復(fù)雜環(huán)境樁基成孔施工實(shí)踐

林桂明

（福建第一公路工程集團(tuán)有限公司，福建泉州362000）

0 引言

海靈橋橋梁中心樁號HLK0+895.000，橋梁長度32.04m，斜交角度115o，上部結(jié)構(gòu)設(shè)置為預(yù)制混凝土簡支空心板梁。本橋橋梁寬度19.5m，樁基共有19 根，樁徑為1.2m，起點(diǎn)臺、1#橋墩、終點(diǎn)臺有效樁長均為10m，嵌巖深度5.4～10m，樁底巖層為微風(fēng)化花崗巖，巖石表面層斜度較大，角度45～60o。橋面縱橫坡通過蓋梁、臺帽橫坡及橋面鋪裝的厚度共同調(diào)整，橋臺處設(shè)置D-40 伸縮縫，兩橋臺處設(shè)置L=6m 搭板。泉州臺商投資區(qū)內(nèi)地形起伏復(fù)雜，地貌類型依次有花崗巖低山、紅壤臺地、圍墾地和沿海灘涂等。擬建橋址位于濱海沉積平原地帶的海靈大道舊路，路改橋，該橋左臨門頭溪，右臨海靈保通路，上空有高壓線，周圍有高壓鐵塔；地層地下水位較高，主要由現(xiàn)有道路路基結(jié)構(gòu)層、雜填土、粉質(zhì)黏土、中砂、微風(fēng)化花崗巖。

1 復(fù)雜地質(zhì)及環(huán)境施工難點(diǎn)

該工程特點(diǎn)：一是本項(xiàng)目為路改橋，海靈橋左臨門頭河溪，右臨保通路，橋梁寬度19.5m，場地狹小，工期緊，無法滿足多臺沖擊鉆等大型機(jī)械同時施工。二是地層中砂層的地下水位高，采用普通的人工挖孔施工方案在穿越砂層時，容易出現(xiàn)塌孔、不進(jìn)尺現(xiàn)象，人工挖孔難于成孔；泥漿護(hù)壁鉆孔時間長時容易造成縮孔。三是斜巖夾角45～60o，在穿越土石交界面時，微風(fēng)化巖面斜度在45～60o，斜度很大，大型沖錘沖擊巖面時，容易產(chǎn)生偏向偏孔。四是右臨海靈保通路，周邊有高壓鐵塔，孔樁上有高壓電線，限制了爆破作業(yè)及大型機(jī)械的安裝。五是嵌微風(fēng)化花崗巖深度較長，強(qiáng)度高，施工難度大。六是右側(cè)為路改橋，修筑了海靈大道保通路，車輛密集，交通量大，道路太近，容易影響道路沉降及增加噪聲。

該項(xiàng)目的環(huán)境復(fù)雜，因此需要在施工前不斷探索適合該工程的成孔辦法。

2 成孔遇到的技術(shù)難點(diǎn)及解決問題技術(shù)方案比選

通過對復(fù)雜地質(zhì)及環(huán)境存在的問題進(jìn)行分析研究，提出幾種解決方案。經(jīng)過分析與實(shí)踐，找到符合該項(xiàng)目的成孔施工方案，可以順利通過各地質(zhì)層最終成孔。

2.1 開挖穿越砂層技術(shù)方案選定及施工結(jié)果

采用人工開挖很容易挖除2～6m 的雜填土、粉質(zhì)黏土。到1～3m 厚度砂層，常規(guī)的開挖方法容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；通過多種方法試驗(yàn)，均未能順利通過，無法向下繼續(xù)開挖，致使無法成孔，甚至造成塌孔危險。面對該問題選擇了三個解決方案進(jìn)行對比。一是注漿帷幕法工藝，優(yōu)點(diǎn)是在干燥環(huán)境下能有效地固結(jié)地質(zhì)，起到隔水封水作用，施工安全可靠；缺點(diǎn)是造價高，且在地下水位高的砂層地段注漿，滲透效果差，達(dá)不到預(yù)期效果。二是鋼護(hù)筒護(hù)壁工藝，優(yōu)點(diǎn)是成樁時免受不良地質(zhì)的影響，使成樁工作得以順利進(jìn)行；但本項(xiàng)目周邊有高壓鐵塔，上有高壓電線，大型設(shè)備凈空不夠，限制了施工條件。三是沖擊鉆鉆孔工藝，優(yōu)點(diǎn)是沖擊形成的泥漿孔壁堅(jiān)固穩(wěn)定，設(shè)備簡單，沖擊方便；缺點(diǎn)是在砂地質(zhì)層較厚地段施工容易造成縮徑，本項(xiàng)目砍巖長度占樁長的55%以上，且圍巖強(qiáng)度高，鉆進(jìn)成孔時間長，會造成砂層地段極易造成縮孔，甚至清孔時塌孔[1]。經(jīng)過多種解決方案對比，選定采用人工挖孔加輔助工藝措施，即仿照鋼板樁對扣工藝，通過在護(hù)壁外環(huán)施打半竹片樁，使半竹片樁形成對扣，有效制止了流砂滲出，最后成功穿越了砂層，再用常規(guī)方法開挖。

