沖擊鉆破除障礙確保樁基施工質(zhì)量

葉圣宏，閔振寰

（1.寧波新亞建設(shè)有限公司 ，浙江寧波 315040；2.天津城建集團(tuán)有限公司，天津 300050）

1 工程概況與課題介紹

寧波市北環(huán)快速路工程VII標(biāo)段工程項目總地面面積為184715 m2，合同工期為670日歷天，總工程造價為4.34億元。工程范圍西起329國道，東交世紀(jì)大道，全長約1790 m，主線采用高架+地面道路結(jié)構(gòu)，與世紀(jì)大道相交采用四層“全定向+迂回半定向匝道”組合式全互通立交方式。

該工程下部結(jié)構(gòu)樁基均為樁徑1 m的鉆孔灌注樁，部分樁基樁位下有一條已廢除污水管障礙，與設(shè)計樁位沖突（見圖1）。為確保工程順利開展，計劃需對污水管進(jìn)行破除。

圖1 障礙污水管與樁基位置示意圖（單位：cm）

2 新老工法對比

經(jīng)過咨詢相關(guān)專家及集中各方意見后，結(jié)合寧波新亞建設(shè)有限公司多年來的施工經(jīng)驗，該工程項目部準(zhǔn)備了人工挖孔破除、拉森鋼板樁圍護(hù)開挖破除兩種傳統(tǒng)施工工法及沖擊鉆新工法破除共三個備選方案。針對以上三個方案進(jìn)行了多次討論研究，對其是否符合該工程實際情況進(jìn)行判別。

2.1 人工挖孔樁

人工挖孔樁采用人工挖孔至管道位置，對障礙管道進(jìn)行人工破除，并對破除后管道進(jìn)行封堵，完成后采用回旋鉆機(jī)完成剩余部分樁基施工。

2.1.1 安全控制

由于管道埋深在5 m以上，且部分管段埋深在10 m，人工挖孔開挖深度較大，存在危險性。且所需破除的管道為污水管線，內(nèi)含大量有毒有害氣體，人工挖孔、鑿除管道存在大量不安全因素。

2.1.2 質(zhì)量控制

人工挖孔樁，存在質(zhì)量隱患。且管道位置封堵質(zhì)量將直接影響整體樁基的質(zhì)量，封堵不完全或后續(xù)回旋鉆機(jī)施工中對封堵造成破壞后，均會造成后續(xù)成樁在封堵位置存在擴(kuò)徑現(xiàn)象。

2.1.3 進(jìn)度控制

人工挖孔樁施工進(jìn)度慢，且挖孔樁外側(cè)采用混凝土護(hù)壁，那么施工時間長，穩(wěn)定性難以保證，如果采用鋼護(hù)筒護(hù)壁，那么費(fèi)用將比拉森鋼板樁圍護(hù)開挖破除及沖擊鉆破除法更高。

2.2 拉森鋼板樁圍護(hù)開挖

傳統(tǒng)方法對障礙樁基位置采用拉森鋼板樁進(jìn)行圍護(hù)，進(jìn)行大開挖施工，施工開挖至污水管管底后對障礙污水管進(jìn)行鑿除，鑿除完成后回填土至現(xiàn)狀路面高度待回填土穩(wěn)定后采用回旋鉆機(jī)進(jìn)行灌注樁施工。此施工方法在安全控制、質(zhì)量控制、進(jìn)度控制上均存在隱患。

2.2.1 安全控制

由于深基坑作為一個危險性較大的分部分項工程，不但要做好圍護(hù)的設(shè)置，而且在施工中要加強(qiáng)監(jiān)控管理，開挖后人員要下到基坑內(nèi)進(jìn)行兩端管線封堵，較為危險。

2.2.2 質(zhì)量控制

回填土穩(wěn)定性會對樁基造成一定影響，而且開挖施工會導(dǎo)致兩側(cè)道路開裂位移，影響后續(xù)上部結(jié)構(gòu)支架搭設(shè)。

2.2.3 進(jìn)度控制

每個基坑開挖回填須15 d，沉降期約7 d，且先要進(jìn)行基坑開挖，后進(jìn)行整個承臺樁基的施工，施工周期較長。

2.3 沖擊鉆新工法

沖擊鉆新工法施工在障礙樁基位置先采用沖擊鉆從原地面向下施工直至污水管處理完成，然后采用回旋鉆機(jī)進(jìn)行以下部分施工至設(shè)計樁底。此施工方法在安全控制、質(zhì)量控制、進(jìn)度控制上均優(yōu)于傳統(tǒng)施工方法。

