泰山石硬質(zhì)巖樁基成孔施工技術(shù)研究

張俊毅

（中交路橋華東工程有限公司，上海 201203）

對硬質(zhì)巖層宜采用沖擊鉆或人工挖孔，可提高成孔效率?？茖W(xué)合理地組織施工，選擇經(jīng)驗豐富、組織能力強的施工隊伍，能夠提高成孔速度。文章所示項目所在標(biāo)段小樁號橋梁樁基屬于泰山區(qū)，是泰山山脈延伸段山體巖石，巖石密度大、堅硬，俗稱“花崗巖”“泰山石”。

1 工程概況

1.1 工程位置及規(guī)模

山東省濟(jì)南至泰安高速公路1標(biāo)段三分部位于泰安市轄內(nèi)，起訖里程K31+550～K45+050。該區(qū)段橋梁樁基孔徑分別有φ1.2m、φ1.5m、φ1.6m、φ1.8m、φ2.0m、φ2.2m六種類型，樁長12～37m，其中端承樁為1000根。

1.2 工程地質(zhì)

該地地層主要由第四系沖積層（Q4al+pl）、卵石層、太古代泰山群閃長巖等組成。太古代泰山群巖性以肉紅色、灰白色和灰黑色閃長巖為主，常見花崗巖、石英巖等巖脈侵入巖性，下伏于第四系松散堆積層下。巖面起伏較大，中風(fēng)化層巖體完整，巖質(zhì)堅硬（見圖1）。

圖1 該工程地質(zhì)縱斷面圖（單位：m）

2 施工方法的選擇

經(jīng)過施工試驗及考慮設(shè)計、地質(zhì)、水文現(xiàn)場環(huán)境等因素，確定采用沖擊鉆和人工挖孔的兩種工藝一起施工，以加快施工進(jìn)度。沖擊鉆適用于有孤石的砂礫石層、漂石層、巖層，適用性較強，因為是機(jī)械成孔，所以對場地存在一定的要求。人工挖孔適用無地下水或有少量地下水，且較密實的土層或風(fēng)化巖層。在周圍存在建筑物的限制情況下，人工挖孔樁使用水磨鉆等靜態(tài)施工方法。

3 施工方法技術(shù)要點

3.1 沖擊鉆施工

（1）場地平整。鉆機(jī)就位前做到“三通一平”，使用挖機(jī)將場地按照方案規(guī)劃進(jìn)行平整并碾壓，滿足鉆機(jī)、泥漿系統(tǒng)等的場地大小要求。

（2）樁位定位。測量放線工作由測量技術(shù)人員完成，樁位測量放樣后，先用φ16mm鋼筋做四角護(hù)樁標(biāo)志，經(jīng)復(fù)測后，用十字線標(biāo)明鉆孔樁的中心。

（3）護(hù)筒埋設(shè)。護(hù)筒壁厚8mm，直徑大于樁徑200～400mm、埋深2～4m的圓形鋼護(hù)筒，上方割300mm×400mm的開口出漿口，護(hù)筒頂面比施工面高0.3m。護(hù)筒安裝采用挖坑埋設(shè)法，周圍黏土分層夯實。嚴(yán)格按照程序開鉆前復(fù)測樁位坐標(biāo)和頂面標(biāo)高，并填寫記錄表。

（4）泥漿制備。①泥漿池和沉淀池的布置要科學(xué)合理，這樣有利于泥漿循環(huán)、排渣，且不影響后續(xù)施工。②泥漿制備選用黏土或膨潤土。③泥漿通過泥漿泵打入孔底，將孔內(nèi)的鉆渣浮懸置換到沉淀池，經(jīng)過沉淀再流入泥漿池循環(huán)使用。④泥漿池四周設(shè)置防護(hù)圍欄。采用標(biāo)準(zhǔn)定型圍欄并設(shè)置警示牌、夜間警示燈，臨近道路設(shè)置危險告知牌，禁止非施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場。⑤泥漿清孔后的指標(biāo)：相對密度為1.03～1.10，黏度為17～20Pa·s，含砂率＜2%，膠體率＞98%，沉渣厚度≤50mm。⑥泥漿護(hù)壁是沖擊鉆成孔的一個關(guān)鍵點，泥漿含砂率一定要小。隨時檢查控制泥漿指標(biāo)，并且護(hù)筒內(nèi)的水頭一定要保持，防止塌孔。

