淺析濱海地區(qū)大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工控制

　　關(guān)鍵詞：濱海地區(qū)，大直徑，深長(zhǎng)，鉆孔灌注樁，施工控制

　　1工程概況

　　海濱大道南段二期獨(dú)流減河特大橋位于天津市大港區(qū)境內(nèi)，上跨獨(dú)流減河、熱火河、大港分洪區(qū)及濱海北路，橋梁全長(zhǎng)5265.56m。跨河道部分下部結(jié)構(gòu)均采用三樁接三柱的樁接墩形式，墩頂接蓋梁，Φ2.2m灌注樁接Φ1.8m墩柱，最大樁長(zhǎng)80m（如圖1）；其余下部結(jié)構(gòu)均采用群樁接承臺(tái)基礎(chǔ)形式，樁徑采用Φ1.5m和Φ1.2m兩種，墩柱為Φ1.8m和Φ1.5m圓形墩柱；橋臺(tái)均采用樁徑為Φ1.2m肋板式橋臺(tái)。

　　工程位于天津市海岸帶，以堆積地貌為主，物質(zhì)組成以粉砂含黏性土、黏土含粉砂、細(xì)砂等細(xì)粒物質(zhì)為主。地面凹凸不平，線路沿線多為鹽池、蝦池、河道、取土坑及魚(yú)塘，地面高程在5.3～2.8m。地區(qū)地下水類型主要為第四系潛水，地下水主要受大氣降水補(bǔ)給為主，地下水靜止水位高程為2.0～5.03m，由于擬建場(chǎng)區(qū)起伏較大，地下水水位埋深也隨之變化。

　　2施工過(guò)程及控制要點(diǎn)

　　2.1根據(jù)地質(zhì)情況，選擇成孔樁機(jī)

　　由于本工程樁基礎(chǔ)所在地層以粉砂含黏性土、黏土含粉砂、細(xì)砂等細(xì)粒物質(zhì)為主，地質(zhì)條件極差，而深長(zhǎng)樁成孔時(shí)間較長(zhǎng)，很容易造成坍孔現(xiàn)象。因此，從孔深、孔垂直度、孔內(nèi)水頭保持等因素考慮，采用了20型大扭矩的回旋鉆機(jī)(如圖2)。

　　回旋鉆機(jī)分正循環(huán)和反循環(huán)施工方法，根據(jù)本工程的地質(zhì)條件選用了Φ2.2m三翼鎢鋼鉆頭正循環(huán)施工方法（如圖3）。因?yàn)檎�循環(huán)施工的優(yōu)點(diǎn)是在鉆孔過(guò)程能夠保持較高的泥漿比重，從而保證成孔過(guò)程孔壁不宜坍塌，而且較大泥漿比重便于排除孔內(nèi)較大顆粒浮渣，對(duì)首次清孔排渣有利，加上粉質(zhì)黏土層容易自動(dòng)產(chǎn)生較大比重的泥漿，不需要外購(gòu)粘土材料。同時(shí)，正循環(huán)施工與反循環(huán)施工比較，對(duì)場(chǎng)地依賴較小，對(duì)環(huán)境影響也小。

　　2.2鉆孔泥漿稠度控制

　　鉆孔過(guò)程中，較大容重的泥漿是保證成孔不易坍塌的必要條件。由于本工程地質(zhì)為粉質(zhì)黏土，這種土本身就是造泥漿的材料，因此，鉆孔時(shí)加清水自動(dòng)造漿。而保證成孔最佳泥漿比重為1.3～1.4，所以鉆孔施工時(shí)基本不排除泥漿，既節(jié)省了投資，又保護(hù)了環(huán)境。

　　本工程淤泥與粘土各層天然孔內(nèi)土方平均容重約為1.7，要將土方自動(dòng)造成比重1.4的泥漿，需要加清水的數(shù)量與泥漿關(guān)系如下：

　　V水+V土=V漿（土中空隙忽略不計(jì)）

　　1.0V水+∑R土V土=1.4V漿

　　式中：

　　V水——用水量

　　V漿——泥漿體積

　　V土——孔內(nèi)可成漿天然土方量（含空隙及土中含水量）

　　R土——孔內(nèi)可成漿天然土方容重，平均為1.7

　　根據(jù)上述公式計(jì)算，每鉆進(jìn)1米D2.2米的樁孔，形成保持比重為1.4的浮渣護(hù)壁泥漿，需要加水2.4立方米，產(chǎn)生泥漿3.8立方米。

　　規(guī)范要求清孔后泥漿比重為1.03～1.1，因?yàn)楦鶕?jù)本工程特點(diǎn)，大直徑深長(zhǎng)樁，孔內(nèi)需要保持較高護(hù)壁水頭，便于澆筑混凝土?xí)r保護(hù)孔壁，如按照規(guī)范規(guī)定很難保證孔壁不縮徑、坍孔。但是，如果泥漿比重過(guò)大，勢(shì)必降低短期內(nèi)樁周摩擦系數(shù)，影響樁上部下道工序施工，降低樁基承載力。所以，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)論證，決定將混凝土灌注前的孔內(nèi)泥漿比重稀釋到1.2，實(shí)踐證明，將泥漿比重稀釋到1.2是滿足本工程樁基施工要求的，成樁質(zhì)量符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

