冲击钻在嵊州大桥大直径钻孔灌注桩中的施工

　　一、引言 
　　 
　　 随着经济建设的高速发展，城市建设也在不断的扩展和提高。地基处理和打桩工艺以及施工控制也越来越成熟。针对不同的地质情况，采用不同的打桩设备及工艺对施工的进度、质量、投资都能取得好的成效。达到投资少、进度快、质量有保证的三者统一体。 
　　 
　　二、工程概况及工程地质条件 
　　 
　　 1. 工程概况： 

　　 工程位于嵊州市官河路南段，连接市中心和城南区。桥梁全长563.80米，其中主桥采用2Χ136米跨径的下承式钢管混凝土系杆拱桥，南北引桥均为3Χ22+3Χ26米跨径的预应力混凝土连续箱梁。全桥下部结构均采用钻孔灌注桩基础，其中主桥桩底标高进入微风化层大于1米，中间墩采用18Φ1500 MM 的钻孔桩，边墩采用14Φ1200 MM 的钻孔桩(共计：14Χ2根)。两边引桥桩底标高进入强风化层，桩底标高-6.00米，中间每墩采用4Φ1500 MM 的钻孔桩(共计：20Χ2根)，两边墩采用16Φ1000 MM 的钻孔桩(共计：16Χ2根)。 

　　 2. 场区的地形、地貌 

　　 嵊州大桥位于嵊州市澄潭江、长乐江、曹娥江三江交处，全桥长563.80米(包括引桥)，为两跨过江。主桥墩地质勘探部位位于曹娥江江中，本次施工期间沿主桥中心线(近南北走向)，位置水深在1.7-5.0 米之间，场区地貌上属第四系冲积沉积相带，河底起伏较大，主要是捞砂引起。 

　　 3. 地层及岩性 

　　 根据工程勘察报告及岩石单轴抗压试验，场区内地层可分为三个大层，六个地质亚层，具体分布如下： 
　　 第1-1层：河水 
　　 拟建桥墩部位河水深度在1.70-4.90米之间，平均水深约3.4米。 
　　 第1-2层：淤泥 
　　 江底的河泥，内分布有多量腐植质及部分生活垃圾沉积物等，层厚约0.3 米。 
　　 第3-2层：圆砾卵石 

　　 上部以卵石为主，粒径大的达5-8 CM，一般粒径为3-5CM；下部含较多圆砾，并以砂土及少量粘性土充填，该层分布全区，层顶埋深标高8.58-11.68米，厚度约1.60-5.0米。 

　　 第4-1层：全风化砂质泥岩 

　　 一般分化成土壮，呈可塑-硬塑状态，以粉质粘土为主，粘土次之，可见原岩残余结构，局部分部有少量原岩碎石；其重型动力触探测试平均值N63.5=26.0 击/10CM。该层分布全区，层顶埋深标高4.98-6.98米，厚度约1.20-2.90米。 

　　 第4-2层：强风化砂质泥岩 

　　 以砂质泥岩，夹多层泥质粉砂岩，岩石具有泥壮及凝灰质粉砂结构，主要砂物成分为粉砂及石英、长石等，填隙物为火山碎屑；岩石风化。该层分布全区，层顶埋深标高3.38-5.78米，厚度约11.80-15.10米。是设计选用的引桥桩基持力层。 

　　 第4-3层：中风化砂质泥岩 

　　 砂质泥岩与泥质粉砂层互层、风化、蚀变程度较浅、局部可见结构侵蚀面，岩芯较完整，成长柱状；其岩石单轴抗压强度标准值：fRK= 8.0Mpa，层顶埋深标高-7.42- -10.72米，厚度约5.00-7.50米。 

　　 第4-4层：微风化砂质泥岩 

　　 粉砂质泥岩淤泥质粉砂岩互层，是微弱风化，蚀变痕迹，其岩石单轴抗压强度值：fRK= 9.50Mpa，层顶埋深标高-13.92- -16.42米。 
　　 
　　三、主要施工方法 
　　 
　　 针对本工程地质情况，工程开工前我们对施工方案进行了认真细致地审查，并着重在以下几个方面采取相应的技术措施，从而保证了施工的顺利进行。 

　　 1. 桩机选择 

　　 该工程地层主要是砂质泥岩(主要矿物成分为粘土、粉质粘土、粉砂级石英、长石等)。根据地质条件，从质量、进度及经济方面出发对多种机型的方案比较。决定采用8T冲击钻机并配置气举反循环方式清渣。 