（5）鉆機(jī)就位、鉆孔。樁基鉆孔在地面以下，鉆孔施工屬于隱蔽工程，不確定因素較多，因此施工前需制訂詳細(xì)可行的施工方案，還應(yīng)編制鉆孔樁施工作業(yè)指導(dǎo)書，從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面進(jìn)行施工準(zhǔn)備及制訂預(yù)防措施。施工前人員要做好安全技術(shù)交底、泥漿循環(huán)系統(tǒng)和材料準(zhǔn)備、安全保障措施、質(zhì)量保證措施，并配置備用發(fā)電機(jī)。施工中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)狀況合理選擇沖擊鉆，在鉆進(jìn)過程中確保不發(fā)生傾斜和位移，及時檢查垂直度并觀察設(shè)備儀表數(shù)據(jù)，觀察是否有異樣情況并及時處理。開始鉆進(jìn)宜慢不宜快，采用“小沖程（2～3m），勤松繩”原則，利用低錘密擊的方法，直至鉆進(jìn)超過鉆頭全高，防止塌孔。鉆進(jìn)過程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，每鉆進(jìn)2～3m及時校正垂直度。每鉆進(jìn)2m應(yīng)撈取渣樣，地質(zhì)發(fā)生變化時應(yīng)加密撈取渣樣，鉆渣的樣品應(yīng)標(biāo)明地層狀況和標(biāo)高，如實填寫鉆孔記錄表。勤量測鉆進(jìn)深度，嚴(yán)禁超鉆代替清孔。終孔以后通知監(jiān)理一起驗收，共同確認(rèn)終孔的地質(zhì)和相關(guān)指標(biāo)，符合要求后在鉆孔記錄中確認(rèn)終孔標(biāo)高并簽字。

（6）硬質(zhì)巖的施工措施。根據(jù)實際地質(zhì)和鉆孔情況，在進(jìn)入硬質(zhì)巖層時，沖擊鉆鉆進(jìn)速度較慢，可以采取如下措施：采用較高強度、剛度的錘牙，必要時更換錳合金錘牙；加強錘牙完好率檢查，及時修復(fù)吊錘的錘牙磨損，防止縮頸卡錘；遇到硬巖層時應(yīng)更換重錘；宜采用“中、大沖程（4～5m），穩(wěn)進(jìn)行”的原則，鉆頭起、落不得過猛或驟然變速，不得打空錘；調(diào)整泥漿指標(biāo)，增大比重，降低含砂率；鉆渣粒徑應(yīng)為5～8mm，當(dāng)粒徑較小時，說明泥漿濃度偏??；巖層傾斜時應(yīng)采用小沖程、低速鉆進(jìn)的方法，此處位置通過回填卵石或片石反復(fù)沖擊，必要時回填混凝土，待強度達(dá)標(biāo)后反復(fù)沖擊，直到巖層平整，以防止出現(xiàn)卡鉆、孔位傾斜等。

3.2 人工挖孔施工

（1）施工準(zhǔn)備。施工前編制《人工挖孔樁專項施工方案》，組織專家論證，按照規(guī)定須審查簽字。施工中嚴(yán)格按照方案執(zhí)行操作，按照《爆破專項施工方案》施工，以及按照相關(guān)規(guī)定使用火工品。保持場地平整，做好地表排水。規(guī)劃施工順序，相鄰兩個孔不得同時開挖，需按照跳孔開挖原則進(jìn)行。開挖前先澆筑C30樁基護(hù)圈，高出原地面不少于30cm，測量員要復(fù)測樁位，采用吊錘法檢查成孔垂直度，鋼尺檢查孔徑不得小于設(shè)計值，如有偏差應(yīng)隨時糾正。在護(hù)圈上方安裝提升架，提升架配重應(yīng)滿足要求，慢速卷揚機(jī)各構(gòu)配件滿足安全要求，安全保障措施及物資到位，如個人防護(hù)用品、通風(fēng)設(shè)備到位，防水帶罩燈泡照明，使用安全電壓、防水絕緣電纜、防除塵設(shè)備、有毒有害氣體檢測儀、氧氣瓶等。

