渭河滩地大直径深孔桩基成孔施工技术探究

渭河滩地大直径深孔桩基成孔施工技术探究

张渊

张渊

中铁十五局集团第七工程有限公司

摘要：西安高陵鹿苑渭河大桥工程桩基，最大直径1.7m，最大桩长75m，且地层为流（细）沙地质，基于其成孔难度极高的实际情况，进行原因分析，有针对性采取措施，解决了泥浆质量、护筒长度、孔口地质松软、底层中含有漂石、工序时间过长等实际问题，有效地解决了桩基塌孔问题，大幅提高桩基施工质量和施工进度。

关键词：流沙；富水；大直径；长桩；成孔；技术研究

1、工程简介

西安高陵鹿苑渭河大桥工程，位于西安市高陵县境内渭河之上，是西安市交通运输局规划的“三横三纵三辐射”农村二级公路网化工程的一部分。全桥桩基共计408根，最大桩径1.7m，最深75米，最短51米。

2、地质地貌

本项目由北向南跨越三种地貌单元，依次为黄土残塬（二级阶地）、渭河冲积平塬（一级阶地）及渭河漫滩三种地貌特征。

本区所处大地构造位置为汾渭断陷渭河断陷区域，区域目前无地裂缝，主要为黄土状土、粉细砂、中粗砂及亚粘土。渭河河床上部为粉细砂，中下部大部分为中砂，局部夹薄层粉质粘土及粗砂。桥位区地层承载力150～450Kpa。

3、桩基施工主要流程

场地平整→桩位测量→埋设护筒→钻孔泥浆制备→钻孔→清孔→下钢筋笼和灌桩。

钢筋笼在钢筋加工场分4节制作，成型后用专用炮车运至井口，大型吊车吊装拼接及就位；混凝土采用商混，罐车运输至施工现场；桩基混凝土采用导管进行水下灌注。

4.塌孔现象的发生

开工初始因施工河滩处，施工正常无塌孔情况发生。后转入河道内施工，施工时对场地平整，部分挖机碾压筑岛，护筒长度2m。护筒周围用粘土分层夯，使用当地粘土造浆，循环使用。在开钻前，备足造浆土，人工在护筒孔内造浆，钻孔钻进速度适中。钢筋笼采用2根穿孔钢棒支撑于孔壁枕木上。多次在钢筋笼下注拼接过程中发生塌孔，给施工安全、质量、工期、成本、安全造成极大压力。

4、原因分析

高陵鹿苑渭河公路大桥位于高陵境内渭河高渭河滩地，河滩宽广，地层为多年沉积细沙，遇地下水及振动极易形成流沙状态，对桩基成孔特别不利，地下水位高，地质为流（细）沙，施工条件极差。桩基成孔质量直接影响到桩基灌注质量乃至整个桥梁通车后的安全运行，直接关系到项目部的整个项目创优创效。必须下大力预防大直径深孔桩基塌孔。为此，项目部主要技术和施工人员，立即进行要因分析，主要有：泥浆质量不符合，护筒长度不足，护筒埋设不规范，孔口地质松软，桩位位于河道中，地层中含有漂石，工序时间过长。

5、对策措施

根据对策表，落实具体的实施措施。

措施一、解决“泥浆质量不符合”问题

1）钻孔中添加泥浆膨润土（河南信阳市广运膨润土制品厂生产，每袋净重40kg），施工中每根桩投放粘土50m3，膨润土4t。

（说明：泥浆膨润土是制备泥浆的专用土，具有相对密度低、黏度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。经试验渭河河道用量为水的8％，即8kg的膨润土掺100L的水。）

2）在泥浆中添加纯碱（内蒙古君正化工有限责任公司生产的片状氢氧化钠，含量96%，每袋25kg），施工中每根桩投放纯碱2袋。

（说明：片状氢氧化钠的作用可使泥浆的pH值增大到10。泥浆中pH值过小时，黏土颗粒难于分解，黏度降低，失水量增加，流动性降低；小于7时，还会使钻具受到腐蚀；若pH值过大，则泥浆将渗透到孔壁的黏土中，使孔壁表面软化，黏土颗粒之间凝聚力减弱，造成裂解而使孔壁坍塌。pH值以8～10为宜，这时可增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量。掺入量为膨润土的0.3％～0.5％。）

