承壓水鉆孔灌注樁施工技術研究

　　1工程概況

　　新建鐵路喀什至和田線的克孜勒河特大橋是該線控制性工程，位于新疆喀什市轄區(qū)，中心里程DK8+141，全長1348.83米，孔跨布置22-32m+3-24m+11-32m+（32+48+32）m+2-32m，鉆孔灌注樁基礎176根。其中5#～14#橋墩位于高承壓水地段，設計采用直徑1.25m鉆孔樁，樁長30～34m。

　　1.1設計前期地質(zhì)

　　上部地層主要為粘性土、砂類土及碎石類土；地下水位以下至埋深4m處，層厚約2m，為第一層液化土層，成份以第四系全新統(tǒng)沖積砂質(zhì)黃土為主，局部分布有細砂及圓礫土；其下為一層圓礫土；圓礫土下為第二層液化土層，以粉土及砂類土為主，埋深在10～20m，層厚一般3～6m，局部地段達8m；其下為圓礫土層。

　　1.2地下水分布

　　該橋地下水主要賦存第四系空隙潛水，下部分布多層承壓水，以冰川融雪、河水及降雨補給為主，水量豐富，地下水埋深1～5m。克孜勒河河谷地帶設計踏勘D1Z-37、D1Z-38、D1Z-39、D1Z-40鉆孔出露上升泉，揭示為承壓水，承壓水水位高出地面1～3m。

　　1.3承壓水分布

　�。�1）D1Z-37（DK7+808右6.8m），地下有高承壓水

　　第一層承壓水：在地表以下11.5m-12.1m處，測得管內(nèi)水頭高度2.4m，三角堰堰口水流高度12.30cm（涌水量7.428升/秒（641.78m3/晝夜））。

　　第二層承壓水：在地表以下12.70-51.40m處。測得水頭高度2.2米。

　　第三層承壓水：在地表以下52.10m，測得水頭高度2.9m，三角堰堰口水流高度15.10cm（涌水量12.316升/秒（1064.1m3/晝夜））。

　　（2）D1Z-39（DK7+873.4右7.2m），地下有高承壓水

　　第一層承壓水（10.40~13m）；第二層承壓水（13.20-38.00）；第三層承壓水（38.20-49.80）；第四層承壓水（50m以下），承壓水涌水量與D1Z-37號孔基本相同。

　　1.4施工現(xiàn)場調(diào)查

　　（1）2008年9月（洪水期）調(diào)查現(xiàn)場留存的D1Z-37地質(zhì)鉆孔的146mm套管，發(fā)現(xiàn)該管一直處于流水狀態(tài)，在該處建立承壓水水頭觀測點，經(jīng)觀測測得水頭高度平均在6.2m（水頭高程為1271.1m）。

　　即施工期（洪水期）的水頭高度比鉆探時2008年3月（枯水期）的水頭高度高3.8m。

　　2施工方案比選

　　根據(jù)設計提供的相關承壓水資料，結(jié)合現(xiàn)場前期的跟蹤觀測，依照承壓水水頭高度及試鉆過程記錄，制定了施工方案。

　　2.1制定原則

　　（1）確保安全質(zhì)量，在施工中不出現(xiàn)塌孔，斷樁；

　�。�2）有利于提高施工進度；

　�。�3）本著節(jié)約成本的原則，先易后難；

　�。�4）充分利用已有的施工機械設備，減少因設備調(diào)遣而增加的成本與工期。

　　2.2方案比選

　　經(jīng)初步研究，可用方案如下：

　�。�1）圍堰法

　　即填高樁孔位置，使樁孔孔口位置（或護筒頂）高于承壓水水頭高度。

　　（2）泥漿平衡法

　　即加大泥漿比重，使泥漿柱形成的壓力大于承壓水壓力，使承壓水不至溢出孔口并保持1.0m的安全量。即：

　　hρ漿≥（H+h+1.0）ρ水

　　式中：h—孔口至承壓水層深度，ρ漿—泥漿密度，H—承壓水水頭高度，ρ水—水的密度，一般取1.0kg／L。

　　受泥漿比重限制僅適用于承壓水不大的情況

　�。�3）綜合平衡法

　　因承壓水水頭較高（6.2m），用泥漿平衡法無法滿足要求，而圍堰法又成本過高，可采用兩者相結(jié)合的方法來解決。

　　現(xiàn)場平臺填筑一定高度，平衡掉部分承壓水水頭高度，其余部分利用大泥漿比重遏制。

　　（4）降壓井

　　在施工場地周圍鉆探設置若干大口徑降水井，以降低地下水位來抑制承壓水頭。

　�。�5）全護筒鉆進

　　結(jié)合地質(zhì)結(jié)構(gòu)將摩擦樁變更為端承樁，并檢算增加樁長。鉆進過程中跟進護筒，護筒捶擊打入，要求護筒直徑不小于145cm，鋼板厚度10mm，成樁后護筒廢棄。

　　根據(jù)多方面資料和以上方案利弊分析，在與“圍堰法、降壓井、全護筒鉆孔”等方案進行充分比較的基礎上，經(jīng)反復論證，最終確定采用“綜合平衡”的施工方法。即為“高平臺、大泥漿、深護筒、投粘土”等措施綜合運用，以保證鉆孔內(nèi)外的水壓平衡。

　　2.3施工措施

　　2.3.1高平臺

　　填筑鉆孔平臺，直接提高鉆孔內(nèi)的水頭高度，根據(jù)D1Z-37地質(zhì)鉆孔觀測的承壓水的水頭高度，經(jīng)計算泥漿比重，確定平臺高度不低于4.0米，填筑平臺大小要保證鉆機、吊車、混凝土運輸車能共同作業(yè)。填筑時采用分層填筑，每層厚度不大于40cm，并進行機械壓實。

　　2.3.2大泥漿

　　即加大泥漿比重，使泥漿柱形成的壓力大于承壓水壓力，使承壓水不至溢出孔口并保持1.0m的安全量。即：

　　H×ρ漿≥（H-h2+h1+1.0）×ρ水

　　式中：H—孔口至承壓水層深度，ρ漿—泥漿密度，h1—承壓水水頭高度，h2—平臺高度，ρ水—水的密度，一般取1.0kg／L。

　　使用泥漿柱平衡法必須使泥漿密度自鉆至承壓水層前至混凝土灌注完畢始終保持比較穩(wěn)定，重點防止鉆孔結(jié)束后至混凝土灌注期間孔內(nèi)泥漿沉淀，上部泥漿密度下降較大而造成的泥漿柱壓力小于承壓水壓力。特別是多層承壓水，容易產(chǎn)生可以平衡下層承壓水，但上層承壓水失去平衡。

　　2.3.3深護筒

　　由于平臺加高，護筒要相應加長，直到原地面埋入河床以下5m左右，以阻隔淺層承壓水對鉆孔的影響，防止淺層的松散地質(zhì)在成孔過程中塌孔。