2.3.1 安全控制

施工人員均在地面進(jìn)行施工，較為安全。

2.3.2 質(zhì)量控制

在封堵完備的情況下，樁基施工質(zhì)量能有效控制。

2.3.3 進(jìn)度控制

可先進(jìn)行同一承臺內(nèi)無障礙樁基施工，中間存在障礙樁基在相鄰三個承臺之間輪換作業(yè)，施工周期較適宜。

在施工成本控制上，針對該工程實際，傳統(tǒng)施工方法成本約為587萬元，而沖擊鉆新工法成本約為594萬元，在經(jīng)濟(jì)性上新老工法不存在明顯差異。

因此，沖擊鉆新工法是值得提倡推薦在類似施工條件工程中，優(yōu)先考慮使用的。

3 沖擊鉆法施工工藝

3.1 現(xiàn)狀管道封堵、泥漿滿灌

樁基施工采用泥漿護(hù)壁，如果不對現(xiàn)有管道泥漿滿灌，沖擊鉆沖破污水管道泥漿將瞬間泄空，導(dǎo)致鉆孔坍塌，因此確定對現(xiàn)狀管道進(jìn)行封堵，并灌滿泥漿。

管道封堵的方法有很多，該工程采用拉森樁進(jìn)行封堵。采用沖擊鉆在封堵位置垂直障礙污水管方向進(jìn)行沖擊，沖擊長度需大于管道直徑，沖擊鉆沖擊至污水管管道基礎(chǔ)底以下2 m，形成長條形基坑。沖擊完成后，在基坑內(nèi)填土并夯實。填土完成后，在基坑內(nèi)打設(shè)12 m拉森IV型鋼板樁，形成完整封堵，防止泥漿灌滿后流失。

對于管道滿灌所需泥漿，可采用現(xiàn)場其他樁位鉆孔樁施工產(chǎn)生泥漿，也可根據(jù)現(xiàn)場實際自制泥漿。

3.2 測量放樣、鋼護(hù)筒埋設(shè)

鉆孔樁直徑均為1.0 m，因此采用內(nèi)徑1.1 m的鋼護(hù)筒（壁厚10 mm）作為現(xiàn)狀管道封閉用，防止塌孔及混凝土灌注時從廢棄管道外流。護(hù)筒頂面高出地面30 cm以上，以防止雜物、地面水流入井孔內(nèi)。

為保證混凝土灌注時混凝土不會外漏至兩側(cè)廢棄管道內(nèi)，部分管道基礎(chǔ)距離③2層粉質(zhì)粘土混粉細(xì)砂層距離較大，因此將鋼護(hù)筒埋設(shè)深度設(shè)定至現(xiàn)狀污水管道基礎(chǔ)底以下2 m位置，沖擊鉆沖擊至管道底以下6 m可將障礙完全清除；部分管道基礎(chǔ)底部3 m左右為③2層粉質(zhì)粘土混粉細(xì)砂層，沖擊鉆施工時基本可以利用此層將管道碎塊沖碎，但需要多次沖擊，這樣就容易造成鋼護(hù)筒底部外側(cè)及鋼護(hù)筒底至砂層頂?shù)囊蝗ν翆犹?，因此加深鋼護(hù)筒應(yīng)埋設(shè)至粉質(zhì)粘土混粉細(xì)砂層內(nèi)50 cm。

3.3 沖擊鉆就位、施工（泥漿護(hù)壁）

鉆孔樁直徑均為1.0 m，因此采用1.07 m的3 t沖錐將管道破碎。

沖擊鉆初鉆時進(jìn)程適當(dāng)控制，采用1 m小沖程進(jìn)行施工，使最初成孔豎直、圓順，防止孔位偏心、孔口坍塌。進(jìn)入正常鉆進(jìn)后，采用2 m左右沖程。由于管道中心位置與樁中心布置不是正對，沖擊管道時可能發(fā)生傾斜，因此在沖擊至障礙管道位置時，采取低沖程鉆進(jìn)。

鉆機(jī)鉆進(jìn)時及時排渣，并保持泥漿的密度和粘度，在沖擊至管道位置時，加大泥漿比重。泥漿作用在井孔壁形成一層泥皮，阻隔孔隙水滲流，保護(hù)孔壁免于坍塌。同時，泥漿還起懸浮鉆渣的作用，使沖擊鉆施工正常進(jìn)行（見圖2、圖3）。在適當(dāng)位置開挖沉淀池、泥漿池，以及各孔位的泥漿槽，鉆碴在沉淀池沉淀后挖出并棄運(yùn)，防止泥漿流入農(nóng)田、水渠和河道。鉆孔作業(yè)要連續(xù)進(jìn)行，不得間斷，因故必須停鉆時，孔口應(yīng)加蓋，并嚴(yán)禁把沖擊錐留在孔內(nèi)，以防埋鉆。

