大樁徑長樁沖擊成孔施工技術

大樁徑長樁沖擊成孔施工技術述

[摘要]由常規(guī)樁基沖擊成孔工藝技術,HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工大樁徑長樁時存在的不足,在鎮(zhèn)海灣大橋HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工中所采取的措施總結

關鍵詞鎮(zhèn)海灣大橋大樁長樁沖擊成孔技術

一．工程概況

西部沿海高速公路是國家統(tǒng)一規(guī)劃的戰(zhàn)備公路，它南起廣東湛江,沿海至遼寧大連.鎮(zhèn)海

灣大橋是西部沿海高速公路廣東段臺山境內(nèi)的一座特大橋。全橋長2896m，橋跨組合為：

16×20m+18×30m+10×50m+105m+190m+105m+10×50m+13×30m+12×20m。其中主橋為預應力連續(xù)剛構，橋跨組合為105m+109m+105m。引橋50m跨上部構造采用PPC先簡支后連續(xù)剛構方案，20m、30m跨為預應力混凝土簡支梁。該橋橋位在鎮(zhèn)海灣雅州島南側，距出?？诩s20公里，夏季受臺風影響，水位受潮夕影響，潮差約3m。橋位處河床底覆蓋層較厚。該橋樁基除主橋為群樁基礎外，均為單排樁。樁尖嵌巖不小于0.5m，巖石單軸抗壓極限不小于15Mpa，柱樁樁底沉淀厚度不大于5cm，摩擦樁樁底沉淀土厚度不大于20m。引橋50m跨樁基為樁徑φ2.2m和φ2.5m的水中樁。

二、基礎HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工方案確定

（一）工程地質(zhì)狀況

鎮(zhèn)海灣大橋位于鎮(zhèn)海灣出?？诩s20公里外，淤積層較厚，樁狀圖如下（見圖一），巖（土）性描述：

一層：素填土，黃褐色，新近人工回填土，主要成份為亞砂土及碎石等，松散狀。

二層：淤泥，深灰—灰黑色，細膩，染手，含海相貝殼及腐殖物，偶見薄層粉細砂，飽和，沉塑狀。

三層：含粘土礫石，黃褐色，以粘土及礫石為主，局部為卵石，卵石粒徑2~5cm。磨圓度良好，呈亞圓形，礫石、卵石卵粒間互不接觸，由粘土粘結，鉆進本層鉆機偶有跳響聲，潮、中密—密實狀。

四層：全風化花崗片麻巖或變質(zhì)砂巖，褐黃色—黃色，除石英外，其他礦物已風化成土狀，為粗?；◢弾r殘坡積土，呈亞粘土或亞砂土狀，稍濕，可—硬塑或中密—密實狀。

五層：強風化花崗片麻巖或變質(zhì)砂巖，褐黃—灰褐色，巖芯完整性差，呈半巖半土—碎塊狀，巖芯用手可折斷，可見母巖原生結構，鉆進過程有輕微跳響，稍硬。

六層：弱風化花崗片麻巖或變質(zhì)砂巖，灰白間褐黃色，巖芯呈碎塊狀，風化裂隙發(fā)育，沿裂隙面見鐵質(zhì)薄膜，硬，鉆進過程基本連續(xù)跳響。

七層：微風化花崗片麻巖或變質(zhì)砂巖，灰色—深灰色，間夾白色石英條帶，花崗片麻巖手變質(zhì)砂巖相互產(chǎn)出，但無規(guī)律性，節(jié)理發(fā)育，為陡傾角，裂隙較發(fā)育，巖芯破碎，鉆機鉆進強烈跳響。

（二）成孔方案的確定

該橋大樁徑樁為φ2.2m和φ2.5m兩種，從地質(zhì)情況看，可選用以下幾種成孔方案（見表一）：

從表中各成孔方案的優(yōu)缺點看，前兩種鉆進從技術性能和指標方面，較適合于本橋樁基HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工，但由于前兩種HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工方法設備投入較大，故我們經(jīng)多方考慮，在減小投入情況下，盡量利用現(xiàn)有設備加以改進，選用沖擊鉆HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工方法HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工本橋樁基。

