復(fù)雜地質(zhì)大直徑超長鉆孔灌注樁施工與控制

復(fù)雜地質(zhì)大直徑超長鉆孔灌注樁施工與控制摘要晉陜黃河特大橋主橋橋墩樁基施工水文地質(zhì)情況復(fù)雜，本文闡述了在黃河砂性地質(zhì)上施工鉆孔灌注樁的工藝方法、遇到的主要問題及如何采取有效措施保證鉆孔樁施工質(zhì)量的方法。關(guān)鍵詞大直徑超長鉆孔灌注樁施工與控制1、 工程概況晉陜黃河特大橋位于陜西省與山西省交界處禹門口至潼關(guān)段黃河上，東起山西永濟(jì)市栲楮鎮(zhèn)西敬村，西至陜西合陽縣黑池鎮(zhèn)廉莊村。橋梁全長9.8km，橋高約52m,橋梁孔跨布置為：31-32m簡支箱梁+(54+2-90+54)m連續(xù)梁+23-48m簡支箱梁+14-(2X108m)單T剛構(gòu)鋼桁加勁組合結(jié)構(gòu)+79-48m簡支箱梁+(48+80+48)m連續(xù)梁+7-48m簡支箱梁+1-32m簡支箱梁。全橋樁基均為摩擦樁，其中主橋14-(2X108m)單T剛構(gòu)鋼桁加勁組合結(jié)構(gòu)主墩單個承臺鉆孔樁樁數(shù)為30根，鉆孔樁樁徑為2.0m，有效樁長92m；邊墩單個承臺鉆孔樁樁數(shù)為18根，鉆孔樁樁徑為1.8m，有效樁長80m。2、 水文地質(zhì)情況橋址處地表水主要為黃河河水，常年流水，季節(jié)性變化明顯，枯水期水量較小，雨季洪水暴漲。主橋位于黃河一級階地、漫灘及河床區(qū)，上部為第四系全新統(tǒng)沖積層，下部為更新統(tǒng)沖積層；該處地質(zhì)主要為粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫石(孤石)、濕陷性黃土。3、 鉆孔樁施工工藝主橋樁基施工需搭設(shè)水上施工平臺和棧橋，根據(jù)水深分為主河道深水區(qū)及灘地淺水區(qū)兩部分。深水區(qū)采用鋼管樁鋼平臺施工，淺水區(qū)內(nèi)采用草袋筑島圍堰形成鉆孔平臺。采用常規(guī)的鉆孔樁施工工藝，其施工順序為:護(hù)筒埋設(shè)一鉆孔一清空一成孔檢測一安放鋼筋籠一二次清孔一水下混凝土灌注一樁基檢測。3.1護(hù)筒埋設(shè)護(hù)筒長度為15m、13.5m、12m三種，采用12mm鋼板卷焊，在加工場內(nèi)加工完成后運至現(xiàn)場埋設(shè)。為防止開鉆后鄰近鉆孔樁孔位坍塌，鉆孔施工前將同一墩臺的所有鉆孔樁護(hù)筒全部預(yù)先埋設(shè)好；由于場地限制，同一墩臺的鋼護(hù)筒還可兼做泥漿池，用于造漿和泥漿循環(huán)。護(hù)筒采用0T振動錘打設(shè)護(hù)筒，埋設(shè)時采用導(dǎo)向架精確定位保證護(hù)筒的垂直度。施工過程中注意保護(hù)四個放線護(hù)樁，并對護(hù)筒中心位置和標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核。3.2泥漿制備及循環(huán)裝置泥漿的主要作用有：⑴懸浮和攜帶鉆渣，清洗孔底；⑵形成泥皮，增強孔壁的穩(wěn)定性，防止塌孔，達(dá)到護(hù)壁的功能；⑶維持孔內(nèi)外壓力平衡，防止穿孔；⑷潤滑和冷卻鉆頭，提高鉆孔速度。主橋樁基采用優(yōu)質(zhì)膨潤土做為造漿材料，以機(jī)械和人工的方法制作循環(huán)使用。大直徑鉆孔樁施工開鉆時泥漿需求量大，且鉆進(jìn)中泥漿的補給量大。因此，非特殊情況不宜直接用鉆機(jī)在孔內(nèi)造漿。樁基在施工前，在鉆孔鋼平臺上制作鋼箱做為泥漿池，和預(yù)埋的其他鋼護(hù)筒一起做為泥漿循環(huán)裝置。3.3鉆孔根據(jù)本工程施工特點，樁基施工采用GPS220正反循環(huán)鉆機(jī)。成孔是控制樁基質(zhì)量的關(guān)鍵工序，本橋主橋樁基位于黃河上，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，鉆進(jìn)過程中泥漿比重、含砂率、黏度等值的選取成為成孔質(zhì)量的關(guān)鍵，特別是含砂率的控制成為主橋樁基施工的一個難點。由于樁位處主要為砂層地質(zhì)，使得鉆進(jìn)過程中的含砂率高達(dá)13%-15%。含砂率過高，使得鉆渣無法排除還增大了清孔難度，且形成的泥皮質(zhì)量差、厚度大，大大降低了樁的側(cè)摩阻力。