圖2 護(hù)筒檢查實景

圖3 沖擊鉆施工實景

3.4 護(hù)筒加高

完成一個鋼護(hù)筒高度的沖擊鉆施工后，暫停鉆進(jìn)，將下節(jié)鋼護(hù)筒吊至樁位上與已埋設(shè)好的鋼護(hù)筒滿焊連接。

3.5 護(hù)筒壓入

完成鋼護(hù)筒滿焊連接后，在護(hù)筒上方放置5 cm厚鋼墊板，用沖擊錘將鋼護(hù)筒壓入，護(hù)筒埋設(shè)完成后，繼續(xù)鉆進(jìn)一個鋼護(hù)筒高度的沖擊鉆施工，吊另一護(hù)筒放置于已埋設(shè)的護(hù)筒上，進(jìn)行焊接后，在護(hù)筒上方放置5 cm厚鋼墊板，用沖擊錘將鋼護(hù)筒壓入，依次循環(huán)施工。

由于采用鋼護(hù)筒進(jìn)行封閉，這樣也造成鋼護(hù)筒段樁直徑變?yōu)?.1 m且鋼護(hù)筒無法拔除。

3.6 沖擊鉆完全清除障礙

根據(jù)該工程試樁結(jié)果及后續(xù)施工經(jīng)驗，一般沖擊至管道基礎(chǔ)以下6 m可以完全清除障礙物。對于沖擊施工中碰到③2層粉質(zhì)粘土混粉細(xì)砂層，沖擊鉆施工時基本可以利用此層將管道碎塊沖碎，但需要多次沖擊。

3.7 樁機(jī)移位，回旋鉆機(jī)完成施工

完成對障礙的破除施工后，沖擊鉆移至下一個承臺施工，回旋鉆機(jī)就位，完成剩余部分樁基施工。

4 施工質(zhì)量控制

施工中實行工程質(zhì)量目標(biāo)管理，明確各部門的工作崗位職責(zé)，落實質(zhì)量責(zé)任制，形成一個有效的質(zhì)量保證體系。

（1）鉆機(jī)安裝就位后，底座和頂端要平穩(wěn)，不得產(chǎn)生位移和沉陷。

（2）沖擊前，需進(jìn)行技術(shù)交底，選用不同的沖程及適當(dāng)?shù)哪酀{比重。

（3）沖擊過程中，要經(jīng)常注意沖擊聲音及沖擊進(jìn)尺的變化，以判斷是否沖擊完成。

（4）鉆孔作業(yè)要連續(xù)進(jìn)行，不得間斷，因故必須停鉆時，孔口應(yīng)加蓋，并嚴(yán)禁把沖擊錐留在孔內(nèi)，以防埋鉆。

（5）經(jīng)常檢查泥漿的濃度及排渣情況。泥漿太濃，將吸收大量的沖擊能，并妨礙沖擊錐的轉(zhuǎn)動，使沖擊進(jìn)尺明顯下降，或形成梅花孔、偏孔。

（6）沖擊錐起吊時要平穩(wěn)，避免沖撞護(hù)筒和孔壁，進(jìn)出孔口時，嚴(yán)禁孔口附近站人，防止發(fā)生撞人事故。

（7）處理情況，要根據(jù)沖擊聲音及沖擊錐進(jìn)尺速度判斷，當(dāng)沖擊聲音明顯變化且進(jìn)尺速度明顯加快時，可判定管道已經(jīng)處理完成，此時須做好施工記錄工作。完成后移機(jī)，后續(xù)部分由回旋鉆機(jī)進(jìn)行施工。

5 結(jié)語

通過各參建單位的共同努力，寧波市北環(huán)快速路工程Ⅶ標(biāo)段樁基施工順利完成，后續(xù)檢測結(jié)果均符合設(shè)計與規(guī)范要求，為以后同類工程積累了豐富的施工經(jīng)驗。同時，寧波市北環(huán)快速路工程其他標(biāo)段施工單位借鑒該標(biāo)段工程的成功經(jīng)驗，圓滿地完成各標(biāo)段相同位置障礙的破除，為整條寧波市北環(huán)快速路順利完工通車打下了堅實基礎(chǔ)。

[1]中國市政工程中南研究院.寧波市北環(huán)快速路（前洋立交-世紀(jì)大道）工程施工圖設(shè)計圖集[Z].

[2]《寧波市北環(huán)快速路工程施工VII標(biāo)段現(xiàn)狀污水管破除試驗方案》[Z].

[3]《寧波市北環(huán)快速路工程施工VII標(biāo)段現(xiàn)狀污水管破除及鉆孔樁施工試驗總結(jié)》[Z].

[4]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5]JTG F80/1-2004，公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)[S].