南部非洲地區(qū)富裂隙強(qiáng)風(fēng)化砂巖鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)

陳豪舉

摘要 鉆孔灌注樁以其適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于橋梁樁基領(lǐng)域。南部非洲近海地區(qū)的強(qiáng)風(fēng)化砂巖地層因其裂隙發(fā)育、易溶蝕、巖層強(qiáng)度變化不一等特點(diǎn)使得鉆孔灌注樁施工存在諸多困難。文章通過總結(jié)非洲莫桑比克SAVE河大橋樁基施工的工程實(shí)踐，對(duì)強(qiáng)風(fēng)化砂巖條件下鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵工序、常見施工難點(diǎn)及處理措施進(jìn)行了分析探討。研究成果在大橋建設(shè)過程中成功實(shí)施，解決了砂層塌孔、巖層裂隙漏漿等問題，為此類地層的樁基施工提供了較為豐富的工作思路及可靠方案。

關(guān)鍵詞 鉆孔灌注樁;富裂隙強(qiáng)風(fēng)化砂巖巖層;施工技術(shù);塌孔;漏漿

中圖分類號(hào) U445.551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0119-03

0 引言

在南部非洲近海地區(qū)，富裂隙強(qiáng)風(fēng)化砂巖是普遍存在的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在此類地區(qū)進(jìn)行橋梁樁基施工時(shí)，裂隙發(fā)育、易溶蝕、巖層強(qiáng)度變化不一等不良地質(zhì)易造成基樁施工困難，甚至影響到項(xiàng)目質(zhì)量和工期。該文以莫桑比克中部SAVE河大橋項(xiàng)目的樁基施工為例，對(duì)富裂隙強(qiáng)風(fēng)化砂巖條件下鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵工序及難點(diǎn)處理進(jìn)行分析探討，總結(jié)出具有普遍性和經(jīng)驗(yàn)性的施工技術(shù)方案。

1 工程概況

莫桑比克SAVE河大橋共計(jì)17個(gè)樁位，92根直徑1.5 m樁基，總長(zhǎng)5 026 m，平均深度54.6 m，最深為82 m。以現(xiàn)場(chǎng)勘察報(bào)告中北岸NP1橋墩的地質(zhì)特征為例，現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)上覆松散沉積物，下伏基巖，可分為0～3.6 m黏土碎石沉積層;3.6～22.2 m全風(fēng)化砂巖，屬于軟巖，出現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象，裂隙發(fā)育;22.2～44.4 m強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)砂巖，出現(xiàn)大量蜂窩狀溶孔，28 m泥巖夾層，此類地質(zhì)結(jié)構(gòu)在南部非洲近海地區(qū)十分常見。各土層巖性特征及承載力參數(shù)見表1。

下伏基巖巖石膠結(jié)不致密，裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)。北岸橋臺(tái)樁位處地下水位14.2 m，南岸橋臺(tái)樁位地下水位14.8 m，與河床水位接近，表明施工區(qū)域內(nèi)地下水與河水水力聯(lián)系密切。

2 富裂隙強(qiáng)風(fēng)化砂巖地區(qū)鉆孔灌注樁施工技術(shù)

基樁施工工藝流程圖如圖1。

2.1 施工前準(zhǔn)備工作

（1）現(xiàn)場(chǎng)采用ZJD-2300氣舉反循環(huán)回旋鉆機(jī)并配置ZX-200泥漿凈化器等配套設(shè)備。鉆機(jī)鉆孔最大直徑2.0 m，現(xiàn)場(chǎng)采用1.5 m鉆頭，最大深度140 m，動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速18轉(zhuǎn)/分，扭矩為12 t·m，總功率110 kW，整機(jī)重量為25 t。

（2）Save河為間歇河流，引橋橋墩及主橋過渡墩樁位采用旱季淺水筑島法。主橋三、四號(hào)墩位位于主河道內(nèi)，搭設(shè)鉆孔平臺(tái)并采用鋼管樁基礎(chǔ)，2H450×200承重梁，貝雷梁、分配梁工25a以及工12.6，面板采用δ10 mm花紋鋼板。

