馬利永 閆璽文 王川東

摘 要 舊河道卵石地層是一種典型的不穩(wěn)定地質(zhì)層，其主要組成為光圓卵石顆粒，自身無黏結(jié)，具有穩(wěn)定性較差，滲透系數(shù)較大等特點(diǎn)，本文結(jié)合在無水舊河道復(fù)雜卵石地層內(nèi)大直徑鉆孔灌注樁施工作業(yè)，針對該地質(zhì)層的水文地質(zhì)條件及鉆孔灌注樁施工特點(diǎn)，總結(jié)了復(fù)雜卵石地層下鉆孔灌注樁施工工藝及控制要點(diǎn)，以便對后續(xù)類似地層施工提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞 卵石地層;鉆孔灌注樁;控制要點(diǎn)

1工程概況

某上跨舊河道市政橋梁工程，大橋全長597m，橋梁總寬44m，跨河主景觀區(qū)采用整體式花瓶墩，其他次景觀區(qū)采用分離式矩形墩，基礎(chǔ)形式為鉆孔灌注樁+承臺，樁基直徑存在1.6m、2.0m兩種規(guī)格。

2水文地質(zhì)情況

本工程勘探探測地層最大深度為65m，勘察期間未見地下水，將勘探深度范圍內(nèi)的地層按地質(zhì)時代、物理力學(xué)性質(zhì)差異劃分為5 個工程地質(zhì)單元，從上到下描述如下：①粉土（Q4al）：黃褐色，稍濕，中密，平均厚12.04m，平均埋深12.04m。（1-1）卵石層（Q4al）：雜色，稍濕，中密，主要成分為石英、長石和云母等礦物，平均厚3.50m，層底埋深4.50-6.40m。②卵石（Q4al）：雜色，稍濕，中密-密實。主要成分為長石、石英和云母等礦物;平均厚10.30m，平均埋深22.96m。③粉質(zhì)黏土（Q3al）：黃褐-褐黃色，硬塑。含少量鈣質(zhì)結(jié)核和黑褐色鐵錳質(zhì)結(jié)核，混有白色鈣絲，平均厚3.49m，平均埋深26.46m。④卵石（Q3al）：雜色，稍濕，密實。主要成分為長石、石英和云母等礦物。級配差，分選好，磨圓好，部分區(qū)域存在較大飄石、孤石，平均厚25.39m;平均埋深51.85m。⑤粉質(zhì)黏土（Q3al）：褐-棕褐色，硬塑。含少量小姜石和蝸牛殼碎片，局部有鈣質(zhì)膠結(jié)層，平均厚9.25m，平均埋深65m。由上述地層可知，本樁基工程穿越地質(zhì)主要為多層卵石層，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

3施工機(jī)械選擇

根據(jù)地質(zhì)報告結(jié)合、各類型樁基性能、試驗樁情況經(jīng)濟(jì)合理選擇鉆機(jī)，各類型樁基性能如下：①沖擊鉆使用于各類地質(zhì)情況，造價高，進(jìn)度慢。②正反循環(huán)鉆機(jī)適用于一般層，砂類土，粉質(zhì)黏土，砂礫土，風(fēng)化巖等，但是砂礫直徑大于鉆桿的時候不適宜反循環(huán)鉆機(jī)。③旋挖鉆機(jī)適用于黏性土、小粒徑卵石土、人工填土、砂土等土質(zhì)。在樁基設(shè)計直徑大，深度較大的時候所需鉆機(jī)較大，其成孔速度較快，工期易于保證。

考慮到本項目橋位區(qū)覆蓋層主要為粉土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、卵石層，且卵石層較厚，絕大部分樁位卵石層都在20多米，并伴隨有大量孤石存在，地質(zhì)條件復(fù)雜，同時為保證施工進(jìn)度，綜合初步選擇采用旋挖鉆進(jìn)行施工，如遇較大孤石無法鉆進(jìn)，采用筒鉆進(jìn)行分解鉆進(jìn)[1]。

