旋挖鉆與全套管跟進(jìn)工藝在橋梁工程樁基施工中的應(yīng)用

楊裕堯

（昌九城際鐵路股份有限公司，南昌330000）

1 引言

目前，橋梁樁基礎(chǔ)常用的形式主要包括鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻、擴(kuò)大基礎(chǔ)等，工藝眾多且復(fù)雜，加之工程質(zhì)量、進(jìn)度以及造價等方面的要求，開展對橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的研究尤為重要。范保鑫等[1]研究了旋挖孔灌注樁施工中存在的問題，進(jìn)而針對這些問題提出了一些解決措施；劉世宣等[2]提出了一套在復(fù)雜地質(zhì)條件下采用多層鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法，解決了在復(fù)雜地質(zhì)條件下旋挖鉆機(jī)施工慢且易塌孔的難題；陳青[3]結(jié)合項目實(shí)例對旋挖鉆施工工藝和施工要點(diǎn)進(jìn)行了討論。然而，目前對于旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝的研究依然較少，因此，本文依托工程實(shí)例對旋挖鉆+全套管跟進(jìn)施工工藝進(jìn)行介紹，并對照傳統(tǒng)工藝對該技術(shù)的優(yōu)勢與不足之處進(jìn)行探索，以期可為旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝在橋梁工程樁基施工中的后續(xù)應(yīng)用與研究提供參考與借鑒。

2 工程概況

龍南特大橋位于江西省贛州市龍南縣境內(nèi)，附近多為農(nóng)田、水塘、灌溉渠道。周圍居民較多，屬縣城周邊，交通便利，小里程贛州橋臺位于小山丘上，坡度較緩，植被覆蓋面積較小。大里程深圳僑臺位于半山腰處，坡度較緩，山頭植被覆蓋較為茂密。

龍南特大橋于DK103+952.77 ～DK103+997處，跨越G105國道，國道與線路大里程夾角為123.4 °。3號、4號橋墩位于主道的綠化帶內(nèi)；2號橋墩緊鄰輔道與里仁隧道出口施工便道；5號橋墩緊鄰輔道與拌和站出入口，上部采用18m+24m+14m剛構(gòu)進(jìn)行跨越。

3 旋挖鉆+全套管跟進(jìn)施工工藝

3.1 施工工法

結(jié)合本工程實(shí)際地質(zhì)情況和溶洞發(fā)育的情況，采用旋挖鉆鉆孔，全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)跟進(jìn)套管，履帶吊配合運(yùn)輸設(shè)備的施工方法。

3.2 施工工藝流程

旋挖鉆+全套管跟進(jìn)施工工藝流程為：樁心定位—履帶吊就位—全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)就位和調(diào)整—全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行成孔施工—旋挖鉆取土—連接鋼套管—接長鋼套筒—利用旋挖鉆機(jī)取土—終孔的驗(yàn)收和清孔—鋼筋籠吊入及安裝—下放導(dǎo)管—進(jìn)行二次清孔—水下混凝土灌注—拔套管—清理場地。

3.3“旋挖鉆+全套管跟進(jìn)”施工方案（臨時套管）

3.3.1 樁心定位

測量人員對樁心進(jìn)行精確定位，并埋設(shè)好護(hù)樁，旋挖機(jī)組在下設(shè)護(hù)筒前應(yīng)再次復(fù)核定位。

3.3.2 鉆機(jī)就位

在樁機(jī)就位之前，先要檢查樁機(jī)是否有良好的性能狀態(tài)，保證樁機(jī)正常工作并且樁位附近平整，控制定位板的中心與樁位的標(biāo)注點(diǎn)重合。在定位板上安放全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，對鉆機(jī)進(jìn)行水平調(diào)整。

3.3.3 鉆進(jìn)成孔

安放帶刀頭的底節(jié)鋼護(hù)筒，使用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的夾緊裝置抱緊鋼護(hù)筒，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割并下壓，上部空間足夠時連接鋼套管，使用旋挖鉆進(jìn)行取土，始終保持套管內(nèi)留有2～3m的渣土進(jìn)行反壓，直至鋼套管進(jìn)入設(shè)計樁基標(biāo)高范圍，沖抓完成后成孔。