　　2.3鉆孔及清孔施工控制

　　由于本工程大直徑深長(zhǎng)樁位于海濱地區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)層中一般都夾著深厚的淤泥層，而淤泥層中間往往又夾著幾米深的流砂層，淤泥層特別是流砂層是造成坍孔的主要地質(zhì)層，再加上樁徑大，樁身很長(zhǎng)，成孔、清孔、灌注等時(shí)間均較長(zhǎng)，這樣就更容易造成坍孔。為了便于進(jìn)行樁基施工，設(shè)計(jì)對(duì)大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁設(shè)置永久鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒頂高程與樁頂高程一致，并保證鋼護(hù)筒深入土層不小于5m（如圖4）。

　　鉆孔過(guò)程中始終要保持孔內(nèi)既定的水位差和泥漿濃度以起到護(hù)壁固壁作用而防止坍孔，若發(fā)現(xiàn)有漏水（漏漿）現(xiàn)象，應(yīng)找出原因及時(shí)處理。如為護(hù)筒本身發(fā)生漏水，應(yīng)堵塞洞或用粘土在護(hù)筒周圍夯實(shí)加固，或重埋護(hù)筒；若因孔壁土質(zhì)松散，泥漿加固孔壁作用較差，應(yīng)在孔內(nèi)重新回填粘土，待沉淀后再鉆進(jìn)，加強(qiáng)泥漿護(hù)壁。

　　在鉆孔過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)土質(zhì)等到情況控制區(qū)鉆進(jìn)速度、調(diào)整泥漿稠度、密度，以防止坍孔、鉆孔偏斜、卡鉆和旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)負(fù)荷超載等施工事故發(fā)生。在淤泥層特別在流砂層中不能因?yàn)楹勉@，就使勁加快鉆進(jìn)速度，而應(yīng)該放慢鉆頭旋轉(zhuǎn)速度，使鉆頭有更多的時(shí)間接觸孔壁，使泥漿能充分地糊在孔壁四周起著護(hù)壁的作用。對(duì)于地質(zhì)資料中顯示流砂層較厚的樁基，鉆至流砂層時(shí)還應(yīng)該往孔里拋粘土或水泥以加稠泥漿，更好地起到護(hù)壁作用。

　　2.4水下混凝土灌注施工控制

　　水下灌注是樁基施工最后一道也是最關(guān)鍵的一道工序。導(dǎo)管法水下灌注砼質(zhì)量難以控制的主要原因是：1)不能像上部結(jié)構(gòu)施工那樣逐層振搗；2)由于導(dǎo)管埋在泥漿和混凝土中，砼的灌入阻力是相當(dāng)大的。

　　要克服很大的灌入阻力保證混凝土樁身質(zhì)量，必須有相當(dāng)大的沖擊力，沖擊力越大，完成每一斗混凝土灌注的時(shí)間越短，混凝土樁身越均勻。由于混凝土是由水泥、砂、石子配制的混合料，不同材料、不同粒徑則摩擦系數(shù)不一樣，因此僅靠靜力平衡產(chǎn)生的超壓力緩慢流淌，則易造成混凝土粗骨料在樁芯堆積，隨半徑增大而遞減。樁身不勻，影響樁的抗壓強(qiáng)度。

　　目前最常見(jiàn)的水下混凝土灌注法的缺點(diǎn)是：

　　(l)在向大斗投料過(guò)程中，混凝土的絕大多數(shù)勢(shì)能在撞擊大斗壁的碰撞中損耗掉，混凝土落人導(dǎo)管中不連續(xù)，形不成較大的沖擊能量，使混凝土沒(méi)有足夠的力量向四周擠壓、擴(kuò)散，樁的摩阻力嚴(yán)重降低。

　　(2)混凝土絕大多數(shù)要經(jīng)過(guò)反彈再落入導(dǎo)管，容易造成混凝土離析和堵管。

　　(3)吊臂上下移動(dòng)速度慢，產(chǎn)生不了大的加速度，因此混凝土的下落沒(méi)有足夠的超壓，造成混凝土在導(dǎo)管附近堆積成鐘形斷面。由于不能將隔漿層水平頂升，在鐘形斷面塌落時(shí)容易裹入泥漿，造成夾泥芯。

　　(4)由于導(dǎo)管上下移動(dòng)次數(shù)過(guò)于頻繁，使得泥漿不斷沿導(dǎo)管壁滲入混凝土中，影響樁身混凝土質(zhì)量。

　　鑒于以上缺點(diǎn)，本工程樁基施工使用大體積混凝土沖擊灌注法，如樁的首批混凝土灌注一樣，每一斗灌注都是將3～5m3混凝土在大斗中積蓄夠量，出料口直接插入導(dǎo)管，然后打開(kāi)活門(mén)一次連續(xù)沖擊下去，其優(yōu)點(diǎn)是：

　　(l)功能大，沖擊力強(qiáng)。物體的沖擊能量與質(zhì)量和速度有關(guān)，在速度相同的情況下就取決于質(zhì)量。

　　(2)首批混凝土灌注沖力大，沉渣、沉淤被濺開(kāi)，樁端與持力層能較好地結(jié)合，確保了端承力的發(fā)揮。

　　(3)灌注時(shí)間短，樁身段骨料分布均勻，樁身段強(qiáng)度能得到保證。

　　3結(jié)論

　　本工程大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁采用上述施工方法，施工進(jìn)展順利，已完成的所有樁基經(jīng)超聲波檢測(cè)全部為Ⅰ類樁。本文結(jié)合工程實(shí)踐，分析了影響濱海地區(qū)大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的主要因素，總結(jié)了濱海地區(qū)大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工控制要點(diǎn)，隨著濱海地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力發(fā)展，本文總結(jié)的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)濱海地區(qū)大直徑深長(zhǎng)灌注樁的施工具有一定的指導(dǎo)意義。

　　參考文獻(xiàn)

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