此時泥漿比重、黏度的選取也會受到影響。例如當(dāng)黏度在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時，泥漿中砂在循環(huán)過程中不易沉淀，使得砂隨泥漿再次進(jìn)入孔內(nèi)達(dá)不到降砂的效果，故應(yīng)合理控制黏度值。除合理控制黏度值外，增大泥漿循環(huán)路徑、加設(shè)泥漿循環(huán)池增加循環(huán)次數(shù)也是降砂的主要措施。若此時砂率還是未能得到控制，采取的辦法為先停鉆一段時間，讓砂在孔內(nèi)先沉淀，待沉淀一段時間后在鉆進(jìn)抽渣使得鉆渣排出孔外。鉆進(jìn)過程中，還應(yīng)做好碴樣取樣工作，實時核對地質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)與設(shè)計不符時通知設(shè)計方，做好變更工作。3.4清孔及成孔檢測鉆孔達(dá)到設(shè)計深度后，開始清孔。清孔采用抽漿換漿法進(jìn)行鉆頭提起距孔底20?30cm時，采用稍高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動鉆頭，一邊繼續(xù)氣舉反循環(huán)，把孔底泥漿、鉆碴混合物排出孔外,一邊向孔內(nèi)補充已凈化后的優(yōu)質(zhì)泥漿,清孔時應(yīng)保持孔內(nèi)液面穩(wěn)定，直到孔內(nèi)泥漿的各項指標(biāo)符合規(guī)范及設(shè)計要求為止。清孔完成后，用JJC-1D孔徑檢測儀對樁長、樁徑及垂直度等進(jìn)行檢測，檢查完成后才能下放鋼筋籠進(jìn)入下道工序。3.5安放鋼筋籠鋼筋籠在標(biāo)準(zhǔn)化加工廠內(nèi)分段成型，鋼筋籠主筋搭接采用焊接，箍筋與主筋梅花綁扎，主筋與加勁箍100%點焊牢固。由于鋼筋籠直徑比較大故在鋼筋籠內(nèi)加焊十字撐，以加強鋼筋結(jié)構(gòu)的整體性，防止鋼筋籠在吊裝過程中變形。鋼筋籠制作時注意安裝聲測管聲測管下管口用鋼板封焊上管口用木塞封口。鋼筋籠保護(hù)層用7cm厚混凝土墊塊在每個加勁箍四周各墊一塊。分段加工好的鋼筋籠采用平板車運至現(xiàn)場，根據(jù)已做好的接頭標(biāo)記進(jìn)行現(xiàn)場吊裝對接接長下放，接長時應(yīng)保證鋼筋籠的垂直度及焊接質(zhì)量。由于鋼筋籠長度長，接頭數(shù)量多，導(dǎo)致接長下放時間較長，在此期間應(yīng)時刻控制孔內(nèi)漿位，防止塌孔事故發(fā)生。3.6水下混凝土灌注灌注水下混凝土是樁基施工的關(guān)鍵工序?；炷料铝喜捎?300mm導(dǎo)管。導(dǎo)管使用前和使用一段時間后要進(jìn)行水密性和承壓性試驗，并檢查防水膠墊是否完好。導(dǎo)管下放至距孔底部30?40mm。灌注前應(yīng)檢查孔底沉渣情況，如下放鋼筋籠時間過長，應(yīng)進(jìn)行二次清孔,導(dǎo)管內(nèi)吊放混凝土柱狀塞頭，開塞前堵料斗應(yīng)有足夠的混凝土初存量才能剪塞保證第一批混凝土灌注后導(dǎo)管埋管1m以上。本工程樁基直徑大，樁底比較深，混凝土量大，澆注過程中必須保證混凝土的連續(xù)供應(yīng)，并設(shè)專人進(jìn)行測量孔深記錄，準(zhǔn)確掌握混凝土面的上升高度，嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深在2?6m的范圍內(nèi)，灌注后混凝土面要比設(shè)計樁頂標(biāo)高高出1.0m,灌注過程中應(yīng)注意做好混凝土試塊。3.7樁基檢測全部樁基設(shè)計預(yù)埋聲測管，委托第三方單位進(jìn)行超聲波檢測。4、質(zhì)量控制措施鉆孔樁由于其工程隱蔽性和水下施工的不可見性，常見的質(zhì)量病害分為成孔病害和成樁病害。成孔病害表現(xiàn)為：坍孔、偏孔、擴(kuò)孔與縮孔、鉆孔漏漿、掉鉆落物、糊鉆以及形成梅花孔、卡鉆、鉆桿折斷等；成樁病害常表現(xiàn)為：鋼筋浮籠、導(dǎo)管漏水、深埋或拔斷、砼離析、強度不足、樁底標(biāo)高過高、沉淀層厚度超標(biāo)、縮徑、斷樁等。