蔡 鵬

上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 上海 200002

以上海為代表的長江三角洲沿海地區(qū)，軟土分布廣泛，其地基承載力弱、沉降明顯的特點給該地區(qū)內(nèi)橋梁工程的設(shè)計和施工造成了很多不利的影響，特別是大跨徑的橋梁，其形式、跨徑、基礎(chǔ)構(gòu)造等往往受到地質(zhì)條件的制約。

嘉松公路越江新建工程主橋采用自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)，一跨越江。主橋的基礎(chǔ)采用大直徑鉆孔灌注樁，樁徑達2 m，成孔深度超過100 m，其成樁直徑及深度在上海陸地地區(qū)均為首次。樁基在成孔過程穿越淤泥、細粉砂等不利地層，樁基施工過程中需要著重解決孔壁穩(wěn)定、成孔垂直度、清孔除砂、大方量混凝土連續(xù)灌注等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題[1-2]。

1 工程概況

嘉松公路越江新建工程位于上海市松江區(qū)黃浦江上游主航道，橋位處地質(zhì)屬濱海平原區(qū)地貌類型，包含淤泥質(zhì)黏土、淤泥土、粉砂、黏土等各類土層，粉砂、粉細砂層厚度大。

主橋橋型采用雙塔雙索面鋼箱梁自錨式懸索橋，主橋全長596 m，跨徑布置為130 m＋336 m＋130 m，一跨越江。橋型如圖1所示。

主橋主墩單側(cè)承臺基礎(chǔ)采用34根直徑2.0 m鉆孔灌注樁，有效樁長100 m。樁端進入⑩粉質(zhì)黏土層，單樁設(shè)計承載力極限值為32 000 kN（樁端注漿前）。

2 成樁關(guān)鍵工藝

2.1 成孔設(shè)備選擇

上海地區(qū)屬于典型的軟土地質(zhì)，下臥層淤泥、粉砂層厚度大，地下水位高，一般的鉆孔樁施工多采用回旋鉆機、旋挖鉆機等設(shè)備。

本工程樁基樁徑2 m，樁長100 m，成孔深度約107 m，超出常規(guī)的回旋鉆機、旋挖鉆機的成孔能力，需采用大型的反循環(huán)鉆機、液壓全回轉(zhuǎn)鉆機或大型的旋挖鉆機方可滿足成孔需要。相對而言，旋挖鉆機成孔效率較高，但孔壁穩(wěn)定較差，需配合人工造漿，設(shè)備成本較高；大型的反循環(huán)鉆機以及液壓全回轉(zhuǎn)鉆機成孔效率稍遜于旋挖機，但成孔穩(wěn)定性較好。綜合考慮各類因素后，本工程主橋樁基施工選用GF400泵吸反循環(huán)鉆機成孔，配長120 m的φ325 mm高強抗扭鉆桿以及三翼雙腰帶刮刀鉆頭鉆進成孔。該設(shè)備最大成孔直徑4 m，最大成孔深度150 m。

2.2 泥漿制備

成孔泥漿采用人工造漿結(jié)合原土造漿，鉆進施工前制備約單樁所需用的人造漿于泥漿池存儲，鉆進過程中人造泥漿泵入孔內(nèi)進行循環(huán)。

人造泥漿主要采用膨潤土制備，經(jīng)對比試驗，配比如下：水∶膨潤土∶堿∶纖維素＝1 000∶80∶0.5∶0.2。

泥漿主要參數(shù)如下：黏度22～25 s，相對密度1.04～1.05，含砂率＜0.5%，膠體率＞97%，pH值9～11。

首樁成孔時，人造泥漿結(jié)合原土造漿進行泥漿循環(huán)，成孔完成后，在清孔時補充部分人造泥漿，后續(xù)樁基施工可對泥漿循環(huán)利用，并根據(jù)泥漿的性能指標補充，泥漿性能應(yīng)以黏度及相對密度控制為主。

2.3 鉆進成孔

2.3.1 成孔施工

成孔采用反循環(huán)鉆進，根據(jù)不同的地層進尺，控制鉆機的鉆壓、轉(zhuǎn)速，鉆壓控制范圍10～25 kN，轉(zhuǎn)速控制范圍20～40 rad/min，泵量控制范圍100～180 m3/h。

初始鉆進時，鉆具下入孔內(nèi)，鉆頭應(yīng)距孔底鉆渣面20～50 cm，并開動砂石（泥漿）泵，使沖洗液循環(huán)2～3 min，然后開動鉆機，慢慢將鉆頭放至孔底。輕壓慢轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后，逐漸增加轉(zhuǎn)速和增大鉆壓，并適當(dāng)控制鉆速。