但從各種經(jīng)驗介紹情況看，用沖擊鉆HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工本橋的φ2.2m、φ2.5m的，樁長近50m的樁，各項指標都是該成孔方法的極限。在這種情況下HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工，我們首先找出該橋樁基沖擊成孔較常規(guī)沖擊成孔存在的難點，并有征對性的采取措施，以保障工藝各環(huán)節(jié)HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工順利。

（一）工藝難點

1、機具設備的配套

由于樁徑較大，沖錘相應加大、加重，所需鉆機也要大噸位，但也要盡量降低設備自身重量，以減小水上平臺設備和吊裝設備投入。

2、孔壁穩(wěn)定性

沖擊成孔特點是成孔速度較慢，且水中樁基HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工無法保證常規(guī)沖擊成孔的泥漿循環(huán)。如何保持孔壁HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工過程中的穩(wěn)定性及排渣是必須解決的問題。

３．清孔

樁長且樁徑大，孔內(nèi)泥漿數(shù)量較大，如何在清孔時，使孔內(nèi)泥漿達到標準，且較大較長的樁，在鋼筋籠下放過程至灌注水下砼剪球前，長時間靜置，泥漿里的鉆渣易沉淀，造成孔底沉淀厚度超標。如何保證孔底沉淀厚度達到標準要求，也將是必須解決的難點之一。

三、HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工工藝針對措施

針對我們選用的大樁徑、長樁沖擊成孔方案，結合上述工藝難點，常規(guī)沖孔工藝無法滿足的工藝細節(jié)，我們采取相應措施。

（一）設備選用

因該工程樁基樁徑較大，且樁較長，沖錘重量的選定至關重要。我們選用沖錐的重量偏大，為4.5T的十字型沖錐，鉆機選用2JK10型江蘇南通礦山機械廠生產(chǎn)的鉆機，該機沖擊頻率8次/min，額定速度31m/min，電動機額定功率75KW。

（二）過程控制要素

在整個成孔過程中，常規(guī)工藝盡量作到精益求精，特別在以下幾下方面采取針對性措施：

1、沖程

從地質(zhì)情況看，按常規(guī)經(jīng)驗，HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工一條φ2.0m以上的50m長樁需20天，孔壁土體破壞后在成孔HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工過程中時間較長，且在此過程中又受到?jīng)_擊成孔的震動，對孔壁的安全穩(wěn)定不利。針對這種情況，我們在整個成孔過程中盡量使用小沖程，高頻率HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工，在不穩(wěn)定的土層，如砂夾卵石，采用回填土2~3次土夾石回沖的辦法，使在成孔過程中，擠密孔壁，加強了孔壁的穩(wěn)定性。

2、泥漿

鉆孔泥漿由水、粘土和添加劑組成，在鉆孔中，由于泥漿相對密度大于水的相對密度，故護筒內(nèi)同樣高的水頭，泥漿的靜水壓力比水大，由于靜水壓力的作用，可作用在井孔壁形成一層泥皮，阻隔孔內(nèi)外滲透，保持孔壁免于坍塌。此外，泥漿還起到浮懸鉆渣的作用。

沖孔過程中，如有泥漿池循環(huán)，泥漿通過泥漿泵由膠管注入孔底，使泥漿在孔內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)不斷的上升流速，懸浮鉆渣流入沉淀池中，孔中泥漿也較均勻，對孔壁穩(wěn)定性較有利。

無泥漿池HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工時，解決排渣和保持孔內(nèi)泥漿均勻，孔壁穩(wěn)定至關重要，我們是這樣做的：HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工中，排渣我們采用較為常規(guī)的掏渣筒掏渣，每1.5個臺班掏渣一次，效果較好。保持孔內(nèi)泥漿均勻的辦法是孔內(nèi)的內(nèi)循環(huán)，在掏渣后，加入黃泥造漿，孔底形成密度較大的泥漿，泥漿泵由沖機副機吊于水面，吸取面層密度較小的泥漿注孔孔底，使孔底泥漿稀釋后上浮，經(jīng)過一段時間循環(huán)，泥漿達標后，即可進行沖孔HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工，一般內(nèi)循環(huán)也每1.5個臺班進行一次，也在掏渣后進行。從每1.5個臺班做一次孔內(nèi)泥漿循環(huán)，在不同時段獲得的泥漿資料來看，在沖孔過程中泥漿沉淀的情況不致引起孔壁的不安全。

