深厚淤泥質(zhì)土鉆孔灌注樁成孔工藝比選

賴永青

(英德市地方公路管理站， 廣東 清遠 513000)

深厚淤泥質(zhì)土鉆孔灌注樁成孔工藝比選

賴永青

(英德市地方公路管理站， 廣東 清遠 513000)

介紹了銀英公路英德大藍至清新縣交界段擴建工程一期橋梁工程鉆孔灌注樁在深厚淤泥地質(zhì)土層成孔施工技術(shù)，綜合考慮了各種成孔工藝的施工工效、施工質(zhì)量、施工成本及施工工作面需求，通過比選分析，為類似工程提供參考。

鉆孔灌注樁； 淤泥地質(zhì)； 成孔工藝; 比選分析

鉆孔灌注樁的施工效果主要取決于其成孔效果。隨著鉆孔灌注樁技術(shù)在土建工程中的大范圍應(yīng)用，其成孔工藝日趨成熟并呈多樣性，在不同施工環(huán)境下選擇合適的成孔工藝，這樣有利于達到預(yù)期的施工效果。特別是遇到深厚淤泥地質(zhì)時，樁基塌孔非常普遍，擴孔系數(shù)偏高，如何降低類似現(xiàn)象帶來的風(fēng)險則成為重點考慮的問題。

1 工程概況

S253線銀英公路英德大藍至清新縣交界段擴建工程(以下簡稱銀英公路)，雙向四車道二級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時速60 km/h，共有大橋9177 m/21座，其中一期橋梁工程共5座，項目位于粵北英德市轄區(qū)北江沿岸及周邊支流與北江交匯區(qū)，沿線原始地貌單元為在大的丘陵地貌基礎(chǔ)上發(fā)育多種小的地貌類型：如河口小平原地貌、河谷地貌、沖洪地貌、侵蝕 — 溶蝕地貌等。沿線兩側(cè)原為水田、耕地、魚塘、水產(chǎn)養(yǎng)殖場地等，線路跨越翁江、小北江、鐵溪河、雞坑河等多條支流，受飛來峽水利樞紐工程截流后河床水位升高，線路周邊田地均被大面積淹沒，橋址淤泥及淤泥質(zhì)土層厚度較大，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料顯示，淤泥厚度平均在8～13 m范圍，在場區(qū)分布較連續(xù)，呈流塑性，承載力極低，工程性質(zhì)差。

一期橋梁工程共有5座，其中菠羅坑大橋、大樟大橋、鐵溪大橋、雞坑大橋共4座橋梁采用鉆孔灌注樁施工工藝，樁長為19～29.5 m，樁徑為1.2 m。見表1。

表1 鉆孔灌注樁及淤泥參數(shù)統(tǒng)計表 m

由于銀英公路為英德市連接粵北和珠三角地區(qū)水泥貨運重型車輛的必經(jīng)之路，擴建工程需邊施工邊維護通車，受重型貨車通行和項目工期影響，施工工期相當(dāng)緊迫，鉆孔灌注樁平均每天須完成6～8根樁。

2 成孔工藝選擇

從上述概況看，本工程鉆孔灌注樁施工主要面臨三大難題： ①淤泥質(zhì)土層厚度大，地質(zhì)軟弱不均，成孔難度大； ②工期緊湊，施工效率要求高； ③施工工作面有限，統(tǒng)籌安排要求合理。根據(jù)以上三點，本工程的成孔工藝選擇優(yōu)先考慮成孔速度，重點考慮開孔工作面，全力保障開孔成功率。

根據(jù)試樁情況和既有資源，針對各橋的實際情況，采用了多種成孔工藝，其中菠羅坑大橋、大樟大橋采用了旋挖鉆機成孔及沖擊鉆機成孔2種方式，鐵溪大橋采用了回旋鉆機及沖擊鉆機2種成孔方式，雞坑大橋采用了沖擊鉆機成孔方式。見表2。

表2 幾座橋梁成孔方式比選條件

2.1 旋挖鉆機成孔

旋挖鉆機成孔原理是通過桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入底部帶有活門的鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，循環(huán)往復(fù)該工作，直至設(shè)計深度。

