旋挖鉆干作業(yè)導(dǎo)管法施工技術(shù)

黃祥嶺

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安271000）

1 工程概況

恒富煤焦集運(yùn)站鐵路專用線位于山西省臨汾市洪洞縣，專用線自瓦日線龍馬站瓦塘端咽喉區(qū)引出，于龍馬車站站房對(duì)側(cè)布置裝車站，終點(diǎn)與瓦日線下行正線連通，線路正線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度7.766km，含4 座單線32m 簡(jiǎn)支T 梁橋：大洪峪澗河1 號(hào)特大橋（56-32m）、大洪峪澗河2 號(hào)左線特大橋（21-32m）、銀雀凹1 號(hào)大橋（8-32m）、銀雀凹2 號(hào)大橋（4-32m），橋梁樁基形式為鉆孔灌注樁，樁徑Φ1.25m、φ1.50m，共723 根。

2 前期調(diào)查

2.1 地質(zhì)資料核查

項(xiàng)目進(jìn)場(chǎng)初期，我部與建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位共同開展地質(zhì)情況核查工作，通過現(xiàn)場(chǎng)試鉆取樣并對(duì)比設(shè)計(jì)地勘資料，確定本工程橋梁所處區(qū)域無不良地質(zhì)，主要為以下地質(zhì)情況：

2.1.1 分布于深切溝谷內(nèi)的第四系全新統(tǒng)沖洪積的新黃土[1]，具濕陷性，濕陷系數(shù)δs=0.05，自重濕陷量△zs=36.18cm，總濕陷量△s=22.5cm，濕陷等級(jí)Ⅱ級(jí)，屬自重濕陷性黃土場(chǎng)地，層位較穩(wěn)定，地下水埋藏較深。

表1 恒富專用線橋梁鉆孔灌注樁工程數(shù)量表

2.1.2 分布于兩側(cè)階地上的第四系更新統(tǒng)沖洪積層新黃土，濕限系數(shù)δs=0.012～0.117，平均值為0.071，為強(qiáng)烈濕陷性黃土，自重濕陷量△zs=19.56～54.6cm，總濕陷量△s=39.89～82.08cm，濕陷地層厚度＞10.0m，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)（中等）～Ⅳ級(jí)（很嚴(yán)重），屬自重濕陷性場(chǎng)地，層位較穩(wěn)定，地下水埋藏較深。

圖1 橋梁工程所處區(qū)域地質(zhì)試鉆

圖2 鉆取渣樣

2.2 試鉆

鉆孔灌注樁正式施工前，采用旋挖鉆進(jìn)行試鉆（如圖1 所示），試鉆過程準(zhǔn)確記錄在不同地質(zhì)條件下的鉆孔參數(shù)，為后續(xù)大面積施工提供工藝參數(shù)。試鉆深度40m，試鉆完成后，測(cè)量沉渣厚度為4cm，靜置3d 后復(fù)測(cè)沉渣厚度為4cm，滿足《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10415-2018）技術(shù)要求，渣樣如圖2 所示。

2.3 施工工藝確定

采用旋挖鉆干作業(yè)法實(shí)施鉆孔、清孔作業(yè)，采用無水導(dǎo)管法實(shí)施混凝土灌注作業(yè)，適用于地層相對(duì)穩(wěn)定、干作業(yè)成孔、孔內(nèi)無積水或少量積水，能采取抽排等措施控制孔底水位的灌注樁施工[2]。通過三處試鉆表明，在新黃土地層內(nèi)，旋挖鉆干作業(yè)法易成孔、孔壁直立性良好，且工程所處地區(qū)水資源匱乏，不具備泥漿制備條件，本工程鉆孔灌注樁可采用旋挖鉆干成孔施工工藝。

3 旋挖鉆干成孔施工工藝

3.1 工藝流程

旋挖鉆干作業(yè)法施工工藝如圖3 所示。

3.2 埋設(shè)鋼護(hù)筒

護(hù)筒采用8mm 厚鋼板制作，其內(nèi)徑較樁徑大100mm，護(hù)筒埋設(shè)前，采用GPS 測(cè)設(shè)樁位中心點(diǎn)，并用“十”字線引出四個(gè)護(hù)樁，以便后續(xù)施工中隨時(shí)校核樁中心位置。3.2.1 埋設(shè)護(hù)筒采用挖坑法，由吊車安放。3.2.2 測(cè)量人員對(duì)埋設(shè)護(hù)筒的樁位進(jìn)行放樣，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員復(fù)核，所挖坑直徑為護(hù)筒直徑加40cm，深度為護(hù)筒長(zhǎng)度。3.2.3 在孔內(nèi)回填30～50cm 粘土，并夯擊密實(shí)。3.2.4利用護(hù)樁拉線繩定出樁位中心，再用線錘將樁位中心點(diǎn)引至孔底。3.2.5 用吊車吊放護(hù)筒至坑內(nèi)，用線繩連接護(hù)筒頂部，吊垂線，用吊車挪動(dòng)護(hù)筒，使護(hù)筒中心基本與樁位中心重合，其偏差不大于3cm。3.2.6 護(hù)筒位置確定后，吊垂線，用鋼卷尺量測(cè)護(hù)筒頂部、中部、底部距離垂線的距離，檢查護(hù)筒的豎直度。護(hù)筒斜度不大于1%。3.2.7 在護(hù)筒周圍對(duì)稱填土，對(duì)稱夯實(shí)。3.2.8 四周夯填完成后，再次檢測(cè)護(hù)筒的中心位置和豎直度。3.2.9 測(cè)量護(hù)筒頂高程，根據(jù)樁頂設(shè)計(jì)高，計(jì)算樁孔需挖的深度。