正常鉆進時，應(yīng)合理調(diào)整和掌握鉆進參數(shù)，加接鉆桿時，應(yīng)先將鉆具稍提離孔底，待沖洗循環(huán)3～5 min再擰卸加接鉆桿。在易坍孔地層中鉆進時，應(yīng)適當(dāng)加大泥漿的相對密度和黏度來穩(wěn)定孔壁。

根據(jù)對試成孔及試樁的成孔時間統(tǒng)計及分析，首根試成孔時間51 h、首根工程樁試樁成孔時間44.5 h，在正常情況下該規(guī)格樁基單樁成孔時間45～50 h。

2.3.2 成孔施工關(guān)鍵技術(shù)控制要點

成孔過程中，直徑2 m的鉆孔灌注樁，每根樁使用膨潤土7 t。

在整個成孔過程中，嚴格控制孔內(nèi)泥漿指標，特別是終孔后泥漿含砂率的控制，滿足清孔后灌注混凝土的要求。

成孔施工時，鉆具（鉆頭、主動鉆桿和副鉆桿）要保證垂直度、同心度和連接緊密可靠，避免漏氣影響泵吸反循環(huán)鉆進和鉆具脫落事故發(fā)生。每次開鉆前，施工現(xiàn)場對鉆具的垂直度、連接性和鉆頭的直徑磨損情況進行檢查。

鉆進過程中應(yīng)經(jīng)常注意孔內(nèi)的異常情況，當(dāng)出現(xiàn)鉆桿跳動、機架搖晃、不進尺、漏漿等現(xiàn)象時，應(yīng)及時停鉆，查明原因，排除故障或做出處理后再恢復(fù)施工。

續(xù)接鉆桿時，先停鉆，維持泥漿沖洗循環(huán)一段時間，將孔內(nèi)鉆渣沉淀分離，并通過泥砂分離處理系統(tǒng)降低泥漿中的含砂量，然后提鉆。卸桿和續(xù)接鉆桿后再進行加深續(xù)鉆。鉆進至設(shè)計標高終孔時，應(yīng)保持鉆機空轉(zhuǎn)不進尺一段時間，直至泥漿指標達到一次清孔要求，以確保下籠后二清的可靠性。

2.4 清孔及除砂

鉆進成孔至設(shè)計標高后，進行成孔檢測及渣樣勘驗，各類指標滿足設(shè)計要求后進行第1次清孔，由于本工程地質(zhì)出土層含砂率高、砂層厚，因此在清孔時采用ZX-250泥漿凈化裝置對孔內(nèi)泥漿進行除砂處理。一清清孔時間2～3 h，測量孔底沉渣滿足規(guī)范后進行提鉆。

在鋼筋籠及導(dǎo)管完成安裝后，灌注水下混凝土之前，進行二次清孔。二清采用氣舉反循環(huán)清孔，空壓機選用GFY-75G型空氣壓縮機，空壓機制氣量為13 m3/min，最大壓力為1.05 MPa。

2.5 鋼筋籠加工及安裝

鋼筋籠在加工場制作，采用短線臺座法預(yù)拼裝制作，制作時從籠頂至籠底逐節(jié)制作。鋼筋籠共分為12節(jié)制作，標準節(jié)長度為9 m。

考慮到鋼筋籠直徑較大，為防止運輸及吊裝鋼筋籠過程中變形，在每道加勁箍位置設(shè)置“△”形支撐。

鋼筋籠預(yù)拼裝制作完成，在分解之前將聲測管用定位環(huán)和鐵絲臨時固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)。并在每節(jié)鋼筋籠第1道加強箍位置對稱布置吊耳。

鋼筋籠利用汽車吊分節(jié)安裝，孔口直螺紋套筒對接接長。鋼筋籠安裝順序為：豎立→對接→下放→固定。鋼筋籠吊放入孔時，要保證鋼筋籠吊繩的豎直方向與設(shè)計樁孔的中心方向一致，可在鋼護筒頂部設(shè)置定位支架，支架沿護筒上口均勻布置，以定位支架作為鋼筋籠安裝的定位基準，確保鋼筋籠安裝精度。

2.6 水下混凝土灌注

本工程樁基采用C35水下預(yù)拌混凝土，設(shè)計坍落度為200 mm±20 mm?；炷劣砂韬驼炯邪韬秃筮\輸至現(xiàn)場灌注。施工前通過試驗確定混凝土的配合比。

利用3.5 m3料斗和2輛混凝土罐車同時進行初灌，混凝土初灌量為16 m3，初灌后的埋管深度3.0 m。

主墩樁基單樁初灌量約8.5 m3，為確保混凝土初灌后的埋管要求，現(xiàn)場3 m3料斗配合2臺15 m3罐車同時灌注，混凝土初灌時利用橡膠隔水球和料斗底部止水鋼板止水。

