復雜地質(zhì)大直徑樁基施工工藝淺析

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摘要：本文主要介紹了在浙東沿海地區(qū)，針對施工區(qū)域的復雜地質(zhì)條件，對主體結(jié)構(gòu)工程大直徑超長樁基施工工藝進行優(yōu)化和改進，從而很好解決了沿海地區(qū)復雜地質(zhì)下大直徑超長樁基的施工難題，不但提高了樁基的成樁質(zhì)量，而且也縮短了樁基施工周期，減少了對周邊環(huán)境的影響。該施工方法也為類似施工提供了一種解決思路。

關鍵詞：大直徑樁基；復雜地質(zhì)；質(zhì)量

0引言

目前市域鐵路在我國很多城市紛紛落地，尤其在經(jīng)濟發(fā)達的東部沿海地區(qū)，市域鐵路的開通不但將城市周邊緊密的聯(lián)系在一起，而且也更大的促進了城市協(xié)調(diào)一體發(fā)展。但很多東部沿海地區(qū)由于地質(zhì)構(gòu)造較為復雜多變，使得公路或鐵路橋梁樁基施工時較為困難，尤其是大直徑超長樁基在復雜地質(zhì)條件下施工時，由于樁基的孔徑較大，穿越的地層較多，使得樁基成孔過程中或成樁質(zhì)量產(chǎn)生一系列問題。普通樁基的施工工藝應用在上述情況時已不能滿足施工要求及相關規(guī)定。在浙江臺州市域鐵路商海北街特大橋施工時，針對上述情況，項目部通過對施工工藝進行優(yōu)化和改進，使得大直徑超長樁基的施工質(zhì)量得到有效保證，尤其是通過使用氣舉法進行清孔，使得孔底沉渣厚度得到很好控制，避免了傳統(tǒng)清孔工藝所產(chǎn)生的問題。通過對泥漿添加輔助外加劑，減少了漿液分離，大大增加了泥漿護壁性能和潤滑度。通過現(xiàn)場實際使用，該施工工藝在大直徑樁基施工中取得很好的效果。

1工程概況

商海北街特大橋起止里程：S1DK14+438.59～S1DK17+374.97，長2936.38m。該段線路規(guī)劃沿路橋北環(huán)線北側(cè)敷設，交通方便。該橋梁上部結(jié)構(gòu)包括雙線簡支箱梁：25m、30m、35m、40m簡支梁（D=4.0m～4.8m），30m簡支梁（D=4.756m～5.328m），雙線連續(xù)梁：（65+100+65）m、（50+90+50）m、（42.38+54.5+42.38）m，80m雙線拱橋。橋墩一般采用雙線矩形橋墩，基礎均采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑根據(jù)工程性質(zhì)分別有0.8m、1.0m、1.25m、1.5m、2.0m、2.5m六種類型。其中樁徑Φ1.0m鉆孔灌注樁9根/567總延米，樁徑Φ1.25m鉆孔灌注樁315根/18779.5總延米，樁徑Φ2.0m鉆孔灌注樁125根/6137.5總延米，樁徑Φ2.5m鉆孔灌注樁18根/810總延米，其中樁徑Φ2.5m樁基最長長度為70m，該樁基為商海北街特大橋（50+90+50）m連續(xù)梁62#墩主墩樁基礎。

2施工重難點及應對措施

商海北街特大橋（50+90+50）m連續(xù)梁上跨朱家涇航道，連續(xù)梁主墩均位于航道范圍內(nèi)，其中62#墩樁基最長為70m。該墩樁基需穿越九種地質(zhì)，分別是淤泥、流塑黏土、軟塑黏土、灰色軟塑黏土、硬質(zhì)黏土、含圓礫石黏土、強風化灰?guī)r及弱風化灰?guī)r。樁基由于入巖較深需采用沖擊鉆進行施工，但由于沖擊鉆施工振動很大，對周邊地層會產(chǎn)生較大影響，使得軟弱地層在振動荷載下出現(xiàn)松動從而發(fā)生塌孔現(xiàn)象。并且該樁基樁長較長，樁徑較大，成孔后若采用傳統(tǒng)的反循環(huán)清孔會造成孔底沉渣超標，泥漿循環(huán)不徹底等問題。針對上述問題需對施工工藝進行針對性整改。由于樁基成孔時間較長，成孔時機械振動較大，因此為減小上述問題對孔壁的影響，需對泥漿進行改良，改善泥漿的潤滑性，增加泥漿的粘度，減少其失水率，使得孔壁形成薄而堅、滲透性低的濾餅，同時增加泥漿的懸浮性，使得孔內(nèi)碎渣懸浮時間較長，可隨泥漿快速排出。樁基孔深到位后清孔采用氣舉法進行換漿清孔，即把孔外新制備的泥漿置換孔內(nèi)高濃度泥漿，從而使得孔內(nèi)泥漿各項指標滿足要求。該清孔方法不但相對于反循環(huán)清孔更加快速，而且清孔效果好，孔底周邊的沉渣均可快速清理，同時對孔壁影響小，進一步降低了塌孔發(fā)生的概率。