同時鉆進過程當中每隔４h時測定一次護筒角處泥漿濃度是否達標，如不達標，則應即可進行內(nèi)循環(huán)。

1、清孔

清孔的目的是抽、換原孔內(nèi)泥漿，降低泥漿的相對密度、粘度、含砂率等指標，清除鉆渣，減少孔底沉淀厚度，防止樁底存留沉淀土過厚而降低樁的承載力，清孔為灌注水下砼創(chuàng)造良好條件。

我們清孔采用了掏渣法和內(nèi)風管吸泥清孔法相結合的方法，在鉆孔達到HYPERLINK"http://0499.cn/design/"設計標高時，先加入適量水泥、黃泥，造漿后掏渣，直至泥漿達到要求的標準。在清孔完畢至澆注砼前，因樁徑較大，樁較長，這個時間段相對較長，這樣，在澆注前，容易產(chǎn)生沉淀過厚等現(xiàn)象。此時我們利用已下放的澆注水下混凝土用的導管,采用內(nèi)風管吸泥清孔法進行二次清孔（見圖2），具體指標計算如下：

圖2內(nèi)風管吸泥清孔

1-高壓風管入水深，2-彎管和導管接頭；

3-焊在彎管上的耐磨短彎管；4-壓縮空氣；5-排渣軟管；6-補水；7-輸氣軟管；

8-φ25mm鋼管長度大于2m；9-孔底沉渣

（1）噴出泥漿流量（qv2）

qv2=qv1（d1/d0+W）

=qv1（1.7/2.2+6）

=6.67qv1

=7.86m3/min

式中：qv1——按天然狀態(tài)土體積計每1min凈出土量，取qv1=1.16m3/min

d1————土體天然狀態(tài)下相對密度

d0——土顆粒的相對密度，d0=2.2

W——每1m3天然狀態(tài)的土成為泥漿所需水量，取W=6

（2）泥漿相對密度（d2）

d2=(d1+wd)/[(d1/d0)+w]

=(1.7+6*1)/[(1.7/2.2)+6]

=1.127T/m3

式中：d1——水的相對密度，取d=1

（3）吸泥機壓縮空氣消耗量，換算為大氣壓力下的體積qv4

qv4=c1mqv2h/c2lg[(H+10)/10]

=1.8*2.08*qv*6/15.1*lg[(35+10)/10]

=22.464qv2/15.1*0.65

=2.29qv2

=18m3/min

式中：H——空氣混合氣在水面以下深度，m

h——排出泥漿管口處高于井內(nèi)水面高度,m

qv2——泥漿流量：m3/min

c1——校正系數(shù)，取c1=1.8

m——由吸揚洋水所需的空氣量換算為吸揚泥漿時增大系數(shù)。

m=d(d1-d2)/d1(d2-d)

=1(1.7-1.127)/1.7(1.127-1)

=2.0

（4）所需風壓

P=H/100+0.05

=50/100+0.05

=0.55Mpa

式中：H——空氣混合氣在水面以下深度，m

此法HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工中應注意以下幾方面：

1、高壓風管沉入導管內(nèi)的水深度應大于鉆孔內(nèi)水頭到出漿口高度的1.5倍,一般不宜小于15米,但不必沉至導管底部附近。

2、內(nèi)風管吸泥清孔法在清孔過程中必須始終保持孔內(nèi)原有水頭差。

3、當孔底沉淀較厚且堅實時,可適當加大送風量,并搖動導管,改變導管在孔底的位置。

在內(nèi)風管吸泥清孔法清孔達到效果后，迅速拆除此裝置,進行水下混凝土澆注。

三、HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工效果

結合常規(guī)樁基沖擊成孔工藝,在部分工藝細節(jié)采取相應措施,鎮(zhèn)海灣大橋西岸引橋水中大樁徑長樁HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工中取得了較好的效果.共計施公φ2.2m24條，φ2.5m16條，檢測結果，其中A類樁16條，B類樁23條,抽芯檢查全部合格。HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工中投入10T沖機6臺，HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工總工期6個月，與正循環(huán)、回轉(zhuǎn)法成孔相比，節(jié)約成本約近60萬元。

四、HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工體會樁基HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工雖為常規(guī)工藝，但每種HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工方法都有它的特點和局限。對實際HYPERLINK"http://0499.cn/yp/"施工中的一些HYPERLINK