按設(shè)計要求確定的參數(shù)進(jìn)行成孔施工，安排專職記錄員記錄成孔過程的各種參數(shù)，如鉆進(jìn)深度、地質(zhì)特征、機(jī)械設(shè)備是否損壞、有無障礙物等情況。記錄必須保證認(rèn)真、及時、準(zhǔn)確、清晰。

為鉆機(jī)配備電子控制系統(tǒng)，用以顯示和調(diào)整鉆機(jī)鉆進(jìn)時的垂直度，通過人工觀察和電子控制2個措施確保鋼套管的垂直度，進(jìn)而確保成孔的垂直度。

在鉆孔過程中根據(jù)地質(zhì)條件的實(shí)際情況合理控制進(jìn)尺速度。

3.3.4 清孔

達(dá)到地勘及設(shè)計圖紙要求的嵌巖深度后，對成孔進(jìn)行質(zhì)量檢查，達(dá)到要求深度后，用清孔鉆進(jìn)行清孔后終孔；下鋼筋籠前，再次檢查孔底沉渣厚度（柱樁的沉渣厚度應(yīng)小于50mm），如果不能滿足要求，需要重新清孔。

3.3.5 拔套管

混凝土澆筑過程中，混凝土每超過護(hù)筒底6～7m拔護(hù)筒1節(jié)，并密切注意混凝土面下降情況，拔筒時，用于控制澆混凝土導(dǎo)管底部應(yīng)始終保持在混凝土面以下2m的位置，以確保澆筑質(zhì)量。

3.3.6 樁混凝土澆灌（采用水下灌注混凝土工藝）

水下灌注混凝土基本原理為采用導(dǎo)管灌注法，即將封閉的連接鋼管當(dāng)作水下混凝土的輸送通道，控制管的下部埋入混凝土在2～6m深度處，使樁孔內(nèi)的水或泥漿與從下而上連續(xù)不斷灌入的混凝土隔離并逐步形成樁身，孔底的沉渣以及污水浮出混凝土表面。

3.3.7“旋挖鉆+全套管跟進(jìn)”工藝（永久套管）

水下灌注混凝土施工流程：

1）沉放鋼筋籠；

2）導(dǎo)管安放：緩慢地將導(dǎo)管沉到距離孔底300～500mm處；

3）在漏斗底部放置封口板或者球塞，封口板用細(xì)鋼絲繩引出；

4）灌入首批混凝土，加滿整個料斗；

5）向上拔出封口板或球塞，初灌混凝土，隨即將混凝土連續(xù)向孔斗內(nèi)澆灌以保證導(dǎo)管埋入在混凝土面2m以下；

6）連續(xù)灌注混凝土，上提導(dǎo)管，要始終將導(dǎo)管的下口埋在混凝土面下2m以上，嚴(yán)禁提出混凝土面；

7）混凝土灌注完畢，拔出最后1節(jié)導(dǎo)管前，確認(rèn)混凝土面無明顯下降后，可將導(dǎo)管拔出。

流程對比分析：

永久套管與臨時套管工藝對比，前6步一樣，不同點(diǎn)在于永久套管工藝混凝土灌注過程中只需控制導(dǎo)管埋深，不需要拔出鋼護(hù)筒。

原因是：（1）旋挖鉆+全套管工藝不需要泥漿護(hù)壁，灌注混凝土在通過流塑地層時，拔出鋼護(hù)筒易發(fā)生縮徑、塌孔現(xiàn)象，嚴(yán)重影響成樁質(zhì)量；（2）巖溶地區(qū)樁基地下情況復(fù)雜，拔出鋼護(hù)筒后，在混凝土壓力下，容易擠壓開四周不穩(wěn)定土層，擴(kuò)大溶洞體積，造成混凝土面快速下降，甚至下降到低于導(dǎo)管底部，造成斷樁。

