鉆孔樁在較堅硬地層中的預(yù)成孔法施工技術(shù)

趙懷亮

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100176)

當(dāng)用旋挖鉆機(jī)在較堅硬的地層中施工時功效會大大降低，使用沖擊鉆機(jī)成孔不但施工進(jìn)度慢、勞動強(qiáng)度大，而且污染環(huán)境。在赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路工程跨油庫專用線特大橋等幾座大橋鉆孔樁基施工中，在較堅硬的地層中采用了“預(yù)成孔法”使用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工，使旋挖樁的施工速度大大提高，有效地解決了旋挖鉆機(jī)在較堅硬地層中不能施工的難題。

1 工程概況

新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路正線為雙線客運專線，設(shè)計速度目標(biāo)值采用250 km/h，鋪設(shè)無縫線路，有碴軌道?？缬蛶鞂Ｓ镁€特大橋位于內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)，全長1 183.81 m，線間距為4.6 m，本橋中心里程為DK58+795.18，起始里程DK58+203.27，終止里程DK59+387.08。橋梁采用鉆孔樁基礎(chǔ)，鋼筋混凝土承臺，橋臺為雙線一字形橋臺，共2個。1#～22#墩、25#～37#墩為雙線圓端形實體橋墩，共35個；23#～24#墩墩身類型為框架墩，共2個。簡支預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁，采用預(yù)制架設(shè)方法施工?？卓绮贾眯问綖殡p線孔跨布置3×32 m+3×24 m+16×32 m+5×24 m+11×32 m簡支預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁。

工程地質(zhì)條件：地表多為第四系人工堆積層(Q4ml)雜填土，填筑土。第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4ol+pl)粉質(zhì)黏土，粉土，粉砂，細(xì)砂，中砂，粗砂，礫砂，細(xì)圓礫土，粗圓礫土，下伏侏羅紀(jì)上統(tǒng)吐呼嚕組(J3t)砂巖，泥巖。地下水類型為第四系空隙潛水及基巖裂隙水，地下水埋深16.0～16.8 m，地下水靠大氣降水補(bǔ)給。

全橋基礎(chǔ)全部為鉆孔樁基礎(chǔ)，共有樁基350根：赤峰方臺、23#～24#墩、35#～37#墩鉆孔樁基礎(chǔ)為柱樁，合計62根；喀左方臺、1#～22#墩、25#～34#墩鉆孔樁基礎(chǔ)為摩擦樁，合計288根。樁長28.5～41.0 m。地基基本承載力為400～800 kPa。受地層承載力的影響，普通的回轉(zhuǎn)旋挖鉆機(jī)對部分樁基無法施工，工程采用了“預(yù)成孔法”旋挖樁施工技術(shù)，取得了較好的成果。

2 預(yù)成孔法旋挖樁施工技術(shù)

預(yù)成孔法旋挖樁施工技術(shù)是先用多功能履帶式水井鉆機(jī)在即將開挖的樁體上預(yù)先進(jìn)行鉆孔，再用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行二次成孔的施工方法。以直徑100 cm的鉆孔樁為例，當(dāng)樁的位置確定以后，先用多功能履帶式水井鉆機(jī)在即將開挖的樁體上鉆3個(或多個)直徑15 cm的圓孔，圓孔位置如圖1所示。圓孔圓心距鉆孔樁的圓心35 cm，圓孔的深度為鉆孔樁的設(shè)計深度。隨后再用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行開挖，鉆頭旋轉(zhuǎn)、擠壓巖土層，3個(或多個)圓孔形成類似爆破作業(yè)中的臨空面，使巖土層比較容易地被破碎，進(jìn)而加快了旋挖鉆機(jī)的開挖速度，使不能使用變?yōu)榭梢允褂?。它具有以下技術(shù)特點：

(1)施工速度快，施工造價低。若使用大功率的旋挖鉆機(jī)雖然可以在較堅硬的巖土層中成孔，但鉆機(jī)昂貴，耗電量大，鉆頭磨損較快。在較堅硬的地層中用預(yù)成孔法施工，成孔速度是沖擊式鉆機(jī)的4～6

圖1 預(yù)先鉆孔孔位布置(單位：cm)

倍，施工造價約為大功率旋挖鉆機(jī)的50%～60%。

(2)施工質(zhì)量好、精度高。使用該技術(shù)由于先用多功能履帶式水井鉆機(jī)預(yù)成孔，可以減小樁基的定位誤差，提高樁位的準(zhǔn)確度。

(3)使用“預(yù)成孔法”旋挖樁施工技術(shù)在避免使用更大功率旋挖鉆機(jī)的前提下，使普通旋挖鉆機(jī)可使用于較堅硬的地層中，大大擴(kuò)展了它的適用范圍。

(4)預(yù)成孔法旋挖樁施工技術(shù)所用的多功能履帶式水井鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)都是常用的施工設(shè)備，操作比較簡單，沒有技術(shù)難度。