4施工工藝

4.1 施工工藝選擇

本工程卵石層含泥量較少，水中穩(wěn)定性較差，滲透性較強(qiáng)，漏漿嚴(yán)重，且本工程地質(zhì)條件下未見無地下水。故采用干成孔工藝，并配合黏性土二次回填護(hù)壁，降低塌孔風(fēng)險，具體施工工藝流程如下：

4.2 施工控制要點(diǎn)

（1）測量定位

①根據(jù)橋梁墩柱樁基所處位置，進(jìn)行清表作業(yè)并整平樁基施工區(qū)別，便于安放機(jī)械。②根據(jù)設(shè)計圖紙中樁位平面布置圖，采用GPS或全站儀進(jìn)行樁位放線定位，確定樁心位置并采用“十字線”法布設(shè)護(hù)樁，護(hù)樁沿樁孔四周布設(shè)，采用φ12鋼筋頭制作，并設(shè)置明顯標(biāo)志進(jìn)行保護(hù)。

（2）護(hù)筒埋設(shè)

①因地表覆土層較薄，地表存在3m左右卵石層，穩(wěn)定性較差，為保證護(hù)筒穩(wěn)定性，需加深護(hù)筒埋設(shè)深度穿越地表卵石層，故護(hù)筒用厚20mm的鋼板制作，護(hù)筒內(nèi)徑大于鉆孔直徑20cm，高6m;鋼護(hù)筒在外加工完成后運(yùn)至施工現(xiàn)場，確保其橢圓度不大于2cm，鋼護(hù)筒卷制及拼接焊接均采用雙面焊，并確保所有焊縫應(yīng)連續(xù)、均勻，以保證護(hù)筒不漏水、不漏漿。②根據(jù)測量放線樁位進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)，首先經(jīng)測量人員核對樁位無誤后，根據(jù)護(hù)樁拉線確定護(hù)筒開挖位置，鋼護(hù)筒埋設(shè)時，利用旋挖鉆鉆頭加裝專用擴(kuò)孔工具后進(jìn)行埋設(shè)坑開挖，使其稍大于護(hù)筒直徑，最后由人工配合汽車吊進(jìn)行埋設(shè)，護(hù)筒埋設(shè)后應(yīng)微調(diào)護(hù)筒位置使護(hù)筒中心與樁心重合，并使護(hù)筒頂高出地面約30cm，護(hù)筒四周分層采用黃土、紅土等黏性土回填夯實，以保證護(hù)筒穩(wěn)固性。

（3）鉆機(jī)就位

①根據(jù)樁位確定鉆機(jī)位置，在鉆機(jī)位置四周灑白灰線進(jìn)行標(biāo)記。②將旋挖鉆機(jī)移動至白灰線標(biāo)記處，禁止移動。③通過張拉十字線，調(diào)整鉆頭中心點(diǎn)對準(zhǔn)十字線中心點(diǎn)，通過旋挖鉆機(jī)自身油電控制系統(tǒng)調(diào)整好鉆桿、桅桿的豎直度、回旋角度等參數(shù)并鎖定。

（4）鉆孔作業(yè)