所以，對于樁長超過60m的深樁，或補(bǔ)勘溶洞高度超過15m的大型巖溶地區(qū)的樁基，為保證施工效率、成樁質(zhì)量及施工安全，永久套管工藝不可或缺。

4 旋挖鉆+全套管跟進(jìn)與沖擊鉆施工對比分析

4.1 工藝對比分析

為達(dá)到工藝對比的直觀性、準(zhǔn)確性與全面性，決定選取與3號墩的8號、7號、6號、4號樁基（樁長相近）地質(zhì)情況相似的5號、6號墩所有樁基進(jìn)行對比。其施工流程與旋挖鉆+全套管跟進(jìn)施工流程大體一致。

4.2 進(jìn)度對比

進(jìn)度對比是旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝與沖擊鉆在開始鉆進(jìn)到灌樁結(jié)束所用時間，選用3號墩的8號、7號、6號、4號樁基與5號、6號墩的所有樁基進(jìn)行成樁天數(shù)對比。

4.2.1 首樁對比

采用旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝施工3號墩的8號樁基，樁長47.5 m，從開鉆到灌樁結(jié)束共計5 d；采用沖擊鉆工藝施工的5號墩4號樁基，樁長36.5 m，從開鉆到灌樁結(jié)束共計10 d，6號墩的1號樁基樁長49.5 m，開鉆到灌樁結(jié)束共計19 d。

4.2.2 完成所有樁成樁天數(shù)對比

3號墩的8號、7號、6號、4號樁基成樁天數(shù)總和為14 d，平均每根樁成樁天數(shù)為3.5 d，估算3號墩12根樁基成樁天數(shù)總和為42 d；5號墩6根樁成樁天數(shù)總和為72 d，平均每根12 d；6號墩8根樁基成樁天數(shù)總和為171 d，平均每根21.4 d。

對比可知，旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝大大節(jié)省了鉆孔時間，能更加高效地完成巖溶地區(qū)的樁基施工。

4.3 工序?qū)Ρ?/h3>

工序?qū)Ρ仁潜容^樁基施工過程中3個主要的環(huán)節(jié)：鉆孔時間、下放鋼筋籠時間、灌注混凝土?xí)r間。

4.3.1 鉆孔時間

3號墩的8號、7號、6號、4號樁基平均鉆孔時間為58.7 h，最短鉆孔時間33.3 h；5號墩樁基平均每根鉆孔時間為228 h，最短鉆孔時間120 h；6號墩樁基平均每根鉆孔時間為345 h，最短鉆孔時間為96 h。

4.3.2 下放鋼筋籠時間

下放鋼筋籠時間主要取決于鋼筋籠的長度、焊接接頭數(shù)及焊工人數(shù)。3號墩6號樁基樁長46.5 m，鋼筋籠下放時間是5.17 h，6號墩2號樁基樁長4 8m，鋼筋籠下放時間是5.1 7 h。分析得出樁長接近的鋼筋籠下放時間基本一致。

4.3.3 灌注混凝土?xí)r間

3號墩灌樁時間最長的樁基為8號樁，用了6.5 h；5號墩灌樁時間最長的樁基為1號樁，用了3.5 h；6號墩灌樁時間最長的樁基為1號樁，用了4.25 h。平均灌注時間：3號墩為5.22 h；5號墩為2.68 h；6號墩為2.33 h。

旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝灌樁時間長的主要原因是隨著灌注過程中混凝土面的上升，旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝不僅要拆除導(dǎo)管，臨時套管也要相應(yīng)提起，若不能及時提起套管，套管埋深過深容易造成全回轉(zhuǎn)機(jī)及履帶吊無法拔出套管。根據(jù)現(xiàn)場記錄，1節(jié)3.5 m套管拔起到拆卸運(yùn)送至地面需要10～15min。而5號、6號墩樁基灌注混凝土過程中只要控制導(dǎo)管埋深，若采用永久套管，可很大程度上減少旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝的灌樁時間。