以下列舉晉陜黃河特大橋鉆孔樁施工中出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題及控制措施。樁位偏移利用護(hù)樁對護(hù)筒埋設(shè)和鉆進(jìn)過程中的樁位進(jìn)行監(jiān)測，鉆機(jī)必須固定牢固，鉆孔期間隨時察看鉆機(jī)固定情況。坍孔應(yīng)認(rèn)真分析原因，查明部位，可采取回填至坍孔位置以上，同時改善泥漿性能，加高水頭、深埋護(hù)筒等措施?？咨砥彪S時注意校核鉆桿的垂直度，鉆孔中遇到不均勻硬層、斜狀巖層和碰到孤石時，鉆速適當(dāng)放慢，并在偏斜處利用鉆頭反復(fù)掃空，使鉆孔正直；嚴(yán)重時，應(yīng)回填重鉆。擴(kuò)孔和縮孔擴(kuò)孔采取優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁盡量避免坍孔，防止鉆錐擺動過大等措施；發(fā)現(xiàn)縮孔時，對鉆頭進(jìn)行檢查、量測，發(fā)現(xiàn)磨損應(yīng)及時修正。（5） 鉆孔漏漿宜采取壓實護(hù)筒周邊回填土，增加護(hù)筒深度，減少水頭，倒入粘土等措施，重新開鉆。（6） 卡鉆及鉆頭掉落出現(xiàn)卡鉆情況時，不能強行提鉆，應(yīng)用沖、吸的方式松動鉆頭周圍鉆渣后輕提鉆錐；當(dāng)鉆頭掉落位置較深時，在確保安全的前提下利用水鬼下潛輔助打撈。（7） 泥漿質(zhì)量泥漿原料粘土、膨潤土和外加劑的性能應(yīng)滿足規(guī)范要求；鉆孔過程中，應(yīng)每班檢測泥漿性能指標(biāo)，當(dāng)土層變化時，應(yīng)相應(yīng)增加檢測次數(shù)。（8） 沉渣厚度嚴(yán)格控制清孔泥漿指標(biāo)，選擇合適的清孔方法，盡量縮短清孔與混凝土灌注之間的時間間隔。（9） 鋼筋籠保護(hù)層終孔后使用檢孔器檢查，鋼筋籠安放后對平面位置進(jìn)行檢測，檢查墊塊的固定質(zhì)量。（10） 鋼筋籠上浮鋼筋籠安裝前應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行檢孔和清孔，檢查控制好砼塌落度，接近鋼筋籠底部時控制灌注速度;發(fā)現(xiàn)鋼筋籠上浮時，要及時進(jìn)行復(fù)位處理。（11） 堵管及斷樁保證砼運輸供應(yīng)及其質(zhì)量，檢查測試導(dǎo)管密封性能，準(zhǔn)確掌握導(dǎo)管提升量，控制砼埋置深度。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)斷樁情況，需進(jìn)行返工或設(shè)計補樁。5、安全、環(huán)保措施（1） 安全措施鉆孔需搭設(shè)鉆孔平臺，平臺上活動荷載繁多，應(yīng)定時對鉆孔平臺進(jìn)行觀測、檢查。發(fā)現(xiàn)沉降值大或有較大變形時,及時按預(yù)案進(jìn)行解決。由于樁基大都位于黃河漫攤及主河槽內(nèi)，汛期來臨應(yīng)做好防汛準(zhǔn)備，建立安全應(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行相應(yīng)演練。（2） 環(huán)保措施本工程施工嚴(yán)格遵守國家《環(huán)境保護(hù)法》、《水土保持法》等有關(guān)規(guī)定，在當(dāng)?shù)丨h(huán)保水利部門和業(yè)主審批的范圍內(nèi)進(jìn)行施工，堅持貫徹“預(yù)防為主、保護(hù)為先、防治結(jié)合、強化管理”的方針，做到預(yù)防污染、持續(xù)改進(jìn)，環(huán)保水保與工程建設(shè)同步進(jìn)行。施工過程中，應(yīng)用泥漿池、泥漿分離器等讓泥漿循環(huán)利用，嚴(yán)禁排放到黃河水中，泥漿池內(nèi)沉淀下來的鉆碴運至規(guī)定的棄碴場存放，防止污染水源，減少環(huán)境破壞。保護(hù)好濕地的植被、水環(huán)境、大氣環(huán)境、自然生態(tài)環(huán)境、土壤結(jié)構(gòu)、自然保護(hù)區(qū)、野生動植物，維護(hù)生態(tài)平衡系統(tǒng)。6、結(jié)束語通過晉陜黃河特大橋主橋部分樁基施工，筆者闡述了在黃河流域施工鉆孔樁的一些技術(shù)特性及控制要點。大