高原沿河区域超厚细沙层灌注桩——施工技术研究

高原沿河区域超厚细沙层灌注桩——施工技术研究

王文栋

中铁五局集团有限公司湖南省长沙市410007

摘要：青藏高原山南地区跨雅鲁藏布江水中超厚细沙层钻孔桩水下混凝土灌筑施工技术研究。

关键词：高原；沿河；水下；灌注桩；技术；研究

一、前言

西藏山南扎囊大桥位于西藏山南地区扎囊县扎塘镇下游2公里处，当地海拔3700米，该桥直线横跨雅鲁藏布江（雅鲁藏布江上源为杰马央宗曲，源出于喜马拉雅山中段北坡的一系列冰川，由西向东，穿行西藏日喀则、拉萨、山南、林芝四个地市23个县，河床高度大都在海拔3000米以上，是世界上最高的天河，该河流属于季节性河流，河水温度较低），桥梁全长4507米，最大桥高16.08米。根据现场钻探及调绘资料，桥址区地层由上而下依次为第四系全新统冲洪积细砂、粗砂、圆砾、砾砂，其中细砂层厚约7.7～20米。其中6#--8#墩位于河滩位置，细砂层厚约19.2米，在该区域孔桩施工过程中孔壁塌孔问题和孔底沉渣厚度超标问题比较突出，严重影响孔桩成桩质量，比较其他河中间桩基如15#、16#、17#桩基，该区域发生塌孔和沉渣厚度超标问题次数要高出其它区域50%。为提高钻孔桩在该地质条件下的成孔率，本人对以7#-2桩基为例对超厚细砂层地质条件下桩基钻孔施工技术进行了研究。

二、孔桩施工过程中孔壁塌孔、孔底沉渣厚度超标问题成因分析及其预防措施。

2.1孔壁塌孔

问题：钻孔和在安装钢筋笼及导管过程中塌孔事件发生频次较多。

原因分析：

1、护筒深度埋设不足，护筒底部漏浆；现场细砂层厚约19.2米，护筒无法有效穿透砂层。

2、孔内水头过低，孔内反穿孔漏浆；

3、设备配置不足或维护保养不到位，泥浆供应不足；

4、现场工人施工不规范，钢筋笼在安装过程中发生碰壁，钢筋笼焊接时间较长。

5、现场泥浆指标不满足施工要求。

预防措施：

1、项目技术室提前对将要施工桩基现场区域实际冲刷线进行量测，通过现场量测，实际冲刷线在原地面以下2.1--3.6米，据此项目对护筒进行了加长至3.6-5.0米，确保护筒埋置深度要沉入施工期间局部冲刷线以下1.0～1.5米。

2、做好孔内水头高度控制，确保孔内水头高于孔内稳定后的承压水2米以上。

3、完善现场资源配置，定人定岗，做好现场机械设备维护保养，确保设备完好。通过对不同长度桩基泥浆消耗量进行统计分析，现场泥浆数量是灌注桩体积1.2倍以上，确保泥浆数量满足现场需要。

4、做好现场作业人员交底培训，强化施工过程衔接，合理调整钢筋笼制作长度，设置缆绳采取人工配合机械施工模式，避免钢筋笼在安装过程中发生碰壁问题；调整钢筋连接施工工序，由原来的焊接调整为套筒连接，将原来焊接需要的2.5个小时调整到2个小时，减少了钢筋笼安装时间。

5、严格控制泥浆相对密度，设计规范要求泥浆相对密度大于细砂的相对密度1.3g/cm3，经现场试验，泥浆的相对密度为1.3～1.35时，有缩孔现象发生；泥浆的相对密度为1.35～1.4时，虽然护壁效果较好，但泥浆的含砂率过大，高达45%；泥浆相对密度为1.4～1.45时，砂率降低，泥浆中粗颗粒顺利上浮，钻进正常。现场最终确定以1.4～1.45控制泥浆相对密度组织进行钻孔施工，效果较好，没有发生孔壁塌陷现象。