圖3 旋挖鉆干成孔施工工藝流程圖

3.3 鉆孔

作業(yè)過程中做好記錄，包括鉆進(jìn)速度、深度、孔底標(biāo)高，每進(jìn)尺2m及在地層變化處撈取渣樣并使用渣樣袋封存，同時(shí)與設(shè)計(jì)單位地質(zhì)專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核渣樣，核對(duì)是否與設(shè)計(jì)地質(zhì)情況相符。當(dāng)鉆孔深度距設(shè)計(jì)值約1m 時(shí)暫停鉆孔，采用籠式探孔器上下多次掃孔，將孔壁上的虛土、松動(dòng)礫石掃落到孔底，然后繼續(xù)鉆孔直至設(shè)計(jì)深度。提鉆出渣時(shí)，必須嚴(yán)格控制好提鉆速度。防止因提鉆速度過快而使鉆頭碰到孔壁，造成塌孔現(xiàn)象，提鉆速度控制在0.4m/s 以內(nèi)。

3.4 清孔

鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后，采用旋挖斗清孔，密切注視控制屏的深度顯示值，當(dāng)顯示值為鉆進(jìn)深度值時(shí)，原位正向旋轉(zhuǎn)4～5 轉(zhuǎn)，使孔底的沉渣旋入容斗內(nèi)，再反向旋轉(zhuǎn)2～3 轉(zhuǎn)，使旋挖斗刀片閉合，同時(shí)利用旋挖斗的平底斗齒將孔底清理為平底，然后提出旋挖斗卸渣[5]。提鉆時(shí)注意不得回轉(zhuǎn)鉆桿，防止鉆頭內(nèi)土落入樁孔內(nèi)，為確?？椎壮猎穸葷M足規(guī)范要求，第一次清孔后需使用測(cè)繩檢測(cè)孔深，如果測(cè)量深度與鉆進(jìn)深度一致，則表明清孔合格，如果沉渣厚度不滿足規(guī)范要求，再次使用旋挖斗繼續(xù)清渣至合格。終孔后，對(duì)孔位、孔深、孔徑、傾斜度等項(xiàng)目進(jìn)行檢查，籠式探孔器采用符合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋制作，探孔器直徑與樁基直徑相等，長(zhǎng)度為樁徑的4 倍。檢測(cè)時(shí)，將探孔器吊起，使探孔器的中心、孔的中心與起吊鋼繩在一條直線上，慢慢放入孔內(nèi)，同時(shí)技術(shù)人員記錄在探孔器放入過程中鋼絲繩與十字引線交點(diǎn)偏離情況，做好記錄，推算出該樁的傾斜率。成孔后，盡快進(jìn)行鉆機(jī)移位、終孔驗(yàn)收工作，從清孔停止至混凝土開始澆筑，控制在1.5～3h，成孔后孔口四周設(shè)置護(hù)欄，護(hù)欄高度0.8m。最終干成孔效果如圖4 所示：

圖4 旋挖鉆干成孔效果

3.5 鋼筋籠安裝

鋼筋已到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，其品種、級(jí)別和規(guī)格符合設(shè)計(jì)要求，并附有關(guān)合格證書、附件清單和有關(guān)材質(zhì)報(bào)告單或檢查報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢員已按要求進(jìn)行外觀檢查，并按規(guī)定進(jìn)行復(fù)試合格。檢查每批鋼筋的外觀質(zhì)量。鋼筋表面不得有裂紋、結(jié)疤和折疊；表面的凸塊和其它缺陷度的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允許偏差。入孔時(shí)應(yīng)輕放慢放，不得強(qiáng)行左右旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁高起猛落、碰撞和強(qiáng)壓放下，鋼筋籠安裝完畢后立即固定[6]。