（3）鋼護(hù)筒直徑1.8 m，壁厚14 mm，長(zhǎng)5 m。護(hù)筒振設(shè)穿過松散砂層，進(jìn)入黏土層，頂端高于平臺(tái)頂面0.30 m。鉆孔平臺(tái)上采用型鋼導(dǎo)向架，導(dǎo)向架直接與鉆孔平臺(tái)連接以增強(qiáng)剛度及穩(wěn)定性。

2.2 泥漿制備

Save河橋所在區(qū)域的地質(zhì)以砂層為主，不具備主動(dòng)造漿能力。鉆孔施工采用人工造漿，布設(shè)泥漿循環(huán)系統(tǒng)用于鉆進(jìn)補(bǔ)漿及二次清孔。制備泥漿需要粘土、膨潤(rùn)土和水，并摻入一定比例純堿、CMC和PHP，具體參數(shù)見表2，新制備泥漿應(yīng)滿足表3的性能指標(biāo)。北引橋NP4、NP5、NP6墩位于易塌陷地區(qū)，鉆孔灌注樁的泥漿黏度控制在24 Pa·S[1]。

2.3 回旋鉆鉆進(jìn)成孔

（1）鉆機(jī)在護(hù)筒內(nèi)正循環(huán)造漿，通過護(hù)筒底部的過渡段時(shí)進(jìn)尺速度為0.3 m/h，避免擾動(dòng)底口土層，保證護(hù)壁質(zhì)量及護(hù)筒穩(wěn)定性。

（2）在護(hù)筒外黏土層鉆進(jìn)時(shí)，泥漿比重降低至1.05 g/cm，黏度降低至15 Pa·S，進(jìn)尺速度為0.5 m/h，過程中定時(shí)觀察鉆機(jī)參數(shù)和泥漿指標(biāo)。

（3）根據(jù)地勘報(bào)告確定強(qiáng)風(fēng)化砂巖巖層深度，在鉆進(jìn)至砂巖巖層前，需要開始觀察除砂器內(nèi)是否出現(xiàn)巖石渣樣，同時(shí)注意觀測(cè)鉆桿擺動(dòng)情況和鉆機(jī)狀況以確定砂巖層面傾斜情況。

（4）在鉆進(jìn)砂巖巖層后，由于Save河地區(qū)強(qiáng)風(fēng)化砂巖內(nèi)裂隙發(fā)育，鉆進(jìn)過程中注意泥漿高度變化，隨時(shí)補(bǔ)充泥漿維持水頭高度。

（5）在鉆孔深度達(dá)標(biāo)后進(jìn)行第一次清孔，應(yīng)保證泥漿含砂率小于1.5%，黏度18～20 Pa·S。一清完成后及時(shí)停機(jī)并拆除鉆桿、移除鉆機(jī)，進(jìn)行成孔檢測(cè)。鋼筋籠下放導(dǎo)管安裝完成后，混凝土澆筑之前，要進(jìn)行第二次清孔，以減少基底沉渣[2]。

2.4 鋼筋籠制作與下放

（1）鋼筋籠分節(jié)制作，上下節(jié)采用“靠模法”精確對(duì)位。主筋采用直螺紋套筒連接，鋼筋點(diǎn)焊時(shí)嚴(yán)格控制電流大小，避免咬傷主筋。加工完成后需對(duì)絲扣進(jìn)行保護(hù)，每個(gè)絲扣都要配備保護(hù)套。鋼筋籠外側(cè)設(shè)置控制混凝土保護(hù)層厚度的圓餅墊塊[3]。

（2）下放鋼筋籠時(shí)要避免混凝土保護(hù)層墊塊與孔壁擠壓沖突而損壞，影響成樁質(zhì)量。鋼筋籠安裝到位后，在孔口將鋼筋籠和鋼護(hù)筒焊接牢固，避免浮籠現(xiàn)象發(fā)生。

2.5 混凝土灌注

（1）首盤料下放前先打開泥漿泵，將護(hù)筒內(nèi)泥漿抽出部分，防止首盤料下放時(shí)泥漿迅速上升而溢出護(hù)筒，污染環(huán)境。導(dǎo)管底口的懸空要求在30～40 cm。

（2）首盤混凝土下放時(shí)需滿足導(dǎo)管埋置深度1 m。導(dǎo)管內(nèi)放置浮球，料斗下料后混凝土進(jìn)入導(dǎo)管，浮球?qū)⒒炷僚c泥漿隔絕，混凝土推著浮球向下將其從導(dǎo)管口擠出（如圖2）?；炷翛_出導(dǎo)管后將孔底鉆渣抬升，導(dǎo)管口埋入混凝土內(nèi)。正常灌注時(shí)導(dǎo)管的實(shí)際埋深在2～3節(jié)為宜。