　　 2. 施工组织 

　　 为了在保证工程质量的前提下提前完成合同工期，施工中每个桩机组采用了平行作业分段流水的施工方案。在主桥中间7号墩18Φ1500MM根桩，在有限的筑岛上安排了6台8T冲击钻机连续施工。采用成孔与灌注平行作业法，以缩短施工时间，相邻工程桩采用间隔跳打。 

　　 3. 护筒埋设 

　　 为固定桩位、导向钻头、隔离水、保护孔口及提高内水位，增加对孔壁的静压力以防坍塌，应于钻孔前埋设护筒。孔口护筒采用钢板制作，内径比设计桩径大200MM，护筒高度宜高出地面0.3M，水中施工护筒高出水面1M并高出筑岛面0.3M。底部入土深度不小于3M，穿过淤泥层进入圆砾卵石层。其位置坐标垂直度和高程由全站仪控制，护筒垂直下沉，顶面中心与设计桩位偏差不得超过50MM，竖直线倾斜不大于1%。 

　　 4. 泥浆配置 

　　 钻孔泥浆一般由水、粘土(或优良膨润土)按适当配合比配置而成，其性能指标：相对密度1.20-1.40；粘度(PaS)22-30；含砂率不大于4%；胶体率不低于95%；PH值8-11；造浆能力不低于2.5L/Kg。 

　　 工程地层主要是砂质泥岩和泥质粉砂岩互层(全、强、中、微风化)，最深桩身进入砂质泥岩近30M，砂质泥岩和泥质粉砂岩本身具备造浆能力。在施工过程中刚开始进入圆砾卵石层成孔时，采用了自制泥浆，为了加固孔壁适当提高泥浆的比重达1.38和粘度达24，来平衡钻进成孔时孔壁的稳定。穿过(全、强、中)风化砂质泥岩由自身造浆比重为1.32-1.33，粘度为22-23。最后进入微风化砂质泥岩(达设计要求)造浆比重为1.30。

　　 5. 钻进成孔 

　　 工程采用8T冲击钻机，准备工作完成后，将钻机就位固定，将钻头中心线对准桩中心线，平面偏差控制在20MM以内。钻进时详细记录，确保成孔成孔桩中心线偏差不大于50MM，倾斜度不大于1%桩长。在第3-2层圆砾卵石以上，先采用人工配制泥浆，钻进时如出现孔内泥浆遗失，水位下降时，应向孔内漏水层投泥球堵漏，如孔内出现坍孔等异常情况，应立即将钻头提离孔底并控制泵量，向孔内补充足够的泥浆，加大泥浆比重(或抬高水头高度)以仰制坍孔。进入第4-1层以下的砂质泥岩利用其自身的造浆能力护壁。在钻孔过程中，应对孔位、孔深、孔径、倾斜度及泥浆的各项指标经常进行检查，及时调整和核对。应注意地层变化，在地层变化处均应捞取渣样，写入计录表中并与地质剖面图核对。 

　　 6. 泥浆净化 

　　 根据工程地质资料，在钻进成孔时最深处要穿过20多米深度的(全、强、中)砂质泥岩进入微风化砂质泥岩。在钻机成孔时冲击的砂、岩屑率高，造成泥浆的表观密度高，粘度降低，沉积增加，影响泥浆的护壁效果和桩身混凝土质量。所以在泥浆循环使用时，必须对护壁泥浆及时净化。本工程通过在排渣口用网斗排除砂及岩屑。增设泥浆沉淀池和延长泥浆循环回流线路的方法进行净化。 
　　
　　 7. 放置钢筋笼及导管安装 

　　 钢筋笼长度根据设计要求制作，等分成2节(如主桥墩29.2米，每节14.6米)。单节制作时在现场工棚固定架上焊制成型，为了防止起吊与放置过程变形，需在钢筋笼内侧每隔2M，增加一道Φ22箍筋，并在外侧竖筋上每道沿圆周对称布置4根门拉手形的定位钢筋。钢筋笼最下端的主筋端部再焊一只封闭钢箍，便于顺利下放，并能起到在灌注混凝土时，避免导管上拔时带动钢筋笼上浮。安放钢筋笼，采取三点起吊，空中翻身护直入孔，孔口搭接焊成整体。钢筋笼的顶面标高控制，选用2Φ16吊筋固定在浇捣架上，吊筋的长度根据事先测量的孔口高度和标高计算。钢筋笼安放后在泥浆中浸泡时间越少越好。要求做到入孔内1-2小时内浇注混凝土，以便减少钢筋握固力的损失。 