实施效果：泥浆质量满足：泥浆粘度18～28Pa.s，含砂率≤4%。

措施二、解决“护筒长度不足”问题

1）购买定做新护筒，每节长度为3.6米。

2）对长度不足护筒进行加长，使其长度达到3.6米以上，最长达到6.5m。

3）采用挖掘机及振动锤压埋，并对顶口采用混凝土封闭。

实施效果：护筒加长后，对孔口地面支撑的深度大大加深，孔口施工荷载（钻机、吊车、罐车等）形成的对井壁侧压力均由护筒支撑，而向下的荷载随深度增加迅速扩散减小，使井口稳定性大大增加。自护筒加长后，主河道桩基塌孔现象仅出现一例。

措施三、解决“护筒埋设不规范”问题

1）采用人工挖基坑，周围分层夯填粘土。

2）严格控制护筒中心偏位及竖直度，确保钻进中钻头不挂碰护筒。

实施效果：前期由于埋设护筒不规范，钻孔中护筒周围出现歪斜，钻头上下容易挂碰到护筒。现由于护筒埋设规范，护筒位置、竖直度准确、周边填土密实，因而埋设的护筒稳定、准确，无歪斜、挂碰钻头现象发生。

措施四、解决“孔口松软处理不当”问题

1）护筒埋设后在周围采用C20混凝土浇注隔水圈，避免井口水渗到护筒周围。

2）对护筒周边有孔洞的补焊严密，避免孔内水渗到护筒外壁。

3）施工中在钻机后支腿下铺垫厚度30mm的大块钢板，避免钻机支腿集中荷载造成孔口坍塌。

4）加大井口支垫方木间距，并在方木底下放置1m*3m*15mm的钢板以减小对护筒周围孔壁的压力，同时将原穿孔钢棒改为I18加肋工字钢。

实施效果：前期钻孔中，由于顶部向下渗水，护筒周围出现坍塌小洞，且受水浸泡而逐渐扩大，最终不得不放弃钻孔。采用混凝土护圈对护筒周围进行封闭，井口水无法渗入护筒周围，也没有出现坍塌小洞现象。

措施五、解决“主河道未创造可靠施工平台”问题

1）对位于主河道的墩台分期施工，施工中采用筑岛使钻机具备施工平台。

2）筑岛采用黄土分层回填，采用挖掘机、装载机及压路机填压密实。

实施效果：主河道施工中均设置了可靠的作业平台。

措施六、解决“无应对漂石措施”

3）根据调查及钻孔记录表明，漂卵石地层仅出现在主河道9#～14#墩，此段河水流速大，汛期洪水从上游携带漂卵石沉积于此，主要位于河滩地面下8～10米深度，考虑到筑岛高度确定漂石层不超过15米。

4）为解决此问题，决定采用冲击钻机及反循环钻机进行二次成孔的工艺。开孔采用冲击钻钻进15米，然后用粘土回填，沉淀2天后采用反循环钻机钻至设计深度。

实施效果：此工艺能顺利通过漂石层。

措施七：压缩工序时间

1）建立工序卡片，严格记录工序过程

2）建立工序交接记录，明确责任，建立可追溯性。

实施效果：各工序负责人责任心明显加强，工序紧凑，节约时间达30%。

6、技术效果

采取以上措施后，桩基施工中再未发生过塌孔情况，施工顺利、稳定、可靠，。加快了桩基施工进度，受到了业主的赞扬奖励。（用时4个月完成右幅204根桩基础，今年9月18日渭河30年一遇大洪水，桩基施工未受任何损失）。工程完工经陕西宇通公路研究所有线公司第三方检测全桥所有的408根桩基均达到Ⅰ类桩基标准。措施中使用的材料利用了一部分废料，而且制作的工具都是可重复利用的。为此类地质的桩基础施工积累了宝贵的经验。