旋挖成孔施工技術(shù)在高強(qiáng)度巖石地基大直徑鉆孔灌注樁中的應(yīng)用

摘 要：在高強(qiáng)度巖石地基橋梁大直徑鉆孔灌注樁樁基施工中，推廣應(yīng)用先進(jìn)的旋挖成孔施工工藝具有較為顯著的施工效益。文章主要闡述了包括旋挖鉆機(jī)的技術(shù)性能及特點(diǎn)，以及在高強(qiáng)度巖石地基旋挖鉆機(jī)成孔施工中出現(xiàn)的相應(yīng)問(wèn)題的分析總結(jié)，并對(duì)旋挖鉆機(jī)在類似地層施工時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：巖石地基；大直徑鉆孔灌注樁；旋挖成孔；存在問(wèn)題；應(yīng)對(duì)措施

1 背景工程介紹

1.1 工程設(shè)計(jì)概況

該工程為重慶某在建跨嘉陵江大橋工程，主橋橋跨布置為140+240+140m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主橋全長(zhǎng)528m，復(fù)線橋主橋設(shè)墩位P8#、P9#、P10#墩和P11#橋臺(tái)，其中P9#、P10#主墩為連續(xù)剛構(gòu)體系，P9#墩位于河漫灘，并臨近于嘉陵江中心地段，P9#主墩設(shè)樁基承臺(tái)基礎(chǔ)，該墩設(shè)12根Φ2.8m樁基，樁長(zhǎng)18m，樁平面間距縱橫為6.5m，樁基混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。

1.2 地質(zhì)狀況

根據(jù)P9#墩位處地質(zhì)勘察資料，原地面地貌較為平緩，地面標(biāo)高為164.92～167.01m，平均地面標(biāo)高為165.965m左右，地表面有砂卵石層覆蓋，厚度約0.7～3.8m，平均厚度約2.3m左右，卵石直徑5～10cm。以下為泥質(zhì)砂巖和砂巖互層，巖石以下4～6m左右為強(qiáng)風(fēng)層，局部泥質(zhì)較重，裂隙較為發(fā)育，巖層傾角較小，接近于水平狀態(tài)。地勘時(shí)其涌水量為13.24立方米/天，但在基坑開(kāi)挖過(guò)程中或受江水水位增高的影響，其涌水量將大大增加，為可挖狀態(tài)。

2 設(shè)備選擇與成孔原理

根據(jù)橋址區(qū)域工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及水文情況，P9#墩基礎(chǔ)施工需在3～6月嘉陵江枯水期完成施工，而且需在承臺(tái)外先組織土圍堰施工，在土圍堰保護(hù)下進(jìn)行承臺(tái)基坑開(kāi)挖和樁基礎(chǔ)施工，考慮到承臺(tái)基坑處巖層裂隙較發(fā)育，采用人工挖孔樁排水困難，而采用沖擊鉆孔速度較慢，進(jìn)度難以保證，而旋挖鉆孔進(jìn)度快，安全性能好，但墩位基礎(chǔ)處巖層強(qiáng)度較高，設(shè)計(jì)樁徑較大，小型旋挖鉆機(jī)難以鉆進(jìn)。對(duì)此，經(jīng)多方對(duì)比、論證，最后決定采用400噸大型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基旋挖造孔。該鉆機(jī)由機(jī)身主體、液壓桿、導(dǎo)向架、鉆桿、鉆頭等組成，每臺(tái)鉆機(jī)自重約80噸?？赏瓿勺孕行凶?、對(duì)中、調(diào)整垂度、鉆進(jìn)、出碴、清孔等全部成孔動(dòng)作。其造孔原理是采取鉆桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)，將樁孔內(nèi)巖體進(jìn)行切削磨碎，對(duì)磨碎的巖體碎碴通過(guò)進(jìn)入鉆頭套筒內(nèi)，隨鉆桿提升孔外后進(jìn)行卸碴，如此反復(fù)鉆進(jìn)、出渣等施工循環(huán)，最后形成樁基的造孔。

