鋼護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)在老中鐵路巖溶地區(qū)樁基工程中的應(yīng)用

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(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都，610072)

1　工程概況

新建鐵路磨丁至萬(wàn)象線北起中老邊境口岸磨丁，向南經(jīng)老撾北部的南塔省、烏多姆賽省、瑯勃拉邦省、萬(wàn)象省后到達(dá)老撾人民民主共和國(guó)首都萬(wàn)象市，線路全長(zhǎng)414.332km。

朋松楠松河特大橋位于萬(wàn)象省萬(wàn)榮縣，起于DK291+877.901，先跨13號(hào)公路，再跨楠松河后于DK294+638.964接萬(wàn)榮隧道，中心樁號(hào)為DK293+257，橋梁全長(zhǎng)2761.973m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，下部結(jié)構(gòu)為單線流線型實(shí)體墩柱，T柱橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

朋松楠松河特大橋鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)樁徑為φ1.0m和φ1.25m，設(shè)計(jì)墩臺(tái)數(shù)計(jì)86個(gè)、鉆孔樁353根，其中，直徑φ1.0m鉆孔樁313根，直徑φ1.25m鉆孔樁40根。最小設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)6m，最大設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)47m，設(shè)計(jì)工程量為5636m。

2　工程水文地質(zhì)

地表上覆第四系全新人工填土(Q4ml)粉質(zhì)粘土，沖洪積層(Q4al+pl)粉質(zhì)黏土、松軟土、細(xì)沙、粗圓礫土、卵石土、破殘積層(Q4dl+el)粉質(zhì)黏土，溶洞充填物(Q4ca)；下伏基巖為三疊系(T)砂巖、泥巖、頁(yè)巖夾煤線；二疊層(P)灰?guī)r夾頁(yè)巖、白云質(zhì)灰?guī)r、巖溶化灰?guī)r。

橋址區(qū)地表水體主要為楠松河的河水，該流域5～9月為雨季，年平均降水量為608mm～620mm，年最大降水量為901mm～986mm，水渠寬約3.00m～6.00m，雨季水流均較緩，旱季無(wú)水。

3　施工工藝說(shuō)明

朋松楠松河特大橋?qū)儆趲r溶發(fā)育地區(qū)，地層十分復(fù)雜，開(kāi)工至今在施工過(guò)程中常遇漏漿、塌孔(7m～10m處)現(xiàn)象。其共性為7m～10m處為覆蓋層與基巖接觸段，此段常遇漏漿和塌孔現(xiàn)象；下至基巖段常遇溶洞、填充溶洞及空腔現(xiàn)象。目前及起初鉆孔灌注樁的施工流程如下：

(1)目前朋松楠松河特大橋巖溶發(fā)育區(qū)施工流程

測(cè)量放線→護(hù)樁埋設(shè)→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→孔位校正→開(kāi)孔鉆進(jìn)→接觸段擠壓(擠壓2次)→鋼護(hù)筒跟進(jìn)至擠壓段底部→繼續(xù)鉆進(jìn)→基巖段溶洞回填、擠壓→繼續(xù)鉆進(jìn)→終孔→清孔→清孔驗(yàn)收→鋼筋籠驗(yàn)收→下設(shè)鋼筋籠→第二次清孔驗(yàn)收→混凝土澆筑→拔設(shè)孔內(nèi)護(hù)筒→導(dǎo)管拆除。

(2)起初朋松楠松河特大橋巖溶發(fā)育區(qū)施工流程

測(cè)量放線→護(hù)樁埋設(shè)→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→孔位校正→開(kāi)孔鉆進(jìn)→接觸段擠壓(擠壓數(shù)次)→繼續(xù)鉆進(jìn)→擠壓段小面積塌孔、漏漿→回填粘土片石繼續(xù)擠壓2次→繼續(xù)鉆進(jìn)→擠壓段小面積塌孔、漏漿→回填粘土片石擠壓2次(此過(guò)程直至鉆孔下至基巖不漏漿為止)→繼續(xù)鉆進(jìn)→基巖段溶洞回填、擠壓→繼續(xù)鉆進(jìn)→終孔→清孔→清孔驗(yàn)收→鋼筋籠驗(yàn)收→下設(shè)鋼筋籠→第二次清孔驗(yàn)收→混凝土澆筑→導(dǎo)管拆除。

從兩個(gè)施工方法的流程看，起初接觸段粘土片石擠壓施工的重復(fù)性和頻繁性，而且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況看，采用粘土片石擠壓處理的效果甚微。為了有效、節(jié)省成本、加快施工進(jìn)度，我部便制定了凡遇到接觸段漏漿、塌孔時(shí)，先擠壓再護(hù)筒跟進(jìn)的方法施工，其結(jié)果論證了施工中鋼護(hù)筒跟進(jìn)的有效性。

4　鋼護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)