旋挖鉆機對不同地質(zhì)成孔適應(yīng)性較強，成孔速度很快，靈活性較好，自動化程度高，樁身外觀漂亮，但旋挖鉆機成孔孔身抗擾動能力差，塌孔幾率高，開孔廢棄巖土及漿液較多，對場地要求較高。在軟弱土層中，受旋挖樁機自身重量影響，一定深度范圍內(nèi)土層受到擠壓，軟弱土層從受力點往薄弱點流動，造成樁身傾斜。

菠羅坑大橋施工過程中，由于工期緊迫，該段鉆孔灌注樁基本采用旋挖鉆機成孔。樁基平均長度為23 m，成孔鉆進所需時間平均為1.5～2 h。根據(jù)前期試樁情況看，樁基開孔至8～12 m左右開始出現(xiàn)塌孔、嚴(yán)重縮頸現(xiàn)象，即使調(diào)大泥漿比重而效果并不理想，該難題在采用18 m長度鋼護筒護壁才得以解決。大樟大橋施工情況與其相似，采用24 m護筒跟進至粘土層后才順利成孔。兩個橋梁成孔過程中埋設(shè)鋼護筒所占用時間較多，埋設(shè)時間與鉆進時間基本持平。旋挖鉆機工作輻射半徑達15 m，同時廢棄泥土、漿液清理須及時清理，為后續(xù)施工提供工作面。

2.2 沖擊鉆機成孔

沖擊鉆機成孔原理是利用卷揚機提升一定重量的沖擊鉆頭，然后突然放松致使鉆頭在重力作用下垂直下落，沖擊荷載使土體往周邊擠密或破碎巖層形成樁孔。

沖擊鉆機對不同地質(zhì)成孔適應(yīng)性很強，樁機輕便，操作簡單，孔身抗擾動能力強，對護筒要求低，但沖擊鉆沖在軟弱土層中沖進速度相對較慢，擴孔系數(shù)高，經(jīng)常出現(xiàn)“鼓肚子”現(xiàn)象。

菠羅坑大橋、大樟大橋及鐵溪大橋鉆孔灌注樁施工過程中，均采用了沖擊鉆機成孔，成孔時間較長，23 m樁基成孔所需時間平均為36 h，成孔過程中沒有發(fā)生塌孔現(xiàn)象。樁機擺放對場地條件要求低，不需要對基面進行硬化處理，占用工作面較少，可同時擺放多臺樁機。從基坑開挖后成樁效果看，整體垂直度較好，鼓包現(xiàn)象較為突出，樁間間距較寬，相鄰樁錯位明顯。

2.3 回旋鉆機成孔

回旋鉆機工作原理是由鉆機回旋裝置帶動有鉆頭的鉆桿轉(zhuǎn)動，由鉆頭切削土壤成孔?；剞D(zhuǎn)鉆機用于泥漿護壁成孔的灌注樁，成孔方式為旋轉(zhuǎn)成孔。

回轉(zhuǎn)鉆機靠鉆頭旋轉(zhuǎn)形成圓形孔壁，護壁效果好，在淤泥中成孔效果好，鉆機輕便，施工過程中噪音小，無振動，造價較低，但回旋鉆機成孔時間較長，效率較低。

鐵溪大橋采用了回旋鉆機成孔，23 m樁基成孔所需時間平均為24 h，成孔過程中沒有發(fā)生塌孔現(xiàn)象。該橋東南側(cè)為黎溪鎮(zhèn)一地產(chǎn)樓盤，場地極其有限，為此采取了比沖擊鉆機更加輕簡的回旋鉆機，多臺一起施工，既經(jīng)濟可行，又保證了施工進度。

3 方案優(yōu)缺點分析

根據(jù)一期橋梁工程樁基實踐情況，綜合分析深厚淤泥中鉆孔灌注樁采用旋挖樁機、沖擊鉆機及回旋鉆機成孔時，在施工工效、成樁質(zhì)量、施工成本及工作面需求方面的不同。

3.1 施工功效

從場地平整開始計算，各種成孔工藝施工工序時間表見表3。

從表中可以看出: 單根23 m鉆孔灌注樁采取旋挖鉆機、沖擊鉆機及回旋鉆機施工時，所用時間分別是11.5、44及32 h。旋挖鉆機對場地條件要求偏高，護筒埋設(shè)時間較長，鉆進非?？?，而沖擊鉆機在淤泥中成孔時間較長，回旋鉆機比沖擊鉆機稍快。