　　 导管用内径为300MM的钢管，壁厚4MM左右，每节2.5M，配1-2节1.5M短管，由法兰盘螺栓连接，接头处用橡胶圈密封防水。安装导管前，对全部导管进行密水试验，然后解体吊放入孔。混凝土浇注架用型钢制作，用于支撑悬吊导管及上部放置混凝土漏斗。 

　　 8. 二次清孔 

　　 大直径钻孔桩的孔底泥浆指标与沉渣多少，直接影响浇注质量与单桩承载力，采取清孔措施是确保工程质量的关键。本工程采取二次清孔。 

　　第一次为终孔时清孔，第二次为灌注混凝土前清孔。第一次清孔方法是：钻孔深度达到设计标高后停钻，冲击钻头提离成孔，开动反循环装置清孔。清孔后采用外径为钻孔桩直径加100MM(不得大于钻头直径)，长度为4-6倍外径的钢筋检孔器吊入孔内检测孔径和孔形，以到底为标准。 

　　 第二次清孔方法是：(1)在钢筋笼入孔与安放混凝土导管完后，在浇灌之前30分钟内进行清孔。(2)利用灌注混凝土的钢制导管，管内插入供 

　　气管压缩空气通过供气管路至孔内的气水混合室，利用导管内外的压力差清除孔底沉渣的气举反循环清孔。清孔后测量沉渣厚度必须小于设计提出的50MM，若未达到则再次清孔，直到满足为止。 

　　9. 灌注水下混凝土 

　　水下混凝土是一种自密实混凝土，要求具有好的易性和大流动度。拌制水下混凝土宜选普通硅酸盐水泥，最大粒径不大于导管内径的1/6，且不大于40MM，使用碎石时，粒径为5-30MM，砂用级配良好的中砂，混凝土水灰比为0.6以下，水泥用量不低于400KG/M3，含砂率为40-50%，坍落度18-20CM，扩散度为34-38CM。 

　　混凝土第一次浇灌量应满足导管埋人混凝土内1M以上，可通过计算确定。如主桥墩最深处桩径Φ1500MM，孔深27.2M，导管选用Φ300MM，导管底离孔底400MM，泥浆比重取1.3g/cm3 混凝土充盈系数取1.2，钢筋混凝土容重取2.5t/m3,则第一次混凝土灌注量为： 
　　(a) 第一次混凝土灌注好后，导管内混凝土面离桩孔底的高度： 
　　 H = (27.2-0.4-1.0)×1.3/2.5=13.68(M) 
　　(b) 灌入量： 
　　 V≥3.14/4(0.32×13.68+1.52×1.4×1.2)H≥3.93(M3) 
　　灌注混凝土做好测量记录是确保桩身浇筑质量的重要保证，记录应注意： 
　　（1） 预测孔底深度，复核导管总长度。 
　　（2） 每灌注一车(5M3)每拆一节导管，必须测混凝土上表面上升情况与复算导管埋入深度，以保持导管埋入混凝土2-6M为宜。 
　　（3） 桩顶灌注标高的测量应比设计标高提高1M。 
　　 
　　四、质量检验 
　　 
　　 本工程钻孔桩的小应变和高应变动力检测，委托浙江有色地球技术应用研究院工程检测中心进行。对全部的桩进行了小应变的检测未发现断桩、夹层、断裂和离析现象属一类桩。对主桥7号墩抽了2根、北引桥14号墩和9号墩各抽1根、南引桥0号墩和5号墩各抽1根进行高应变动力检测。(见下表) 
　　　　 
　　五、结语
　　 
　　 在卵石圆砾和砂质泥岩层中采用冲击钻孔灌注桩，在质量和进度保证下，它具有操作简单，设备经济。通过实践认识到在施工中应做好以下几方面工作是质量的保证： 
　　(1) 施工过程中应时时测量拉锤头钢绳的垂直度，发现倾斜，及时采用纠偏措施。 
　　(2) 根据工程施工范围内的地层岩性特点，合理确定泥浆性能控制指标，在卵石圆砾层中，可在满足施工要求的基础上，适当提高泥浆比重和粘度。 
　　(3) 泥浆的净化是性能控制中的一个重要组成部分，严格控制泥浆的含砂率，保证界面泥皮形成的质量，从而保证桩身质量。 
　　(4) 采用气举反循环清孔具有吸力强，被冲击破碎的岩、卵石都能吸上来，因此孔底沉渣清除彻底，从而提高端承桩的承载力。 
　　(5) 排渣口可以用网斗取岩屑检验，确保达到设计要求进入的岩层深度。