水上鉆孔灌注樁護(hù)筒穿孔漏漿的預(yù)防與處理

秦濤濤

(中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司，湖南長沙 410004)

水上鉆孔灌注樁在施工難度、質(zhì)量要求以及質(zhì)量問題的處理等方面均比陸地上的施工情況復(fù)雜。施工過程中某一環(huán)節(jié)沒有規(guī)范操作,極易造成質(zhì)量問題,并且處理過程施工難度較大[1]。護(hù)筒穿孔、樁身包裹泥沙是樁基施工中常見的問題，護(hù)筒埋設(shè)是否穩(wěn)定，受水流、水深、潮汐以及平臺(tái)固定的制約。護(hù)筒埋設(shè)是否穩(wěn)妥，直接影響成孔、成樁，護(hù)筒埋設(shè)如留隱患，就可能出現(xiàn)護(hù)筒穿孔，形成管涌、跨孔，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度及施工質(zhì)量。本文以安慈高速公路澧水特大橋?yàn)楸尘?，?duì)其樁基施工過程中出現(xiàn)的護(hù)筒穿孔問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理方案與建議，并對(duì)不同的處理方案進(jìn)行對(duì)比，為實(shí)際工程案例提供參考。

1 工程概況及水文地質(zhì)條件

1.1 工程概況

安慈高速公路澧水特大橋，為跨度150 m連續(xù)梁，全長2.347 km；共設(shè)置59個(gè)墩臺(tái)，樁基均為摩擦樁，孔徑1.5～2 m，最大樁長95 m；樁基直徑2.0 m，采用整體式承臺(tái)，單個(gè)承臺(tái)布置樁基數(shù)量28根，采用搭設(shè)水上鉆孔平臺(tái)進(jìn)行施工；施工水位+34.5 m，鉆孔樁施工平臺(tái)標(biāo)高+37.0 m。

1.2 水文地質(zhì)條件

本工程河道屬于澧水及西江，河水主要接受大氣降水及上游溪水匯聚補(bǔ)給，水量受季節(jié)變化影響較大，一般雨季水量豐富，旱季水量較大。4～8月為汛期，河水水位受降水影響明顯，水位陡漲陡落，最高洪水位41.89 m (1998年12月14日)。一般11 月至翌年1 月為枯水期，枯水季節(jié)實(shí)測(cè)水位28.5～30.5 m，為橋梁基礎(chǔ)工程的良好施工期。樁基范圍內(nèi)主要地質(zhì)從上至下主要如表1所示。

2 水上鉆孔灌注樁護(hù)筒穿孔原因分析

護(hù)筒下設(shè)的主要作用是為了隔絕海水、河水進(jìn)入鉆孔內(nèi)。如果護(hù)筒底部穿漏,就會(huì)造成施工無法進(jìn)行和環(huán)境污染[2]。常見護(hù)筒穿孔的原因如下：

(1)護(hù)筒長度不夠,一般設(shè)計(jì)護(hù)筒長度以護(hù)筒下端進(jìn)入黏土層3～5 m。若護(hù)筒下端插入黏土層深度不夠或根本就沒有進(jìn)入黏土層，由于孔內(nèi)泥漿循環(huán)的震動(dòng)，護(hù)筒內(nèi)外水頭差

表1 樁基范圍內(nèi)土質(zhì)類型

的影響，以及汛期水流潮汐的沖擊作用，使得護(hù)筒的直立很不穩(wěn)定，從而很容易發(fā)生護(hù)筒穿孔。

(2)平臺(tái)橫梁、方木及鉆機(jī)對(duì)護(hù)筒擠靠、振動(dòng)、碰撞，使護(hù)筒底沿中某一段懸空于孔內(nèi)，也會(huì)造成護(hù)筒穿孔，形成管涌。所以在制作和埋設(shè)護(hù)筒時(shí)要保證護(hù)筒良好的垂直度和同心度，并合理安放橫梁，避免平臺(tái)對(duì)護(hù)筒的擠靠。

(3)泥漿參數(shù)不合理，造成孔壁不穩(wěn)定，以致坍塌，形成管涌。

(4)成孔周期過長，護(hù)筒松動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生護(hù)筒穿孔，形成管涌。

因此，在施工過程中，應(yīng)全面分析護(hù)筒穿孔產(chǎn)生管涌的原因，并制定相應(yīng)的預(yù)防措施，杜絕管涌現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3 水上鉆孔灌注樁護(hù)筒穿孔預(yù)防措施及處理方案

3.1 護(hù)筒穿孔預(yù)防措施

為了防止樁基施工過程中出現(xiàn)護(hù)筒穿孔，形成管涌、跨孔，從護(hù)筒加工到沉放，必須嚴(yán)格按照施工規(guī)范操作，為避免出現(xiàn)施工事故，主要采用以下預(yù)防措施：