6、增大泥浆比重和粘度，增加泥浆方量，及时补充泥浆流失；严格控制好护壁泥浆浓度及泥浆面高程。

7、现场选用了钠基膨润土。该膨润土适合于各种土层，尤其是层厚较大的细沙层区域的护壁要求。复合钠基膨润土泥浆由钠基膨润土和高分子量聚合物、添加剂组成。其护壁机理为，聚合物分子在槽壁表面的吸附胶结作用，由聚合物和膨润土颗粒共同构成的泥皮对槽壁的胶结作用。

由于采用了钠基膨润土，其水化后的膨胀倍数为钙基膨润土的5-10倍以上，膨润土的小板结构充分打开。膨润土的小板与高分子聚合物之间的桥接作用，可在孔壁形成又薄又韧、致密的泥皮。大大降低了泥浆的滤失，使泥浆的失水量减少，从而降低了对周边地层含水量的扰动，使孔壁周边的地层尽量保持原状，防塌性能增强。

2.2孔底沉渣厚度超标

问题：在桩基清孔过程中，发现孔底沉渣超标现场较为突出，严重影响施工进度及成桩质量。

原因分析：

1、泥浆原材料不合格，导致泥浆指标不满足设计规范要求。

2、泥浆检测仪器未鉴定，检测出的泥浆指标不准确。

3、泥浆相对密度较低，泥沙悬浮时间短，泥浆粘性较差。

4、清孔方法与现场实际不符，导致清孔未能有效清理沉渣。

5、现场工人操作不规范或设备原因，导致成孔后未及时灌注混凝土。

6、天气原因，雨水对泥浆进行了稀释，导致泥浆指标不满足要求。

预防措施：

1、加强对泥浆原材料（膨胀土、纤维素、纯碱）（高原区泥浆原材料）质量控制，定期对原材料进行取样检验。对原先采用的膨胀土原材料进行更换，调整为钠基膨润土，有效提升了泥浆护壁性能、携渣能力及稳定性。

2、稠度仪、比重仪、含砂量计要求每年检验一次，对检定记录和检定证书进行查验。

3、做好现场作业人员交底培训，强化施工过程衔接，缩短成孔后灌注混凝土时间。

4、图纸设计要求清孔后孔底沉淀厚度小于0.5m，现场需要依据实际地质条件，选择合适的清孔方式。其中清孔方式包括抽浆法、换浆法、掏渣法和用砂浆置换钻渣清孔法。现场根据实际情况对灌注桩现场采用正循环换浆法进行清孔试验。经现场试验，泥浆的相对密度在1.3以下时，孔底沉渣在15分钟内迅速沉淀1.1米。在加入少量纤维素进行增稠，泥浆的相对密度提高到1.3时，再进行清孔，孔内沉淀顺利上浮。经过反复试验，清孔时泥浆相对密度控制在1.3～1.35最佳。

超厚细沙层钻孔桩孔壁塌孔和孔底沉渣厚度超标问题既涉及原材料、工艺工法及施工组织安排，但其共同点在于对泥浆相对密度指标要求较高，这就要求我们在进行孔桩施工过程中依据现场实际地质条件，合理控制泥浆各项指标，方可做到对孔桩成孔质量的有效控制。

2.3其它因素对水下混凝土灌筑的影响

孔桩混凝土灌筑受地质条件影响较大。在灌筑前应仔细调查地质资料，拿出切实可行的灌筑方案。对灌筑过程中出现的穿孔、塌孔等地质原因造成的损失加以分析。影响水下混凝土灌筑施工的因素还有很多。例如：清孔时泥浆比重的掌握、封底成功与否、施工机械故障等等都与混凝土配比、灌筑息息相关。

三、结束语

综上所述，高原沿河区域超厚细沙层灌注桩施工是一门技术含量较高的施工工艺，它不仅对施工技术要求较高，对施工组织，设备维护、人员素质、环境保护等同样要求较高。我们只有不断地总结经验，加强学习，温故而知新，才有可能解决好桩基施工过程中遇到的各种难点和问题。

参考文献：

[1]《铁路桥、涵施工规范》

[2]《铁路桥、涵质量评定标准》