3 施工方法

3.1 孔口護(hù)筒

旋挖成孔灌注樁護(hù)筒采用鋼護(hù)筒，根據(jù)P9#墩樁基斷面尺寸，P9#墩鋼護(hù)筒規(guī)格采用Φ3000×10mm（面板厚10mm）。旋挖鉆機(jī)埋設(shè)鋼護(hù)筒時(shí)，宜先采用稍大口徑的鉆頭鉆至預(yù)定位置，提出鉆頭后，再用鉆斗將鋼護(hù)筒壓入到預(yù)定深度。

3.2 造孔鉆機(jī)布置

本次施工的P9#墩12根樁基，P9#墩縱向布置共三排，每排4根。由于鉆機(jī)工效較高，本次使用一臺(tái)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)即可，采取分排一次完成后再進(jìn)行第二排樁基鉆孔，鉆孔順序從嘉陵江下游至上游方向依次進(jìn)行。

3.3 旋挖造孔

旋挖鉆機(jī)布置就位后應(yīng)穩(wěn)定牢靠，防止位移沉降，確保鉆孔質(zhì)量。鉆機(jī)位置定位準(zhǔn)確后，在樁孔中心位置上安裝鉆頭。

針該墩位處巖層整體情況，P9#墩先采用Φ1.5m齒板筒鉆頭進(jìn)行套孔鉆進(jìn)及出碴，當(dāng)鉆孔深度距設(shè)計(jì)孔底0.5m時(shí)可停鉆，然后采用Φ2.0m齒板筒鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)及出碴，再采用Φ2.5m齒板筒鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)及出碴，最后采Φ2.8m齒板筒鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)及出碴，最后完成0.5m深度樁孔形成。旋挖造孔的成孔孔徑和垂直度，全部由機(jī)械自身進(jìn)行控制，通過(guò)操作室內(nèi)的水平垂直儀觀察到鉆孔垂直度情況。成孔鉆進(jìn)過(guò)程中密切進(jìn)行目測(cè)觀察，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題好及時(shí)糾正。在造孔過(guò)程中，跟蹤檢查碴樣以確定各種巖石層厚度和標(biāo)高，及時(shí)記錄整理完善隱檢資料。經(jīng)工藝性生產(chǎn)試驗(yàn)，每孔樁基造孔從開(kāi)始到結(jié)束共需兩天時(shí)間，完全滿足施工進(jìn)度計(jì)劃要求。

3.4 清孔

對(duì)隱檢確認(rèn)后的樁孔按規(guī)定進(jìn)行孔底清理。根據(jù)鉆孔樁樁底的設(shè)計(jì)標(biāo)高和護(hù)筒頂標(biāo)高，計(jì)算出鉆孔深度，用測(cè)繩檢查孔深，到位后進(jìn)行清孔。對(duì)孔底沉渣用沉渣儀檢測(cè)，沉渣厚度滿足端承樁的不大于50mm規(guī)范要求后方進(jìn)行下一道工序施工。

4 旋挖鉆機(jī)在巖石地層中存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

4.1 旋挖鉆機(jī)在巖石地基施工大直徑樁基，由于巖石強(qiáng)度較高，鉆機(jī)鉆進(jìn)破碎壓力大。對(duì)此，如直接采用設(shè)計(jì)樁徑的鉆頭施工，施工負(fù)荷大，難以鉆進(jìn)，應(yīng)先采取小直徑鉆頭鉆芯，大直徑鉆頭逐級(jí)擴(kuò)孔的方式分次鉆進(jìn)，本工程P9#墩設(shè)計(jì)采用2.8m樁徑，施工分四種鉆頭鉆進(jìn)，分別為1.5m、2m、2.5m、2.8m。

4.2 旋挖鉆機(jī)成孔存在的弊端是難以直觀反應(yīng)地層巖性變化。對(duì)此，旋挖鉆進(jìn)過(guò)程中，必須及時(shí)收集渣樣以確定各層巖石厚度和標(biāo)高。