3主要施工工藝

3.1施工流程（圖1）

3.2泥漿的制備

商海北街特大橋擬采用鈉質(zhì)膨潤土、純堿配制優(yōu)質(zhì)泥漿，過程中檢測泥漿指標是否符合要求，隨時進行調(diào)整；為了增加泥漿的粘度，減少其失水率，在配置泥漿時加入適量的CMC和兩性離子聚合物。在施工期間設置試驗員負責泥漿檢查記錄，隨時調(diào)整泥漿性能并按《泥漿施工日常檢查記錄表》記錄備案，滿足現(xiàn)場要求。泥漿定時檢測（1次/2h），根據(jù)鉆進地層不同作出相應處理。尤其是在鉆進過程中穿越不同地質(zhì)條件時要更加注意泥漿各項指標的檢測，當鉆進至含粘性土圓礫層等易塌孔地層時，需增加泥漿比重、膠體率和粘度指標，從而增加泥漿的護壁性能和孔內(nèi)靜水壓力，增強泥漿的護壁效果，防止塌孔。

3.3鉆孔施工

成孔過程中必須對各層地質(zhì)情況根據(jù)地質(zhì)勘察資料進行詳細核對及了解，對鉆孔的直徑及垂直度必須嚴格控制，對泥漿指標進行嚴格控制，確保鉆孔的質(zhì)量。在初次向孔內(nèi)注入泥漿時要使得泥漿流位于孔中心位置，不得沿護筒壁注入，防止泥漿對孔壁沖刷從而的護筒底板孔壁松散坍塌。鉆孔時需鎖定鉆孔中心位置，校核無誤后方可進行鉆孔作業(yè)。鉆孔時將鉆頭端部與地面接觸，調(diào)整孔深等參數(shù)進行歸零。鉆進過程中操作人員需根據(jù)電腦顯示器確定鉆孔的深度及垂直度，技術(shù)人員需實時嚴格監(jiān)控鉆孔參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常時需立即停止進行檢查。在鉆孔作業(yè)時，操作人員需時刻注意鉆機的加壓壓力值、鉆頭壓力值以及卷揚機受力值，當出現(xiàn)異常情況時需立即停機檢查。

3.4清孔

鉆孔到位后需對樁徑孔深等進行檢查，確認無誤后開始進行清孔作業(yè)。由于該樁基直徑較大樁長較長，需采用氣舉法進行換漿清孔，即把孔外新制備的泥漿置換孔內(nèi)高濃度泥漿，從而使得孔內(nèi)泥漿各項指標滿足要求。泥漿注入后緩慢轉(zhuǎn)動鉆孔，對孔內(nèi)底部泥漿加一步攪拌，同時注意孔內(nèi)泥漿面標高，確保孔內(nèi)靜水壓力，防止塌孔。孔內(nèi)泥漿各項指標符合要求后，需盡快成樁施工。

3.5鋼筋籠吊裝

鋼筋籠分節(jié)制作和吊裝，經(jīng)驗收合格后，鋼筋籠起吊不但采用單點吊裝，需采用雙點吊。采用汽車吊首先將鋼筋籠水平吊起一定高度，然后大鉤升起小鉤下降緩慢將鋼筋籠調(diào)整為豎直狀態(tài)，，然后將小鉤松開，將鋼筋籠緩慢入孔。此案有型鋼制作的卡具對鋼筋籠進行臨時固定，焊接后繼續(xù)吊裝下一節(jié)鋼筋籠，所有鋼筋籠均在鋼筋加工場采用滾籠機制作，圖1樁基施工流程圖圖2鉆然后采用平板運輸車運送到施工現(xiàn)場。鋼筋籠起吊時，在頂部設置2個吊點（位置為頂部第1道加強筋位置）用于垂直吊裝，在每節(jié)鋼筋籠中部設置1個吊點（加強筋位置）用于翻身起吊。鋼筋籠具體吊點見圖4。