2.2 穿越斜巖

本工程項(xiàng)目處在斜巖角度45～60o，斜巖段的成孔方案選擇是攻克孔樁成孔的重要因素。方案對比：

2.2.1 沖擊鉆鉆孔工藝，優(yōu)點(diǎn)是在鉆錘的錘擊直徑內(nèi)，在同一種地質(zhì)層中，能有穩(wěn)定的鉆進(jìn)進(jìn)度。缺點(diǎn)是在遇到地質(zhì)條件巖面斜度太大時，孔樁在鉆進(jìn)到土石交界面軟硬區(qū)別很大時，鉆頭面受力不均，極易產(chǎn)生偏孔，造成卡錘甚至掉錘，施工時間長，難度大；本橋橋址上有高壓線，鉆機(jī)擺設(shè)后安全高度不足，且斜巖角度在45～60o，鉆錘在同一深度軟硬區(qū)別很大，擊穿斜巖效果差，砍巖高成本、低效益，無法滿足施工進(jìn)度要求。

2.2.2 人工挖孔工藝：具有施工機(jī)具簡單、無噪聲、無振動、造價低、能直接判斷持力層地質(zhì)情況等優(yōu)點(diǎn)，有效解決了場地小和高空限制的難題，同時大大改善周邊保通路的運(yùn)行環(huán)境，又能把斜巖直接整體暴露在外，處理斜巖問題簡單、經(jīng)濟(jì)、快速。

2.3 穿越長微風(fēng)化硬質(zhì)圍巖

本工程項(xiàng)目所在地微風(fēng)化硬質(zhì)圍巖長度長，嵌巖段的成孔工藝的選擇是樁基成孔的重心。方案對比：

沖擊鉆施工工藝在嵌巖地段的優(yōu)點(diǎn)是在有裂隙或軟質(zhì)花崗巖的沖擊進(jìn)度效果好。海靈橋嵌巖為微風(fēng)化花崗巖，硬度高，8.5～10m 嵌巖深度長，沖擊鉆沖擊時，錘牙磨耗極大，成本高，微風(fēng)化花崗巖整體性強(qiáng)，巖石強(qiáng)度高，砍巖時無臨空面，鉆孔進(jìn)度慢。而普通的人工挖孔工藝，優(yōu)點(diǎn)是無噪聲、無振動、造價低。缺點(diǎn)是微風(fēng)化圍巖強(qiáng)度高，人工開采不動，通常配合爆破作業(yè)成孔工藝。本項(xiàng)目上有高壓線，右臨車輛密集的保通路，限制了爆破作業(yè)，該工藝不能滿足施工條件[2]。

通過解決方案對比，采用水磨取芯施工工藝，即通過小型機(jī)具，沿樁基直徑外環(huán)連續(xù)取芯，在樁外側(cè)形成臨空面后，砍斷中間石柱成孔工藝，能有效地克服高強(qiáng)度、嵌巖深度長的微風(fēng)化地層問題。如此循環(huán)操作至終孔，工期進(jìn)度安全可控，同時也節(jié)約施工造價。

通過分析對各地層的施工方案的反復(fù)對比，最終選擇采用多種工藝相結(jié)合的人工挖孔工藝，即通過參考鋼板樁對扣工藝，采用半竹樁對扣輔助法施工工藝穿越砂層；將斜巖暴露在表面，直接破除；最后用水磨鉆孔取芯施工工藝通過硬質(zhì)微風(fēng)化花崗巖，最終成孔。

3 復(fù)雜地質(zhì)成孔的作業(yè)技術(shù)要點(diǎn)

施工主要工藝包括：測量放樣，施工準(zhǔn)備，孔樁開挖（半竹片樁對扣和水磨取芯結(jié)合工藝，要點(diǎn)詳述），出渣，單節(jié)成孔，護(hù)壁鋼筋安裝與支模，澆筑護(hù)壁混凝土，繼續(xù)循環(huán)開挖至孔底，樁底驗(yàn)收，鋼筋籠制作與安裝，澆筑樁身混凝土，成樁。其中最主要的環(huán)節(jié)是混凝土成孔工藝和澆筑工藝。復(fù)雜地質(zhì)成孔要點(diǎn)：

