碎柱高度減小,超壓力降低,而導(dǎo)管外的泥漿及所含渣土稠度增加,相對(duì)密度增大.如在這種情況下出現(xiàn)碎頂開(kāi)困難時(shí),可在孔內(nèi)加水稀釋泥漿,并掏出局部沉淀土,使灌注工作順利進(jìn)行.在拔出最后一段長(zhǎng)導(dǎo)管時(shí),拔管速度要慢,以預(yù)防樁頂沉淀的泥漿擠入導(dǎo)管下形成泥心.3施工時(shí)的幾個(gè)技術(shù)難題及處理舉措(1)人工成孔時(shí),軟弱夾層跨坍.原因分析：強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)頁(yè)巖經(jīng)過(guò)滲水浸泡軟化造成大量坍孔,使原有護(hù)壁下沉.處理方法：1用土回填坍孔部位至護(hù)壁下沉處.2用碎對(duì)下沉護(hù)壁灌漿處理.3調(diào)整護(hù)壁循環(huán)高度,一

18、般為50cm,并用鋼筋碎護(hù)壁.4坍孔部位碎護(hù)壁背側(cè)用片石碎回填片石碎回填前在坍塌部位打入鋼管進(jìn)行臨時(shí)支護(hù).5每次護(hù)壁前均在孔中央超挖60cm深的集水坑,并用高揚(yáng)程的污水泵抽取地下滲水,預(yù)防集水浸泡.2鉆孔坍孔.原因分析：各孔距離太近,凈間距為3米,樁孔位于白水溪溝床上,表層覆蓋層為漂石土,沖擊成孔時(shí)因近距離振動(dòng)會(huì)影響另一樁孔的穩(wěn)定,從而出現(xiàn)坍孔,并形成竄孔.處理方法：1回填片石及粘土,至坍孔處以上2米,并隨時(shí)用沖擊錘輕輕沖擊待回填物密實(shí)后鉆進(jìn).2調(diào)整鉆進(jìn)速度.3鉆進(jìn)的同時(shí)采用厚度為1cm鋼護(hù)筒護(hù)壁.3鉆機(jī)卡錐.原因分析：因卡錐部位為漂石層,漂石造成局部孔壁凸進(jìn),成孔不圓.處理方法：1鉆頭向下活動(dòng),并轉(zhuǎn)動(dòng)至孔徑較大方向,緩緩提起鉆頭.2用片石及粘土混合物回填鉆孔,重新沖擊,沖擊時(shí)可用一些高沖程修整孔形.4水下碎澆筑時(shí)卡管.原因分析：碎坍落度偏小,粗骨料超徑石含量過(guò)大.處理方法:1用長(zhǎng)鋼管沖搗管內(nèi)碎,并用鐵錘敲打,找出堵塞部位,同時(shí)用吊繩抖動(dòng)導(dǎo)管使碎下落.2派專人隨時(shí)檢測(cè)碎坍落度,并嚴(yán)格限制粗骨料的粒徑.5白水溪溝兩岸樁基鋼筋骨架因地形限制無(wú)法吊裝,且樁基太深,最深達(dá)42m,在孔口制作鋼筋骨架時(shí),搭設(shè)工作平臺(tái)非