綜上工序?qū)Ρ?，鉆孔時間占整個工序時間的95%，旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝雖然灌注混凝土?xí)r間相比傳統(tǒng)工藝要長，但鉆孔時間大大減少，整個成樁時間也相應(yīng)大幅度減少。若將臨時套管改進(jìn)成永久套管，時間還將進(jìn)一步減少，成樁質(zhì)量也能進(jìn)一步提高。

4.4 工效對比

3號墩的8號、7號、6號、4號樁基與5號墩、6號墩所有樁基的地質(zhì)情況基本一致，均只有粉質(zhì)黏土、粗圓礫土、溶洞、灰?guī)r4種地層。故在工效對比中比較鉆進(jìn)各個地層的時效。

4.4.1 粉質(zhì)黏土

3號墩樁基鉆進(jìn)粉質(zhì)黏土層最快的是4號樁基，速度為5.85 m/h，平均速度是3.45 m/h；6號墩樁基鉆進(jìn)最快的是5號樁基，速度為2.73 m/h，平均速度是1.80 m/h；5號墩樁基鉆進(jìn)最快的是4號樁基，速度為1.69 m/h，平均速度是1.38 m/h。相比后，旋挖鉆+全套管工藝更加效率。

4.4.2 粗圓礫土

3號墩樁基在鉆進(jìn)粗圓礫土層時最快的是4號樁基，速度為4.15 m/h，平均速度為3.53 m/h；6號墩樁基鉆進(jìn)最快的是1號樁基，速度為1.51 m/h，平均速度為1.35 m/h；5號墩樁基鉆進(jìn)最快的是4號樁基，速度為1.82 m/h，平均速度為1.04 m/h。

4.4.3 灰?guī)r（溶洞）

3號墩樁基在鉆進(jìn)灰?guī)r（溶洞）時，最快的是7號樁基，速度為1.18 m/h，平均速度為0.91 m/h；6號墩樁基鉆進(jìn)最快的是8號樁基，速度為0.32 m/h，平均速度為0.16 m/h；5號墩樁基鉆進(jìn)最快的是1號樁基，速度為0.42 m/h，平均速度為0.27 m/h。

經(jīng)4個地層的鉆進(jìn)工效對比，可以很清楚地看到旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝的工效遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)工藝的工效。正是因?yàn)橛腥绱烁叩墓ば?，極大程度上縮短了鉆進(jìn)時間，從而在短時間內(nèi)達(dá)到預(yù)期產(chǎn)值的結(jié)果。

4.5 費(fèi)用分析

龍南特大橋3號墩8號、7號、6號、4號樁基均為直徑1m的鉆孔樁，清單單價為1 533元/m，經(jīng)費(fèi)用分析后，旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝測算單價約5 364元/m（不含永久護(hù)筒）。通過對比可知，在相同條件下，旋挖鉆+全套管跟進(jìn)的施工成本遠(yuǎn)低于沖擊鉆。

4.6 總結(jié)

通過3號墩8號、7號、6號、4號樁基的旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝試樁，確定了旋挖鉆+全套管工藝的可行性；對比傳統(tǒng)沖擊鉆工藝，旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝極大地提高了施工作業(yè)的效率，有效縮短了工期，效果十分顯著；也找出了旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝施工的不足之處，灌注混凝土?xí)r間過長。為進(jìn)一步提高旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝的效率，除了加快鉆進(jìn)速度之外，減少灌注混凝土?xí)r間尤為重要。

5 結(jié)語

通過對施工過程中遇到的問題和困難不斷反思并吸取其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，確定了該工藝在此項目中的可行性，總結(jié)了施工措施以及旋挖鉆+全套管跟進(jìn)工藝對比傳統(tǒng)工藝（沖擊鉆）的優(yōu)勢和不足之處。本文中龍南特大橋3號墩試樁所采取的施工工藝以及試樁過程中發(fā)現(xiàn)的問題可以為同類型的橋梁樁基施工提供參考。