3.2 施工質(zhì)量

3種成孔工藝施工質(zhì)量見表4。

表3 成孔工藝施工時間節(jié)點對比表

表4 各種成孔工藝施工質(zhì)量對比表

在深厚淤泥中施工時，就施工質(zhì)量而言，旋挖鉆機在全護筒跟進的情況下，施工質(zhì)量較為理想，沖擊鉆機擴孔系數(shù)較大，回旋鉆機外觀質(zhì)量偏低。

3.3 施工成本

根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，以一個月為周期，各種成孔工藝成本統(tǒng)計如表5。

表5 各種成孔工藝施工成本對比表

從單臺樁機每個月成樁情況分析，旋挖鉆機、沖擊鉆機及回旋鉆機單根樁資源投入分別為2.5萬元、3.5萬元及2.7萬元。就經(jīng)濟性而言，總體方面旋挖鉆機與回旋鉆機成本較接近，相對費用較低，沖擊鉆機費用最高。旋挖鉆機本身租賃費用較高，每天成樁數(shù)量較少的情況下，其優(yōu)勢相對回旋鉆機而言并不明顯。回旋鉆機及沖擊鉆機由于成孔時間較長，總體成本中電費所占比例較高。沖擊鉆機成孔由于擴孔系數(shù)較大，混凝土費用居高這一缺點明顯。

3.4 施工作業(yè)面需求

從作業(yè)面需求的角度看，3種成孔工藝見表6。

表6 各種成孔工藝施工作業(yè)面需求比較表

4 實施效果及小結(jié)

銀英公路一期橋梁工程施工工期緊張，工作面窄狹，深厚淤泥地質(zhì)條件突出，綜合考慮各種成孔工藝的施工工效、施工質(zhì)量、施工成本及施工工作面需求，旋挖鉆機為主，回旋鉆機、沖擊鉆機為輔成為最佳實施方案。旋挖鉆機雖然成孔速度快，但受深厚淤泥地質(zhì)影響，需要采用全護筒跟進，施工資源投入較大。但為確保工期，選擇了沖擊鉆機、回旋鉆機作為輔助措施，在有限工作面內(nèi)同一時間段投入多臺設(shè)備，既保證了施工工期，又節(jié)約了施工成本。

在主要地層為淤泥、粘土條件下，同時灌注樁樁長較短，為了保障開孔效率，可以采用護筒穿透淤泥地質(zhì)1～2 m，選用旋挖鉆機成孔。采用旋挖鉆機工藝時，每天成樁至少3根以上其優(yōu)勢才比較明顯。沖擊鉆機在淤泥地層中擴孔系數(shù)較大，可利用全護筒跟進淤泥層以降低混凝土用量；多臺沖擊鉆機同時沖進，可有效降低吊車及挖掘機平攤至單根樁成本。

當(dāng)淺層存在塊石且經(jīng)翻挖不能完全清除時，可用沖擊鉆機沖透塊石層，再換旋挖鉆機或回旋鉆機鉆進，可有效提高成孔速度。樁長較長時，回旋鉆機和旋挖鉆機穩(wěn)定性及成孔效率明顯下降，樁基垂直度難以保障，該情況下采用沖擊鉆機成孔則較為理想。遇到施工工作面較狹小或者工作面承載力較低的情況下，可選用回旋鉆機、沖擊鉆機或回旋鉆機與沖擊鉆機相結(jié)合方式成孔，通過增加樁機數(shù)量保證成樁效率。

5 結(jié)束語

由于每個工程都有其普遍性及其特殊性，鉆孔灌注樁成孔工藝的選擇往往需要系統(tǒng)考慮工期、質(zhì)量、成本及其施工環(huán)境等多種因素方能求得最優(yōu)方案。本文通過介紹銀英公路一期橋梁工程所使用的3種成孔工藝的施工特點及現(xiàn)場實施情況，并對其施工工效、施工質(zhì)量、施工成本和施工工作面需求進行了對比總結(jié)，可為后續(xù)類似工程提供一定的參考。

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

2017-04-20

賴永青(1977-)，男，工程師，主要從事公路與橋梁、隧道工程建設(shè)、施工、養(yǎng)護、管理工作。

1008-844X(2017)02-0244-04

U 445.55+1

B