①開鉆前應(yīng)做好鉆孔準(zhǔn)備工作，鉆孔開始后，確保連續(xù)作業(yè)至成孔，無特殊情況不得無故停鉆，鉆孔過程中應(yīng)做好相應(yīng)的鉆進(jìn)記錄及地質(zhì)情況記錄。②旋挖鉆進(jìn)是一個短進(jìn)尺、多回轉(zhuǎn)的重復(fù)循環(huán)作業(yè)過程，依靠旋挖鉆頭內(nèi)鉆斗進(jìn)行取土，其鉆頭為旋轉(zhuǎn)開合裝置，其正鉆回旋取土，反轉(zhuǎn)關(guān)閉鉆頭，在鉆頭內(nèi)空間全部充滿渣土后，通過旋挖鉆控制儀器，停止向下壓力輸送及正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)鉆頭并下壓，關(guān)閉鉆頭底部倉蓋，通過鉆機(jī)后部鋼絲繩牽引裝置，上提鉆頭及鉆桿，并保持鉆機(jī)角度不動，避免觸碰孔壁，待鉆頭提出地面后，緩慢旋轉(zhuǎn)機(jī)身至棄渣土位置，繼續(xù)提升鉆頭，使其觸碰鉆頭開合觸動裝置，打開底蓋，傾倒鉆渣，繼而下放鉆頭至地面，正轉(zhuǎn)鉆頭，關(guān)閉底蓋，繼續(xù)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行成孔作業(yè)，施工中出現(xiàn)鉆桿抖動，無法鉆進(jìn)等特殊情況，應(yīng)及時提鉆停機(jī)檢查，復(fù)核地質(zhì)情況并查明機(jī)械原因后再行鉆進(jìn)。鉆機(jī)控制系統(tǒng)可實時顯示鉆孔深度，達(dá)到設(shè)計孔深后停止鉆進(jìn)，報項目管理人員復(fù)核孔深[2]。③旋挖鉆鉆進(jìn)速度隨著地層不同進(jìn)行變動，旋挖鉆在卵石地層進(jìn)尺時，具有回轉(zhuǎn)時間較長，鉆機(jī)的負(fù)載和轉(zhuǎn)速波動范圍大的特點(diǎn)。當(dāng)鉆進(jìn)至進(jìn)尺困難的卵石層時，在負(fù)荷增大到一定程度后，操縱加壓液壓缸，對鉆桿柱短時間加壓，加壓操作可視進(jìn)尺情況重復(fù)進(jìn)行1、2次，當(dāng)加壓后鉆頭進(jìn)尺量很小時，應(yīng)立即提鉆，所以在鉆進(jìn)過程中，鉆機(jī)操作人員應(yīng)密切關(guān)注回轉(zhuǎn)鉆速、鉆頭壓力以及鉆進(jìn)負(fù)載變化情況，做到適時加壓，適時提鉆。④成孔作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，并根據(jù)鉆進(jìn)情況填寫相關(guān)記錄。在鉆進(jìn)過程中應(yīng)隨時檢查成孔的垂直度情況。控制鉆孔的垂直度小于1%，如發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)垂直度偏斜應(yīng)立即停鉆，重新校正垂直度并修正。對于地層變化處處和易發(fā)生偏斜的部位，應(yīng)采取低速循進(jìn)的辦法穿過，以保持孔形良好。

（5）黏性土回填、二次鉆進(jìn)

本工程地質(zhì)層包含較深較厚卵石地層，在施工過程中，黏性土與卵石層交接部分、砂卵地質(zhì)層鉆進(jìn)過程中宜發(fā)生塌孔現(xiàn)象，常規(guī)泥漿護(hù)壁無法于卵石層保持水頭，且砂卵層水下穩(wěn)定性較差，根據(jù)施工前期試樁情況，鉆進(jìn)過程中，若出現(xiàn)輕微塌孔、擴(kuò)孔現(xiàn)象，采用如下方法解決：

①根據(jù)鉆機(jī)所取鉆渣情況，在進(jìn)入卵石層后及時更換小一號鉆頭，先行鉆進(jìn)，通過卵石層等易塌孔地層后，重新更換適合樁徑鉆頭，采用擴(kuò)孔方式二次進(jìn)行成孔作業(yè)，減少大鉆頭對成孔孔壁擾動較大的風(fēng)險。例如：本工程2.0m直徑樁成孔時，遇卵石層后更換1.6m直徑鉆頭進(jìn)行初步鉆進(jìn)，后續(xù)再更換2.0鉆頭采用擴(kuò)孔方式完成成孔作業(yè)。②鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)塌孔、擴(kuò)孔、不進(jìn)尺等情況，采用紅土、黃土等黏性土摻少量水進(jìn)行孔壁回填并高于塌孔位置。③采用旋挖鉆機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，將回填土攪拌成泥狀，并沿孔壁反轉(zhuǎn)進(jìn)行擠密作業(yè)，將泥狀回填土擠密至卵石層及塌孔位置，使其表皮形成泥狀護(hù)壁膜，防止卵石層塌孔。④旋挖機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)操作，二次鉆進(jìn)，取出多余回填土，并反復(fù)上述操作，直至穿越卵石易塌孔層。

若成孔后出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，則應(yīng)將該樁孔全部采用黏性土或泥卵土進(jìn)行回填，并沉淀30天后再進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