半竹片樁對扣工藝：在流砂層地段，為確保樁徑長度在進(jìn)入砂層前的土層1.5m 范圍內(nèi)，將護(hù)壁的直徑由D+300mm 慢慢過渡到D+400mm，澆筑好護(hù)壁。在進(jìn)入砂層時先沿樁外以外斜角10o向下施打1m 長半竹樁（注意不占護(hù)壁位置），并使半竹樁與半竹樁形成對扣，有效制止了流砂流出問題；根據(jù)現(xiàn)場流砂及工人的配合情況，調(diào)整每環(huán)進(jìn)尺縮短到0.3～0.5m，保證工人在孔內(nèi)作業(yè)時成模，工人離開孔內(nèi)后，安全穩(wěn)定，及時安裝護(hù)壁鋼筋，澆筑護(hù)壁混凝土并用插搖鋼釬振搗密實(shí)；在半竹片樁地段，控制砂層開挖每循環(huán)到0.9m 深度時，必須及時鋼筋混凝土護(hù)壁成環(huán)，及時施打下一階段半竹片樁成環(huán)，防止與上一環(huán)半竹片樁存在空擋，保證半竹片樁與上一環(huán)的有效搭接，如此循環(huán)開挖直至穿越砂層段，每環(huán)及時復(fù)核樁孔垂直度和直徑并及時修正。

水磨取芯鉆工藝：第一步，取芯內(nèi)直徑150mm，以樁基為中心點(diǎn)，以到取芯機(jī)中線為樁基的半徑，沿孔樁外徑以外一定斜角向下鉆孔后成環(huán)取芯[水磨機(jī)具高度1000mm，鉆機(jī)操作外緣超鉆芯80mm，計算斜交角度為（80+150/2）/1000=0.155,TAN(0.155)-1=8.8o]，確保合理的操作空間，同時不縮孔，取芯角度控制在10o內(nèi)，固定支牢固。每孔每次取芯進(jìn)尺長度0.6m，沿樁半徑取芯完后，中間形成獨(dú)立石柱。第二步，沿樁外圈取芯后的臨空面，連續(xù)4 處取芯孔，在孔1/5 下端放入鋼墊塊，再插入鋼楔，用大錘依次錘擊鋼楔，使巖體獲得一個水平?jīng)_力，進(jìn)而拉裂獨(dú)立石柱，再通過葫蘆吊將其吊出。由于鉆孔取芯在樁基孔壁形成鋸齒狀條，為保證樁徑，通過復(fù)測孔位直徑，將侵占到孔內(nèi)徑的鋸齒狀條鑿除進(jìn)行糾偏。如此循環(huán)操作，直至孔底成孔，微風(fēng)化巖石段落孔壁穩(wěn)定，節(jié)約造價，免護(hù)壁支護(hù)。

人工挖孔工藝：為確保樁徑在進(jìn)入砂層前的土層1.5m 范圍內(nèi)，將護(hù)壁的直徑由D+300mm 慢慢過渡到D+400mm，澆筑好鋼筋混凝土護(hù)壁。按半竹片樁對扣工藝方法通過砂層后，露出圍巖斜巖角度45～60o，微風(fēng)化花崗巖硬度高，用其他施工工藝處理起來復(fù)雜、成本高，選用多種工藝相結(jié)合的人工挖孔工藝將地下的斜巖露出在外，處理方式多、快、準(zhǔn)；不僅解決了場地狹小問題，同時隔樁開挖，工作面多，進(jìn)度快，人工挖孔無噪聲、無振動，為周邊的車輛運(yùn)行提供了良好的環(huán)境。

圖1 輔助法人工挖孔立面示意圖

圖2 半竹片樁對扣示意圖

4 結(jié)語

在復(fù)雜環(huán)境條件下，通過方案對比解決場地條件和復(fù)雜地質(zhì)條件困擾，優(yōu)化施工方案，選擇采用半竹片樁對扣工藝穿越砂層，采用水磨取芯施工工藝通過硬質(zhì)圍巖等多種工藝相結(jié)合的人工挖孔工藝，成功地攻克流砂層，高效地推進(jìn)硬度高的圍巖層，同時人工挖孔有效地把很難處理的斜巖顯露出來而使問題得到解決。既順利地在復(fù)雜環(huán)境下通過各層地層成孔，又保證了周邊道路的穩(wěn)定和降低噪聲，有效地克服了諸多復(fù)雜環(huán)境的施工難題。本方案施工進(jìn)度快、施工安全、經(jīng)濟(jì)效果好，在本工程實(shí)踐中切實(shí)可行，經(jīng)檢驗(yàn)獲得成功，灌注樁身質(zhì)量優(yōu)良，故此方案可為樁基施工提供參考。