2.6 砂層鉆進(jìn)過程中塌孔處理

2.6.1 情況說明及原因分析

Save河大橋靠近主河道的NP5、NP6、NP7、MP1、MP5、MP6、SP1、SP2墩位樁基在鉆進(jìn)初期均發(fā)生不同程度的塌孔。經(jīng)過地勘報(bào)告分析得出這幾處樁位的淺層地層特質(zhì)以砂層為主，穩(wěn)定性不高，易發(fā)生塌孔事故[4]。

2.6.2 預(yù)防措施及處置要點(diǎn)

筑島法填筑時(shí)，樁位處應(yīng)選用含水率較好的粘土進(jìn)行夯實(shí)。在河道北岸地表10 m深度與南岸6 m深度內(nèi)為松散粉砂土或流砂，制備泥漿時(shí)選用比重大、黏度高、膠體率大的優(yōu)質(zhì)基漿，采用合理鉆進(jìn)參數(shù)（進(jìn)尺及轉(zhuǎn)速），鉆進(jìn)過程中及時(shí)補(bǔ)充水，保證孔內(nèi)水頭高度。當(dāng)發(fā)生塌孔時(shí)，首先仔細(xì)查明塌孔位置和原因，根據(jù)嚴(yán)重程度分級(jí)處理，對(duì)于坍塌較輕的情況可增大泥漿比重以穩(wěn)定泥漿護(hù)壁;如果坍塌嚴(yán)重，則需盡快回填粘土并等待沉淀物自然密實(shí)，而后再行鉆進(jìn)快速穿過該地層。

2.7 鉆進(jìn)過程中漏漿處理

2.7.1 情況說明及原因分析

大橋北岸橋臺(tái)NA0的4根樁基及NP1的2根樁基在鉆進(jìn)過程中均發(fā)生嚴(yán)重漏漿。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)這兩處樁位在鉆進(jìn)過程中均需穿過位于15 m以及26 m的強(qiáng)風(fēng)化砂巖碎裂帶，兩處碎裂帶均有溶蝕現(xiàn)象，裂隙發(fā)育，容易導(dǎo)致漏漿現(xiàn)象發(fā)生（如圖3）。

2.7.2 處置措施及施工要點(diǎn)

在應(yīng)對(duì)漏漿問題時(shí)，首先增大泥漿黏度，提升護(hù)壁穩(wěn)定性。將黏度提升至50 Pa·S時(shí)，水頭仍下降至地表以下15 m，此高度與河水面相平，說明地下水與河水水力聯(lián)系密切，巖層裂隙聯(lián)通河道。隨后在泥漿中再添加膨潤(rùn)土、水泥和鋸末，使用密封蓋封住鉆桿內(nèi)腔，開動(dòng)空壓機(jī)迫使粘稠的泥漿在鉆孔內(nèi)自循環(huán)，使泥漿、水泥、鉆渣、鋸末等混合物在自循環(huán)過程中不斷粘附在孔壁裂隙中。此時(shí)水頭不能過高，防止高水壓擠破薄弱的混合泥漿護(hù)壁。鉆桿鉆進(jìn)一段，用此方法粘附一段，再利用反循環(huán)清除孔底鉆渣，再鉆進(jìn)一段，直至鉆機(jī)打穿碎裂帶。在添加鉆桿過程中，鉆頭起落、下放導(dǎo)管以及鋼筋籠時(shí)需要格外注意，不能刮破護(hù)壁上的泥皮。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用此方法成功解決樁基漏漿問題。

3 結(jié)語

該文根據(jù)南部非洲地區(qū)SAVE河大橋樁基施工的工程實(shí)踐，總結(jié)了富裂隙強(qiáng)風(fēng)化砂巖地區(qū)鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)對(duì)該地區(qū)容易發(fā)生的塌孔、漏漿等問題原因進(jìn)行分析并提出處置要點(diǎn)。項(xiàng)目樁基超聲波檢測(cè)結(jié)果完整達(dá)標(biāo)，表明施工技術(shù)方案滿足質(zhì)量及功效要求。

參考文獻(xiàn)

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