（6）孤石、飄石層鉆進(jìn)

第（4）地質(zhì)層內(nèi)存在大量孤石、飄石，旋挖鉆頭無法鉆進(jìn)，無法取出孤石，且旋挖鉆機(jī)為多次回轉(zhuǎn)取土，對孤石、飄石處理會造成孔壁擾動，形成塌孔風(fēng)險，鉆進(jìn)過程中遇孤石后，將旋挖鉆頭更換為筒鉆鉆頭，筒鉆鉆頭為圓柱形鉆具，但無底蓋，鉆頭側(cè)壁下方布滿耐磨合金子彈頭，利用耐磨合金子彈頭截齒旋轉(zhuǎn)加壓可以將孤石、飄石進(jìn)行切割，碾碎成可進(jìn)入鉆斗的較小粒徑或與將其與周邊孔壁膠結(jié)密實，并可利用筒鉆鉆頭的筒內(nèi)空間及子彈頭將粒徑較大的卵石卡住并提升至地面取出，隨后再更換旋挖鉆斗繼續(xù)鉆進(jìn)施工。

（7）鋼筋籠制作安放

鉆孔灌注樁鋼筋籠采用鋼筋加工場分段制作，現(xiàn)場焊接的方式施工。鋼筋籠制安放過程中，主要檢查鋼筋籠直徑是否滿足設(shè)計要求、主筋間距是否均勻并滿足設(shè)計、鋼筋籠順直度、各焊點(diǎn)焊接質(zhì)量等，并嚴(yán)格控制聲測管的順直度及密閉性，通常采用灌水法進(jìn)行試驗并封堵聲測管上口，避免澆筑混凝土?xí)r堵塞聲測管，聲測管注水可保持聲測管內(nèi)部壓力，可在一定程度上避免混凝土澆筑過程中擠扁聲測管[4]。

（8）澆筑混凝土

①采用導(dǎo)管進(jìn)行灌注混凝土施工。導(dǎo)管用內(nèi)徑300mm的導(dǎo)管，每節(jié)長3m，并配0.5m、1.0m和2.0m各一節(jié)短導(dǎo)管，由管端粗絲扣連接，接頭處采用雙密封膠圈防水。導(dǎo)管使用前，應(yīng)進(jìn)行拉力和水密試驗。下導(dǎo)管時應(yīng)防止碰撞鋼筋籠，導(dǎo)管距孔底要保持在500mm，導(dǎo)管支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺上。導(dǎo)管安拆均采用汽車吊進(jìn)行。②混凝土施工采用混凝土攪拌車運(yùn)輸，到達(dá)孔位后直接放入導(dǎo)管頂部的漏斗內(nèi)。混凝土坍落度應(yīng)滿足灌注要求，一般為180～220mm，并確保其有良好的和易性。灌注混凝土的初凝時間應(yīng)大于整根樁灌注時間，確保樁混凝土強(qiáng)度。

5結(jié)束語

本工程通過采用上述施工方案對60根鉆孔灌注樁現(xiàn)場施工并進(jìn)行鉆進(jìn)、灌樁數(shù)據(jù)跟蹤，施工成孔質(zhì)量良好，且施工過程中未出現(xiàn)塌孔、縮孔等不良現(xiàn)象，灌注樁充盈系數(shù)穩(wěn)定于1.1左右，未出現(xiàn)大量超方現(xiàn)象，經(jīng)濟(jì)效益良好。因此，在復(fù)雜卵石層下采用旋挖鉆機(jī)成孔并于過程中采用黏性土回填施工具備可行性及經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然施工過程中要嚴(yán)格控制回填質(zhì)量及反轉(zhuǎn)回旋操作，避免孔壁未擠密實造成不必要的質(zhì)量問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 叢欣江，梁宇，曲儼卿.旋挖鉆機(jī)在無水砂卵石地層圍護(hù)樁施工中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2011（2）：85-88.

[2] 徐隨安，馬友利.旋挖鉆在卵石、泥巖地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁施工[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2007（7）：82.

[3] 梁芝軍.砂卵石地層鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制[J].四川水泥，2018：271.