混凝土正常灌注過程中，根據(jù)混凝土上升高度計算拆管長度，導(dǎo)管在混凝土中的埋深最小為3 m，累計灌注時間約6.5 h，灌注速度約53 m3/h。

2.7 樁底注漿

根據(jù)設(shè)計要求，工程樁基采用樁底后注漿以提高單樁承載力，減小基礎(chǔ)沉降，樁基的聲測管兼作注漿管。

壓漿孔開塞在樁基首灌混凝土完成初凝后，用清水將壓漿管底壓漿孔沖開，確保壓漿管路系統(tǒng)暢通。開塞時，開塞壓力取4～6 MPa。若水壓突然下降，表明單向閥已打開，應(yīng)立即停泵，封閉閥門10 min，以消散壓力。若觀察到有水外噴現(xiàn)象，應(yīng)繼續(xù)關(guān)閉閥門，每2～5 min后再次觀察，直至管內(nèi)壓力消散。

待試樁第1次荷載試驗完成后，進行樁底注漿，注漿材料采用水泥漿，采用注漿量和注漿壓力雙控，以壓漿量控制為主，壓力控制為輔。當(dāng)壓漿壓力達到控制壓力3.0～3.6 MPa，并在持荷5 min后達到設(shè)計壓漿量的80%，出現(xiàn)冒漿時，可認為滿足要求。注漿時依據(jù)4根聲測管的順序壓注，單樁注漿水泥用量約5.4 t。

3 試驗及檢測

在樁基正式施工前，對試成孔進行了成孔檢測，24 h內(nèi)，成孔孔徑的最小值、最大值、平均值均滿足設(shè)計要求，無明顯坍塌和頸縮，孔壁較穩(wěn)定，成孔的垂直度為0.43%，所采用的施工設(shè)備及施工工藝可滿足軟土地質(zhì)下成孔需要。

經(jīng)試成孔檢測，第1次清孔后的沉渣厚度為8 cm，經(jīng)24 h靜置后的沉渣厚度為83 cm，48 h后的沉渣厚度為107 cm。說明土層含砂率較高，沉淀速度較快，后續(xù)施工需要快速銜接，并應(yīng)注意加強二次清孔的質(zhì)量。

試樁完成后，采用超聲波透射法對成樁質(zhì)量進行了檢測，樁身完整性較好，屬Ⅰ類樁。同時在樁底注漿前、注漿后對樁基承載力進行了2次靜載試驗，試驗采用自平衡法進行。經(jīng)試驗驗證，樁底注漿前單樁極限承載力大于32 085 kN，注漿后單樁極限承載力大于34 335 kN，均滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

1）根據(jù)工程實踐，對于在類似于上海地區(qū)的軟土地質(zhì)內(nèi)施工大直徑超長鉆孔灌注樁，可采用反循環(huán)成孔工藝，施工效率較高，成孔質(zhì)量可靠。

2）由于攜帶砂性土的軟土地層的特點，大部分土層的土體較差，不具備直接制備泥漿的條件，成孔鉆進施工前，應(yīng)提前制備人造泥漿，作為成孔的循環(huán)泥漿。人造泥漿的控制參數(shù)宜以黏度及相對密度控制為主，可循環(huán)利用。

3）成孔鉆進速度應(yīng)根據(jù)不同土層特性進行設(shè)置，在砂層鉆進時，應(yīng)采用低速鉆進，控制進尺速度，并適當(dāng)加大泥漿相對密度，確保護壁穩(wěn)定。

4）對于砂層較厚的地質(zhì)，應(yīng)重點控制成孔后的第1次清孔質(zhì)量，清孔時配合除砂以及采用人造泥漿改良循環(huán)泥漿的性能，一清完成后應(yīng)盡快開展后續(xù)工作，縮短工藝銜接時間，以減少孔底沉渣的沉淀。

5）鋼筋籠的加工精度直接影響現(xiàn)場鋼筋籠安裝的時間，除控制預(yù)拼裝的精度外，還應(yīng)做好成品鋼筋籠在運輸、起吊、安裝過程中的保護，防止籠體變形。

6）二清施工采用氣舉反循環(huán)清孔具有良好的效果，但施工前應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果確定空壓機設(shè)備的選擇以及氣管安裝的深度，空壓機選型不當(dāng)或氣管安裝深度偏差過大，會影響清孔效果，嚴重的將導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)。

7）水下混凝土的灌注是大直徑超長鉆孔樁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是對混凝土初灌量的控制，是混凝土灌注控制的關(guān)鍵。大直徑樁的初灌方量往往較大，現(xiàn)場應(yīng)采用大料斗配合攪拌車做連續(xù)灌注，確保初灌的質(zhì)量。