我部于2017年3月8日施工的朋松楠松河特大橋鉆孔灌注樁，施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)7m處有豐富地下流動(dòng)水?dāng)_動(dòng)，且此段存在嚴(yán)重漏漿、塌孔的現(xiàn)象。為此，我部便采取常規(guī)的處理方法，采用粘土加塊石擠壓，待漿液面升至孔口時(shí)接著鉆進(jìn)。鉆進(jìn)下至基巖部位，加之鉆頭反復(fù)震動(dòng)，上部擠壓的粘土片石開(kāi)始小面積掉落，最終形成裂隙(通道)，從而導(dǎo)致漿液流失，瞬間漿液下沉至7m處。為了防止塌孔，施工人員又采用常規(guī)的處理方法，向孔內(nèi)拋填粘土片石至孔口，再進(jìn)行擠壓鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至原有基巖部位又出現(xiàn)類似的問(wèn)題。隨后經(jīng)四方商定，向孔內(nèi)拋填粘土和塊石的混合物至孔口處，接著鉆進(jìn)，反復(fù)擠壓4次，最終效果甚微。同時(shí)施工的5個(gè)承臺(tái)其共性均為7m～10m處存在漏漿、塌孔的現(xiàn)象。于是我部便召開(kāi)會(huì)議討論，討論結(jié)果是上部覆蓋層與巖石中間長(zhǎng)久經(jīng)過(guò)地下水沖刷形成斷層(通道)或者暗河，深入基巖漿液下降為空腔，結(jié)合設(shè)計(jì)勘探剖面圖，最終針對(duì)巖溶發(fā)育地區(qū)孔故處理分兩步施工。具體處理方法如下：

(1)鉆孔深度穿過(guò)覆蓋層與巖石接觸段下至2m處，采用粘土片石回填，重復(fù)擠壓2次，再鋼護(hù)筒跟進(jìn)至底部，方可正常鉆進(jìn)，其目的是預(yù)防擠壓粘土片石小面積掉落導(dǎo)致漏漿、塌孔；

(2)鉆孔深度穿過(guò)巖石空腔(溶洞)時(shí)，發(fā)現(xiàn)漿液面下降，采用粘土片石回填，因巖石溶洞(空腔)未經(jīng)地下水?dāng)_動(dòng)形不成塌孔，其目的是預(yù)防澆筑時(shí)混凝土超量。

此方法首次嘗試，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，證明了此次鋼護(hù)筒跟進(jìn)的有效性和可行性，具體操作方法如下，可供類似工程參考。

4.1　覆蓋層與巖石接觸段擠壓法

對(duì)照地質(zhì)圖，當(dāng)鉆孔深度穿過(guò)覆蓋層與巖石接觸段下約2m時(shí)，停止鉆孔，迅速提起鉆頭，同時(shí)在鉆孔樁基旁邊準(zhǔn)備足夠數(shù)量的片石和黏土，和一臺(tái)大型挖掘機(jī)(1m3)供回填擠壓使用。擠壓效果如圖1所示。

4.2　覆蓋層與巖石接觸段鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

擠壓完成后，方可下設(shè)鋼護(hù)筒，護(hù)筒連接處需搭接牢固，以防護(hù)筒掉入孔內(nèi)，護(hù)筒采取施壓法下設(shè)，下設(shè)至擠壓鉆孔底部高程。具體操作如下：

(1)提前加工好鋼護(hù)筒：每節(jié)高度1.5m，護(hù)筒內(nèi)直徑比設(shè)計(jì)樁徑+10cm。鋼護(hù)筒的加工尺寸必須嚴(yán)格控制，護(hù)筒上下節(jié)的連接縫除焊接外，還在接縫處焊5cm寬的加強(qiáng)鋼帶，護(hù)筒水平接縫所成平面與護(hù)筒豎向垂直，使整個(gè)鋼護(hù)筒的垂直度符合要求，振動(dòng)錘與護(hù)筒頂面焊接牢固，無(wú)松動(dòng)；并要求振動(dòng)錘位居護(hù)筒頂面中，各節(jié)下沉的護(hù)筒必須嚴(yán)格控制垂直度；

(2)擴(kuò)大鉆機(jī)鉆頭直徑，設(shè)計(jì)樁徑1.00m，采用1.20m鉆頭成孔；設(shè)計(jì)1.25m樁，采用1.4m鉆頭成孔；

(3)護(hù)筒的沉放：下放長(zhǎng)護(hù)筒時(shí)，其位置必須準(zhǔn)確，下放完成后，檢查其高程、垂直、護(hù)筒頂面水平度。當(dāng)沖擊穿過(guò)粘土片石擠壓段時(shí)要反復(fù)提升沖錘，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，沖錘不明顯受阻，說(shuō)明頂部已成孔并且圓滑垂直，此時(shí)用鋼絲繩活扣綁住內(nèi)護(hù)筒，用吊機(jī)(或樁機(jī)自生重量)把護(hù)筒放入沉至孔底，必要時(shí)用振動(dòng)錘下沉。用沖擊鉆成孔鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工時(shí)，施工中應(yīng)充分利用沖擊鉆的擴(kuò)孔性能，使鋼護(hù)筒能順利下沉；