3.6 混凝土灌注

混凝土澆筑采用導(dǎo)管法，導(dǎo)管采用φ300mm的鋼管制作，內(nèi)壁表面光滑并具有足夠強(qiáng)度和剛度，管節(jié)接頭密封良好，便于拆裝，導(dǎo)管第一節(jié)長(zhǎng)度為4m，導(dǎo)管使用前進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，試水壓力0.6-1.0Mpa，每次澆筑后對(duì)導(dǎo)管內(nèi)外進(jìn)行徹底清洗[7]。導(dǎo)管在吊入孔內(nèi)時(shí)，要穩(wěn)步沉放，其位置必須居中且軸線順直，防止卡掛鋼筋籠和碰撞孔壁?；炷潦褂米孕斗绞较?qū)Ч軆?nèi)澆筑，澆筑前復(fù)測(cè)孔底沉渣厚度，若復(fù)測(cè)結(jié)果不符合規(guī)范要求，應(yīng)進(jìn)行二次清孔[8]。澆筑前由試驗(yàn)員對(duì)混凝土塌落度進(jìn)行檢測(cè)，澆筑首盤混凝土?xí)r，導(dǎo)管至孔底距離控制在25～40cm，且使導(dǎo)管埋入混凝土的深度≥1m，混凝土澆筑連續(xù)進(jìn)行，并盡可能縮短拆除導(dǎo)管的間隔時(shí)間。澆筑過程中采用測(cè)錘探測(cè)孔內(nèi)混凝土面的實(shí)時(shí)位置，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管的埋深，導(dǎo)管埋深控制在3-6m，為確保樁頂質(zhì)量，混凝土澆筑須高出樁頂設(shè)計(jì)高程50cm，設(shè)計(jì)樁頂高程以下5m范圍內(nèi)混凝土采用插入式振搗棒進(jìn)行分層振搗密實(shí)，混凝土澆筑完畢，對(duì)露出地面的樁頂混凝土進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。

4 工法特點(diǎn)

4.1 采用干作業(yè)法施工，可有效減少泥漿系統(tǒng)臨時(shí)占地、漿液制備、排放處理費(fèi)用，大幅削減造價(jià)[9]，尤其是本工程所處地區(qū)水資源匱乏，且臨時(shí)征地工作不易開展的情況下，效果尤為顯著。

4.2 干作業(yè)法施工過程中，孔內(nèi)混凝土澆筑面便于觀察、操作直觀，預(yù)留樁頭高程極易控制[10]，避免了不必要的混凝土超灌及鑿除費(fèi)用（設(shè)計(jì)樁頂高程+50cm以上部分）。

4.3 文明施工方面：不受泥漿系統(tǒng)的干擾，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可控，周邊河道、基本農(nóng)田等公共環(huán)境免受污染，文明施工成效顯著[11]。

4.4 工期方面[12]：干作業(yè)法不需泥漿系統(tǒng)，鉆孔速度快，質(zhì)量情況直觀，在保證質(zhì)量的前提下節(jié)省大量繁瑣工序，施工速度得到很大提升，實(shí)踐得出節(jié)省工期30%。

4.5 操作方便，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員技術(shù)要求較低，并能夠有效降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.6 旋挖鉆成孔后，在孔壁形成較明顯的螺旋線，有助于提高樁基摩阻力。

5 效益分析

采用旋挖鉆干成孔施工工藝，可有效減少泥漿制備、排放等相關(guān)費(fèi)用，大幅削減工程造價(jià)及臨時(shí)占地，成樁質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求及工程檢測(cè)的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

若采用濕作業(yè)法施工工藝，每立方泥漿按80kg膨潤(rùn)土計(jì)算，膨潤(rùn)土造價(jià)0.08t×300 元/t=24 元，造漿機(jī)械、人工及臨時(shí)攤銷按10 元/ m3計(jì)算，每立方泥漿造價(jià)約34 元。全線橋梁鉆孔灌注樁按32634.44m3造孔計(jì)算，用漿量按2.5 倍砼耗量計(jì)算，所用泥漿數(shù)量為81586.09m3，造價(jià)：8.16 萬×34=277.4 萬元，廢漿處理數(shù)量按造漿量的1.4 倍計(jì)算，處理方量為114220m3，泥漿處理費(fèi)按25 元/m3計(jì)算，造價(jià)為11.42 萬×25=285.5 萬元，節(jié)約資金合計(jì)562.9 萬元。

5.2 社會(huì)效益

施工現(xiàn)場(chǎng)無泥漿制備及排放系統(tǒng)，減少了對(duì)周圍環(huán)境的影響，避免了對(duì)施工周邊河道、農(nóng)田、公路等公共環(huán)境的污染，易于開展文明施工，提高工程效率。

結(jié)束語

旋挖鉆干成孔法施工，具有施工速度快、成孔質(zhì)量好、施工工藝簡(jiǎn)單、操作靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，全線橋梁鉆孔灌注樁共計(jì)723 根，均采用旋挖鉆干成孔施工工藝，經(jīng)第三方檢測(cè)全部為I 類樁，為后續(xù)的承臺(tái)、墩柱、T梁架設(shè)施工奠定了良好基礎(chǔ)，并為類似工程提供了一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。