4.3 P9#墩基礎(chǔ)為巖石地基，施工中不采用泥漿進(jìn)行護(hù)壁。對(duì)于巖石地基上存在砂卵石覆蓋層，施工中采用鋼護(hù)筒安裝至覆蓋層以下，以避免覆蓋層坍塌。

4.4 本次P9#墩樁基旋挖工藝成孔的重點(diǎn)難點(diǎn)在于孔底成渣的處理，主要表現(xiàn)為P9#墩基礎(chǔ)巖層裂隙較發(fā)育，且整個(gè)巖盤分布有水平裂隙并與嘉陵江河床連通，形成透水通道，河床透水夾帶泥沙和旋挖鉆頭磨碎的巖體鉆渣部分沉淀，導(dǎo)致終孔后孔底沉渣厚度超標(biāo)，且采用專用清孔底板鉆筒無(wú)法滿足清孔質(zhì)量要求。對(duì)此，沉渣的清理成為樁基成孔質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

（1）P9#墩樁基采用水下混凝土澆筑，因樁孔巖壁分布的水平裂隙與嘉陵江河床連通，樁孔內(nèi)存在河床透水情況，無(wú)法采用造漿、循漿、懸渣的方法進(jìn)行沉渣處理。對(duì)此，經(jīng)多種處理方法分析、比選、論證，決定采用氣舉法進(jìn)行孔底沉渣清理，經(jīng)實(shí)踐證明沉渣清理效果良好，清孔后沉渣厚度完全滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

（2）清孔

第一次清孔采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行初步清孔，第二次采用氣舉法進(jìn)行徹底清孔。

◇采用氣舉法進(jìn)行清孔是通過(guò)空壓機(jī)送風(fēng)作用在導(dǎo)管底端形成負(fù)壓，將沉渣在負(fù)壓作用下上升并排除孔外，需使用空壓機(jī)、導(dǎo)管、高壓風(fēng)管等設(shè)備。

◇將吸渣導(dǎo)管頭置于沉渣面，沿孔邊到中心依次圓周作業(yè)進(jìn)行吸渣，保證孔底全斷面吸渣到位；當(dāng)吸出的沉渣量減少時(shí)，導(dǎo)管出水口的水質(zhì)顏色由濃變淺時(shí)，表明沉渣在逐漸減少，最后達(dá)到徹底清孔目的。

◇在吸渣過(guò)程中必須連續(xù)補(bǔ)水、保持孔內(nèi)水位，采用多臺(tái)潛水泵同時(shí)抽取江水進(jìn)行補(bǔ)水，以確保負(fù)壓吸渣效果。

◇沉渣檢測(cè)。當(dāng)孔底吸渣清渣徹底后，進(jìn)行沉渣檢測(cè)，檢測(cè)部位在孔邊4點(diǎn)和圓中心點(diǎn)，共計(jì)檢測(cè)點(diǎn)位5個(gè)，每點(diǎn)測(cè)2次以上，時(shí)間間隔1小時(shí)，沉渣厚度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，進(jìn)行鋼筋籠吊放。

5 結(jié)束語(yǔ)

旋挖鉆機(jī)作為一種新型鉆孔設(shè)備，具有功率大、鉆孔速度快、自動(dòng)化程度高、移動(dòng)靈活方便、定位準(zhǔn)確、節(jié)約勞動(dòng)力、生產(chǎn)安全、工作方便、環(huán)保性能好、噪聲小、工作效率高、工期效益顯著、降低施工成本等特點(diǎn)。但它也有因自身工藝特點(diǎn)帶來(lái)的一些問(wèn)題，且其施工工藝環(huán)節(jié)多，施工控制稍有不慎，便會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)。因此，根據(jù)旋挖成孔的施工作業(yè)特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)旋挖成孔技術(shù)適用性的分析、論證，在施工過(guò)程中應(yīng)建立針對(duì)其工藝特點(diǎn)的環(huán)節(jié)控制體系及應(yīng)對(duì)處理措施，充分發(fā)揮其施工優(yōu)勢(shì)，可全面確保成樁質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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

[2]公路施工手冊(cè)-橋涵[S].

[3]DBJ50-156-2012.旋挖成孔灌注樁工程技術(shù)規(guī)程[S].

作者簡(jiǎn)介：李宏偉，男，本科學(xué)歷（道路橋梁專業(yè)），工程師，一級(jí)建造師（公路工程），從事工程項(xiàng)目管理工作。