(4)護(hù)筒跟進(jìn)至擠壓段底部時(shí)，護(hù)筒到位后鉆頭改為滿足成孔要求的鉆頭直徑。如果沖擊鉆在堅(jiān)硬巖石中的擴(kuò)孔系數(shù)較小，不能滿足鋼護(hù)筒下沉要求的，回填并加大鉆頭直徑二次沖孔，以保證鋼護(hù)筒順利下沉。鋼護(hù)筒跟進(jìn)效果如圖2所示。

圖2　鋼護(hù)筒跟進(jìn)效果

4.3　孔內(nèi)鋼護(hù)筒的重復(fù)利用

為了節(jié)省成本，減少鋼護(hù)筒用量，拔出孔內(nèi)鋼護(hù)筒需注意以下事項(xiàng)：

(1)鋼護(hù)筒拔設(shè)需安排專業(yè)的技術(shù)人員旁站，以防導(dǎo)管掉落、短樁等；

(2)混凝土澆筑即將完成時(shí)，保證導(dǎo)管的埋深，做到導(dǎo)管在混凝土內(nèi)“只上不下”；

(3)澆筑至設(shè)計(jì)高程時(shí)，停止?jié)仓?，?dǎo)管埋設(shè)混凝土內(nèi)未動(dòng)；

(4)采用沖擊鉆沖擊力提升護(hù)筒，護(hù)筒提升完畢，立即測(cè)混凝土頂面高程；

(5)如混凝土面未動(dòng)，或者下降50cm之內(nèi)，方可拆除導(dǎo)管；

(6)如混凝土面下降數(shù)米，立刻還原澆筑程序，繼續(xù)澆筑，直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程(此條為預(yù)備方案，經(jīng)我部施工至今未出現(xiàn)過(guò)此類現(xiàn)象)。

4.4　功效分析

鋼護(hù)筒跟進(jìn)法是我部施工老中鐵路巖溶發(fā)育地區(qū)較為成熟、有效的孔故處理方法。表1為我部起初施工與目前施工的功效對(duì)比。

表1鋼護(hù)筒跟進(jìn)法與粘土片石擠壓法施工功效對(duì)照

上表中77#承臺(tái)位于朋松楠松河特大橋DK294+369.234處，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)8m，設(shè)計(jì)孔深11.8m，現(xiàn)場(chǎng)施工中鉆孔至7m處有豐富的地下水?dāng)_動(dòng)，此處出現(xiàn)大量的漏漿、塌孔現(xiàn)象。下入基巖，基巖屬灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。

由表1分析，鉆孔灌注樁77#-1采用粘土片石擠壓法施工，其接觸段施工6d，基巖段施工4d；鉆孔灌注樁77#-4采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工，其接觸段施工3d，基巖段施工4d。兩孔接觸段采用不同的施工方法，產(chǎn)生的結(jié)果為鋼護(hù)筒跟進(jìn)法比粘土片石擠壓法功效提前72h。

表2朋松楠松河特大橋77#-1和77#-4灌注樁施工成本核算表

說(shuō)明：

(1)此表為77#承臺(tái)基礎(chǔ)灌注樁施工成本核算，其地質(zhì)、孔深均相同，唯施工工藝不同；

(2)此表中中國(guó)人工資按500元/d；輔助工按100元/d；螺紋鋼按4000元/t；C30混凝土按450元/m3；粘土片石按40元/m3；鋼護(hù)筒按5000元/m3計(jì)算；

(3)77#-4成本核算時(shí)，加入了鋼護(hù)筒費(fèi)用，因?yàn)殇撟o(hù)筒為周轉(zhuǎn)性材料，所以在成本核算時(shí)應(yīng)扣除鋼護(hù)筒費(fèi)用(5644元)；

(4)粘土片石擠壓施工法成本費(fèi)用為27052元。鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工法成本應(yīng)為25186-5644=19542元，兩種施工方法成本金額差7510元；

(5)本次施工成本核算表內(nèi)未計(jì)算電費(fèi)、機(jī)械使用費(fèi)、燃油費(fèi)、設(shè)備租賃費(fèi)等消耗性材料費(fèi)。

4.5　經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)77#-1采用的粘土片石擠壓法成孔，77#-4采用護(hù)筒跟進(jìn)法成孔。兩孔不同處是77#-1接觸段采用擠壓數(shù)次直至終孔，77#-4接觸段采用護(hù)筒跟進(jìn)法終孔。其鉆孔功效如表1所示，其成本如表2所示。

5　結(jié)語(yǔ)

結(jié)合表1、表2，鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工法無(wú)論在時(shí)間上還是在成本上，優(yōu)越于粘土片石擠壓法。經(jīng)施工結(jié)果論證了鋼護(hù)筒跟進(jìn)處理方法的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，作者將巖溶發(fā)育地區(qū)鉆孔灌注樁施工時(shí)采用的兩種有效的處理方法做一對(duì)比分析，供以后類似工程參考。