3.6水下混凝土灌注

灌注前確保導管底部至孔底距離為300mm～500mm，封底時采用隔水栓或者導管內(nèi)設置可靠的可浮起的橡膠隔水球。大料斗底口放置錐形堵板，堵板用鋼絲繩系住。備足首盤封底混凝土數(shù)量，首灌前現(xiàn)場需要有4輛裝滿混凝土的罐車在等候，灌注首批混凝土要由施工員或工班長統(tǒng)一指揮，大料斗內(nèi)混凝土放滿后，停止放料，立即提升錐形堵板，在大料斗內(nèi)混凝土剩余1/3時，再次開始放罐車內(nèi)混凝土。為了防止發(fā)生斷樁現(xiàn)象，澆注首盤混凝土時，大料斗的混凝土量，應滿足混凝土沖擊隔水球全部下落后，初次埋置導管不小于1m的要求。混凝土開始灌注后，應連續(xù)進行，不得中斷。

4鋼筋籠吊裝受力計算

4.1鋼絲繩驗算

本工程吊裝用鋼絲繩擬選用6×19S+FC-32mm，公稱抗拉強度1870MPa。本工程鋼筋籠吊裝至垂直時，輔吊鉤撤除，由固定于扁擔梁上的四根鋼絲吊繩四點受力，此時為受力最不利狀況。因扁擔梁下四根鋼絲吊繩相應分散了起吊重量，因此，只需驗算扁擔梁上兩根鋼絲吊繩受力狀況即可。受力驗算簡要模型如圖5。鋼絲繩受力應滿足以下公式要求：其中：K：鋼絲繩安全系數(shù)，8~10，本工程取10；P：單根鋼絲繩實際所受到的拉力（kN）；Q：最大起重量（kN），本工程為100kN（10t）；n：鋼絲繩根數(shù)，為2；α：鋼絲繩與起吊中心線夾角，取30°；P0：鋼絲繩最小破斷拉力（kN），查表得本工程選用鋼絲繩為682kN。經(jīng)計算得P=577.4kN＜P0，因此，選用該型號鋼絲繩可滿足吊裝要求。

4.2鋼筋籠吊筋吊環(huán)計算

選本橋梁工程樁徑2.5m樁長70m，鋼筋籠重量為9.82t，采用HPB300Φ16mm鋼筋制作吊環(huán)2個。4.2.1吊環(huán)受力計算公式式中：σ—吊環(huán)拉應力；n—吊環(huán)的截面?zhèn)€數(shù)，一個吊環(huán)時為2；二個吊環(huán)時為4；四個吊環(huán)時為6；A—單個吊環(huán)截面積；G—鋼筋籠重量（t）；9807—t（噸）換算成N（牛頓）；[σ]—吊環(huán)的允許拉應力，一般不大于60N/mm2（已考慮超載沖擊等應力集中系數(shù)、鋼筋角度影響系數(shù)、鋼筋代換等）。滿足要求4.2.2吊筋抗拉強度計算。抗拉強度強度設計值滿足要求。

5安全質(zhì)量保證措施

①雨天旋挖鉆機作業(yè)平臺受雨水浸泡后，不能滿足其地基要求時必須暫停施工，待作業(yè)平臺晾干碾壓密實后方可復工。②泥漿池沉淀池需設置護欄，護欄高度不得小于1.2m，護欄材料可采用48mm鋼管制作，埋入深度大于0.5m且牢靠，懸掛醒目夜光安全警示牌及標語，并有足夠的照明設施。③泥漿循環(huán)使用過程中防止泥漿泄漏，污染環(huán)境。④起重作業(yè)前必須檢查制動器、吊鉤、鋼絲繩和安全防護裝置是否完好，嚴禁機械帶病作業(yè)。

6結(jié)束語

通過對樁基施工工藝進行改進和優(yōu)化，使得大直徑超長樁基的施工質(zhì)量得到有效保證，尤其是使用氣舉法進行清孔，不但大大加快了清孔速度，而且還使得孔底沉渣厚度得到很好控制，避免了傳統(tǒng)清孔工藝所產(chǎn)生的問題。對泥漿添加輔助外加劑，減少了漿液分離，大大增加了泥漿各項性能，減少了泥漿的排放量，保護了周邊環(huán)境。此方法為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。

參考文獻：

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作者:羅廣 單位:中鐵二十五局集團第四工程有限公司