（2）鉆爆法和水磨鉆法。施工地段基巖裸露，巖層堅硬，取芯強度達(dá)100MPa以上，適合人工挖孔樁施工作業(yè)。人工挖孔樁主要運用鉆爆法和水磨鉆法兩種施工工藝。當(dāng)樁孔在房屋等構(gòu)筑物安全距離以內(nèi)時采用鉆爆法；在受到周圍建筑物限制的情況下，采用水磨鉆法施工。開挖自上而下，出渣先中間后周邊逐層向下，巖石不完整時應(yīng)每開挖一級就澆筑樁基同等級混凝土護(hù)壁，嚴(yán)禁只挖不澆筑護(hù)壁冒險作業(yè)。如地下有滲水情況，應(yīng)在孔內(nèi)設(shè)集水坑，并及時排出孔外。①鉆爆法：采用手持風(fēng)鉆人工鉆孔，必須按照淺眼松動爆破方法，嚴(yán)格程序和控制因素，以松動為主，嚴(yán)格控制炸藥量，避免造成塌孔現(xiàn)象。按照掏槽眼→輔助眼→周邊眼的順序起爆。掏槽眼裝藥量為炮眼深度的1/2，周邊眼為1/3。炸藥選用3cm乳化炸藥，爆破必須采用數(shù)字電雷管引爆，或者選用性能更高的導(dǎo)破管，毫秒延遲爆破。爆破后通風(fēng)排煙15min，并檢查是否有盲炮，然后解除警戒，進(jìn)行下道工序施工。②水磨鉆法：采用水磨鉆機(jī)，沿樁基圓周中心線打孔取芯（孔深約0.6m，孔徑約16cm，并保證孔直徑不小于設(shè)計大?。?，孔孔連成環(huán)，巖芯和樁壁會自然分開，構(gòu)成臨空面，然后在餅形巖芯上鉆均勻排列小孔，在小孔內(nèi)插入鋼楔子，捶擊鋼楔使其擠壓巖石。當(dāng)擠壓力大于極限抗拉力和極限抗剪切力之和時，巖石沿錘擊面被拉裂并從底部發(fā)生剪切破裂，形成分塊，利用提升架將巖石塊提出孔外。人工挖孔施工機(jī)具簡單，場地需求較小，無泥漿排出。鉆爆法爆破對周圍結(jié)構(gòu)物有一定影響，而水磨鉆法可保證周邊房屋及周圍其他結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性，防止損壞開裂破壞，并且對周圍巖體及護(hù)壁擾動小，質(zhì)量可靠；但是水磨鉆法比鉆爆法耗費費用要高、進(jìn)度較慢。

（3）硬質(zhì)巖的施工措施。①鉆爆法。對于不同巖質(zhì)，炮眼深度也不同，軟巖炮眼深度不宜超過0.8m，硬質(zhì)巖不宜超過0.5m，要根據(jù)爆破效果調(diào)整輔助眼的數(shù)量。在掏槽眼打孔，應(yīng)向孔中心傾斜，形成錐形；周邊眼在離樁周邊線一定距離，垂直打入，孔眼應(yīng)對稱布置形成等邊三角形，這樣可提高開挖功效。②水磨鉆法。為加快施工效率可采用水磨鉆+淺眼松動的預(yù)裂方法。通過巖芯的中心取芯樣，形成臨空面，然后在殘留斷面層布置適當(dāng)炮眼，采用小眼震動破裂，使其分割成塊狀。

4 總結(jié)

（1）需核實地質(zhì)勘察資料，增加探勘點的數(shù)量，并根據(jù)設(shè)計及實際勘察資料制訂施工計劃和針對性的施工方法。

（2）項目前期采用沖擊鉆施工，因巖石堅硬，每日進(jìn)尺僅0.2～0.4m，嚴(yán)重制約了樁基施工進(jìn)度，導(dǎo)致項目橋梁施工工期延長。而針對泰山硬質(zhì)巖采取改變施工工藝措施，可提高成孔效率。

（3）沖擊鉆和人工挖孔樁具有各自的適用范圍及優(yōu)缺點，對于硬質(zhì)巖成孔應(yīng)該在實際施工中綜合對比選擇更科學(xué)、合理的施工方法。