(5)預(yù)成孔法旋挖樁施工技術(shù)已通過大量的施工應(yīng)用，實踐證明其施工工藝成熟，可操作性強(qiáng)，可直接應(yīng)用于各種鐵路、公路、房建工程的鉆孔樁基施工中，特別適用于較堅硬地層中的旋挖鉆機(jī)鉆孔樁施工。

3 施工工藝

3.1 工藝流程

預(yù)成孔法旋挖樁施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→樁位放樣→多功能鉆機(jī)就位、校正→多功能鉆機(jī)鉆孔→埋設(shè)護(hù)筒→旋挖鉆機(jī)鉆孔→清孔、終孔→安裝鋼筋籠、灌注混凝土→轉(zhuǎn)入下個樁施工。

3.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

樁基施工除了需要配備發(fā)電機(jī)、挖掘機(jī)、污水泵等常規(guī)機(jī)械以外，還需要根據(jù)工期和工程量的大小配置適量的多功能履帶式水井鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)。本工程使用的是一臺FY180型多功能地?zé)崴@機(jī)和一臺德國寶峨BG25(BH70主機(jī))旋挖鉆機(jī)。

3.2.2 樁位放樣

場地平整完成后使用GPS定位儀或全站儀測量放線，定出樁位，打入鋼筋作為標(biāo)志，由現(xiàn)場技術(shù)人員標(biāo)出“預(yù)成孔”的位置，經(jīng)現(xiàn)場質(zhì)量控制人員復(fù)核。

3.2.3 多功能鉆機(jī)進(jìn)場施工

經(jīng)過精確定位確定好鉆孔位置后，多功能水井鉆機(jī)進(jìn)場就位，對準(zhǔn)孔位開始鉆進(jìn)。鉆進(jìn)時機(jī)身應(yīng)避免產(chǎn)生移動和搖晃，以確保鉆孔的孔位和垂直度。3個(或多個)圓孔完成后無須清孔鉆機(jī)即可轉(zhuǎn)至下一個樁位進(jìn)行鉆孔。

3.2.4 埋設(shè)護(hù)筒

多功能水井鉆機(jī)鉆孔完成后埋設(shè)護(hù)筒。根據(jù)地質(zhì)情況，鋼護(hù)筒長度一般在1～4 m以內(nèi)采用厚8～10 mm的鋼板制作，長度大于4 m的鋼護(hù)筒采用厚10～15 mm鋼板制作。鋼護(hù)筒埋置較深時可采用多節(jié)鋼護(hù)筒連接使用。鋼護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)比鉆頭直徑大150～200 mm。當(dāng)?shù)仄矫鏄?biāo)高低于樁頂標(biāo)高時，鋼護(hù)筒應(yīng)高出樁頂標(biāo)高0.2～0.3 m；當(dāng)?shù)仄矫娓哂跇俄敇?biāo)高時，鋼護(hù)筒應(yīng)高出地面0.2～0.3 m[1]。

3.2.5 旋挖鉆機(jī)鉆孔

旋挖鉆機(jī)就位后鉆進(jìn)巖土?xí)r，利用已經(jīng)完成的“預(yù)成鉆孔”形成的臨空面，通過鉆頭對巖土體進(jìn)行切削、擠壓、磨碎,再將巖土碎屑通過鉆頭提鉆排至孔外,如此反復(fù)鉆進(jìn)、出渣等施工循環(huán),最終完成樁基的造孔作業(yè)。巖土承載力<800 kPa時合理鉆進(jìn)參數(shù)為轉(zhuǎn)速12～15 r/min、鉆壓100～150 bar；巖土承載力>800 kPa時應(yīng)使用外荷載方式加壓，且加壓過程應(yīng)是均勻的，合理的鉆進(jìn)參數(shù)為轉(zhuǎn)速15～20 r/min、鉆壓150～250 bar[1]。

4 結(jié)束語

新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路工程橋梁鉆孔樁基施工中，使用普通旋挖鉆機(jī)采用預(yù)成孔法進(jìn)行鉆孔樁基施工，大大提高了鉆孔速度和施工質(zhì)量，降低了工程造價。以跨油庫專用線特大橋旋挖樁施工為例，跨油庫專用線特大橋共計39個墩臺，共有92根樁3 551延m使用預(yù)成孔法旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工，工程費用3 551延m×195元/延m=69.2萬元，而使用傳統(tǒng)的沖擊鉆施工工程費用3 551延m×540元/延m=191.7萬元，共計節(jié)約工程費用122.5萬元。使用預(yù)成孔法進(jìn)行旋挖樁施工是在其不適宜施工的條件下開辟了新的施工方法，擴(kuò)展了旋挖鉆機(jī)的適用范圍。施工經(jīng)驗可為同類工程借鑒。