(1)保證護(hù)筒加工精度與質(zhì)量，護(hù)筒采用10～12 mm厚的鋼板卷制而成，保證每節(jié)護(hù)筒對(duì)接同心度滿足規(guī)范要求，護(hù)筒長度和埋深應(yīng)以地質(zhì)條件勘測(cè)報(bào)告為依據(jù)。

(2)護(hù)筒一般插入黏土隔水層3～5 m，保證護(hù)筒中心與導(dǎo)正井字架中心基本重合，孔位偏差滿足規(guī)范要求，護(hù)筒在振動(dòng)壓入土層時(shí)應(yīng)保證其垂度偏差不大于5 %，雙端合理固定，避免在壓入土層時(shí)發(fā)生晃動(dòng)傾斜。

(3)鉆頭設(shè)計(jì)應(yīng)該按照設(shè)計(jì)需求，保證鉆頭與護(hù)筒上法蘭垂直，防止在鉆進(jìn)過程中對(duì)護(hù)筒發(fā)生不規(guī)則的擾動(dòng)，進(jìn)而造成護(hù)筒和黏土層分離而發(fā)生漏漿，造成管涌、跨孔，并且應(yīng)防止鉆機(jī)擠靠和振動(dòng)護(hù)筒。

(4)鉆進(jìn)過程中要針對(duì)不同地層及時(shí)調(diào)整泥漿性能,特別是在護(hù)筒內(nèi)施工中一定要制備高性能泥漿。

(5)鉆進(jìn)過程中對(duì)鉆速、壓力、進(jìn)尺速度要嚴(yán)格控制，平穩(wěn)鉆進(jìn)，減小鉆機(jī)鉆具的跳動(dòng)。

3.2 護(hù)筒穿孔處理方案

施工過程中一旦發(fā)現(xiàn)護(hù)筒穿孔,應(yīng)該立刻停止鉆進(jìn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況認(rèn)真分析事故原因，并找出最便捷、有效的處理方案，避免長時(shí)間裸孔和盲目鉆進(jìn)，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大，具體處理措施應(yīng)視現(xiàn)場(chǎng)具體情況而定。

3.2.1 鉆孔較淺時(shí)

這種情況適用于當(dāng)鉆頭超過護(hù)筒底沿10 m內(nèi)發(fā)生的護(hù)筒穿孔事故，先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定穿孔的嚴(yán)重程度，然后制定相應(yīng)的處理措施[1]。

(1)若護(hù)筒輕微穿孔，采用孔內(nèi)造漿，采用加大泥漿密度、膨潤土用量、水泥量，增加護(hù)壁能力。

(2)若泥漿無法堵漏時(shí)，應(yīng)盡快回土后將護(hù)筒拔出，然后在護(hù)筒下端接一比原護(hù)筒直徑大50～60 cm的更大護(hù)筒，大護(hù)筒的長度以進(jìn)入原土層深度為準(zhǔn)，增加護(hù)筒總長度。

(3)采取回土靜置15～20 d，然后重新沉放護(hù)筒的方法，護(hù)筒在原來的基礎(chǔ)上增加2～3 m。

(4)采用高壓旋噴槍在護(hù)筒周圍形成灰土止水墻，將護(hù)筒密封堵漏。

3.2.2 鉆孔較深時(shí)

(1)采用反循環(huán)鉆進(jìn)工藝，控制鉆桿內(nèi)泵吸收量與泥漿補(bǔ)給量相等，護(hù)筒內(nèi)外壓強(qiáng)相等，使得護(hù)筒滲流量基本為零。

(2)采用旋挖鉆機(jī)施工，調(diào)整護(hù)筒內(nèi)水頭高度，減小水頭差，降至與河床面基本相平。

4 水上鉆孔灌注樁護(hù)筒穿孔施工案例

水上鉆孔灌注樁的施工不同于陸地，本工程通過搭建施工平臺(tái)，采用振動(dòng)錘下埋護(hù)筒，本文以55#～57#墩三個(gè)臺(tái)位鉆孔樁施工為例，對(duì)其施工方案以及在施工過程中遇到護(hù)筒底部穿孔處理方案分別簡(jiǎn)述如下。

4.1 55#墩樁基施工案例

根據(jù)地形核實(shí)，55#墩位于航道邊緣，無法采用護(hù)筒外部填筑反壓土的方案，經(jīng)過設(shè)備分析比選，采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工，并對(duì)原有鋼棧橋進(jìn)行加固處理。旋挖機(jī)使用三一360D型旋挖機(jī)，鉆桿長度102 m，鉆孔深度100 m，滿足施工需求。鋼棧橋加固處理主要根據(jù)旋挖鉆機(jī)鉆孔路線進(jìn)行加設(shè)貝雷片，確保履帶處于其上，保證旋挖機(jī)的施工及行走安全。

由于低水位施工，并基于以往施工經(jīng)驗(yàn)，通過采用降低護(hù)筒內(nèi)水頭高度，減少水頭差，降至與河床面基本相同的方案進(jìn)行處理。具體施工方案如下：

(1)造漿：鉆孔用泥漿在陸地泥漿池進(jìn)行造漿。

(2)旋挖機(jī)鉆進(jìn)施工：在鉆進(jìn)過程中，使用泥漿泵進(jìn)行補(bǔ)漿，補(bǔ)漿過程中注意泥漿面高度，控制在河床面±1.5 m。

(3)混凝土澆筑施工：澆筑過程中，將大型泥漿泵懸吊至河床面±1.5m處，進(jìn)行孔內(nèi)泥漿的抽取，排放至陸地泥漿循環(huán)池中，以重復(fù)使用。

4.2 56#、57#墩樁基施工案例

56#、57#墩施工由于受汛期水位情況影響，為避免出現(xiàn)鋼護(hù)筒穿孔現(xiàn)象，故采取如下措施進(jìn)行預(yù)防處理。

(1)樁基施工時(shí)由于汛期水位上漲，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算制定護(hù)筒埋置長度為17 m。順利施工完成3根樁基。

(2)施工至汛期水位下降時(shí)，原有17 m鋼護(hù)筒內(nèi)水頭過高，出現(xiàn)護(hù)筒底部穿孔現(xiàn)象。

基于上述情況，采取2種方案進(jìn)行處理：①鋼護(hù)筒進(jìn)行加深，由原有17 m增加至25 m。②孔內(nèi)造漿，采用添加膨潤、水泥增加護(hù)壁能力。但由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況復(fù)雜多變，仍舊無法完全避免護(hù)筒底部穿孔發(fā)生。故采用第三種方法進(jìn)行處理。

由于護(hù)筒外部(土+水)壓力小于護(hù)筒內(nèi)泥漿壓力，護(hù)筒埋置地質(zhì)屬于淤泥質(zhì)黏土，在不增加鋼護(hù)筒長度的前提下，在外部對(duì)鋼護(hù)筒周邊進(jìn)行回填黏土施工，增大護(hù)筒外部土壓力，減少與護(hù)筒內(nèi)泥漿的壓力差。并采用反循環(huán)泵組，使得護(hù)筒內(nèi)外壓強(qiáng)基本一致。該樁基礎(chǔ)屬于群樁基礎(chǔ)，計(jì)算得反壓護(hù)筒黏土填筑高度達(dá)6 m，回填反壓土約合3 700 m3。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，可確保護(hù)筒底部不穿孔漏漿。

4.3 施工方案對(duì)比分析

55#～57#墩樁基護(hù)筒底部穿孔漏漿采用不同的處理方案，但是不同的方案有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，如表2所示。55#墩由于場(chǎng)地條件的限制，無法采用護(hù)筒外部填筑反壓土的方案，故采用旋挖機(jī)+降低護(hù)筒內(nèi)水頭高度的方案1，56#、57#墩反循環(huán)+護(hù)筒外側(cè)反壓土的施工方案2。但是方案2相比方案1施工周期更長，并且所需附屬設(shè)備多,儲(chǔ)漿池要加大，操作時(shí)不易控制泥漿補(bǔ)給流量,只適用于接近成孔時(shí)出現(xiàn)的穿孔事故的處理,而且要求施工單位具有現(xiàn)成的設(shè)備[2]。方案2整體樁基范圍內(nèi)土方填筑高度為6 m，土方量約合3 700 m3，考慮承臺(tái)開挖回填土方返挖費(fèi)用，所需總費(fèi)用為61萬元，而方案1只需購置一臺(tái)泥漿泵進(jìn)行泥漿外抽，考慮平臺(tái)加固費(fèi)用(增加貝雷片租賃費(fèi)用及安拆費(fèi)用)，綜合費(fèi)用約為12萬元。

通過對(duì)比分析施工進(jìn)度、施工成本，對(duì)于水上鉆孔灌注樁施工，為了避免或減少護(hù)筒底部穿孔漏漿，在施工地質(zhì)及場(chǎng)地允許的情況下，優(yōu)先選旋挖機(jī)+泥漿外抽循環(huán)方案，其次為反循環(huán)鉆機(jī)+護(hù)筒外側(cè)反壓土方案。

5 結(jié)束語

通過安慈高速公路澧水特大橋水上主墩臺(tái)鉆孔灌注樁的施工實(shí)踐，認(rèn)識(shí)到水上樁基施工中護(hù)筒的設(shè)計(jì)制作與埋設(shè)對(duì)樁基施工質(zhì)量有直接的影響。雖然對(duì)于護(hù)筒穿孔的處理技

表2 護(hù)筒穿孔處理方案對(duì)比

術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是不同的工程往往有不同的施工條件，故需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程情況具體分析。本文結(jié)合施工過程中遇到的護(hù)筒穿孔問題，對(duì)比分析了不同的處理方案，從中總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn),為今后水上灌注樁施工防止類似事故的發(fā)生以及發(fā)生后的處理措施提供了一定的參考價(jià)值。