河道內(nèi)卵礫石及硬巖地質(zhì)深埋承臺樁基快速施工技術(shù)

馬占飛　郭若男

摘 要：以太行山高速公路邯鄲段漳河大橋河道內(nèi)樁基為例，重點闡述河道內(nèi)卵礫石及硬巖地質(zhì)深埋承臺樁基快速施工技術(shù)。該技術(shù)采用大功率旋挖鉆機巖石牙輪筒鉆頭分級鉆進和螺旋鉆頭破壞巖芯相結(jié)合的施工方法，不僅達了到穩(wěn)定孔壁的效果，提高了工程質(zhì)量，還能使樁成孔更快，節(jié)約了大量的時間，為以后河道、河湖范圍樁基礎(chǔ)或類似地質(zhì)情況下的各類樁基礎(chǔ)施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：深埋承臺樁；旋挖鉆機；樁基礎(chǔ)施工

中圖分類號：U443.15+9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）12-0001-03

1 工程概況

太行山高速公路作為唯一省網(wǎng)項目，列入了京津冀協(xié)同發(fā)展交通一體化國家專項規(guī)劃，自北向南貫穿太行山區(qū)全境，規(guī)劃全長680 km。太行山高速邯鄲段起于武安市礦山鎮(zhèn)上焦寺村西北的邢臺、邯鄲市界，起點樁號K1+160.773，止于合漳鄉(xiāng)邰家口村東的漳河冀豫省界，終點樁號K69+846.18，路線全長68.685 km。

漳河大橋河北段由中國水利水電第十四工程局有限公司負責(zé)承建，漳河大橋施工里程左幅K69+490.081～K70+309.081，左幅橋梁全長819.0 m；施工里程右幅K69+410.081～K70+309.081，右幅橋梁全長899.0 m。

漳河大橋在清漳河、濁漳河匯合口下游約200 m處跨越漳河，漳河橋面寬80～200 m，水深2～5 m，河道內(nèi)地下水位埋深3～8 m，橋址區(qū)為卵礫石、中風(fēng)化砂巖，工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜?？紤]到河道清理及沖刷等，承臺埋深約13 m，河道范圍內(nèi)上部卵礫石覆蓋層為6～8 m，下部為中風(fēng)化石英砂巖，巖石抗壓強度約80 MPa。

2 施工工藝原理及特點

目前，國內(nèi)公路樁基施工方法通常采用螺旋鉆孔、正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔、反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔、潛水鉆機鉆孔、沖抓鉆孔、沖擊鉆孔、旋挖鉆機鉆孔、人工挖孔等施工方法?？紤]地層地質(zhì)條件復(fù)雜，地面以下6.8～8 m為卵礫石層，以下地層為中風(fēng)化砂巖，中風(fēng)化砂巖內(nèi)部含部分石英，適用于巖層地質(zhì)成孔方法有旋挖鉆機鉆孔、沖擊鉆孔和人工挖孔。

根據(jù)施工現(xiàn)場水文情況，地表有常年流水，地下水位較高，人工挖孔不適用帶水作業(yè)，屬于國家限制使用工藝，能用于巖層地質(zhì)成孔方法只有旋挖鉆機鉆孔、沖擊鉆孔兩種工藝可以使用。由于沖擊鉆孔需用泥漿量較大，污染環(huán)境，不環(huán)保，成孔速度慢，適應(yīng)能力差，且自動化程度低，操作工人勞動強度大?？紤]到地質(zhì)限制和施工工期要求，現(xiàn)場采用旋挖鉆機施工。

為了解決河道內(nèi)卵礫石及硬巖地質(zhì)樁基施工成孔困難問題，保證樁基施工進度和施工質(zhì)量，漳河大橋河道內(nèi)樁基采用了旋挖鉆施工。這種樁基成孔形式主要是依靠旋挖鉆機強大的扭矩和壓力使硬巖破碎[1]，通過旋挖鉆機鉆頭前端截齒子彈頭沖擊、切削硬巖。

沖擊、切削破巖是破碎堅硬巖石的有效方法，主要原理是組成巖石的晶粒軟硬不一而導(dǎo)致鉆頭高低起伏和產(chǎn)生沖擊荷載使巖體破碎。破碎巖體通過撈砂斗進行清渣，局部碎塊通過泥漿懸浮排出孔外。對局部難以鉆進位置采用筒鉆開槽后使用螺旋鉆破壞巖芯的鉆進方式，這種方法可以有效減小鉆齒侵入巖石時所需要壓力，具體效果與開槽深度和鉆齒壓入巖石點與開槽的距離有關(guān)。當鉆齒壓入巖石點與開槽的距離過大時，此效應(yīng)的效果就不明顯[2，3]。采用筒鉆開槽后螺旋鉆破壞巖芯的施工方法一次成孔時，根據(jù)經(jīng)驗，螺旋鉆中心齒侵入巖石所需壓強為孔內(nèi)邊界條件的0.6倍。

3 主要施工方案和施工工藝

河道內(nèi)上覆卵礫石下，覆中風(fēng)化硬質(zhì)砂巖地質(zhì)樁基成孔，卵礫石層采用撈砂斗鉆頭進行鉆進成孔，全護筒跟進直至嵌入硬巖[4，5]，局部容易塌孔的樁位采用混凝土鎖口+埋設(shè)嵌巖護筒方法保護孔口。中風(fēng)化硬質(zhì)砂巖采用大功率旋挖鉆機巖石牙輪筒鉆頭分級鉆進和螺旋鉆頭破壞巖芯相結(jié)合的施工方法，巖石牙輪筒鉆分3次成孔。鋼筋籠平面定位采用浮球進行軸線偏位控制。

3.1 施工工藝流程

施工過程一般包括：施工準備、測量放樣、鋼護筒制作安裝、鉆機就位、牙輪筒鉆分級鉆進、螺旋鉆頭破壞巖芯、撈砂斗鉆頭取渣（鉆渣外運）、成孔檢測、清孔、沉渣厚度檢測、移機、鋼筋籠制作吊裝、灌注水下混凝土等。

3.2 測量放樣

根據(jù)現(xiàn)場平面坐標系統(tǒng)，施工前做好導(dǎo)線控制網(wǎng)的布設(shè)，所有控制樁點設(shè)在施工作業(yè)范圍之外?？刂泣c保證兩個點以上的通視，控制點位置選定后，用GPS經(jīng)過實測并計算分析確定各控制坐標，高程控制網(wǎng)點經(jīng)水準儀引測到橋位附近，控制網(wǎng)成果表報監(jiān)理復(fù)核。

樁位放樣采用坐標法放樣，樁位中心是用木樁及圓釘打入，便于護筒埋設(shè)校核工作。根據(jù)樁位中心點布設(shè)十字護樁，方便護筒埋設(shè)檢查及施工過程對樁位的檢查。護筒埋設(shè)完成開孔前對樁位中心坐標再次確認，滿足要求后再開始施工。開孔前采用水準儀測設(shè)護筒頂面高程及地面高程，計算鉆孔深度。

3.3 護筒埋設(shè)及鉆機就位

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查確定卵石層深度，確定護筒埋設(shè)深度為6～8 m（護筒埋設(shè)嵌入巖層）。鋼護筒為15 mm厚，內(nèi)徑大于樁徑至少200 mm。鋼護筒節(jié)段高度2～4 m，施工過程中采用現(xiàn)場焊接埋設(shè)，鋼護筒頂高出地面0.3 m。護筒埋設(shè)精度確認無誤后，四周分層回填黏土并夯實，對易塌孔樁基增加混凝土鎖口。

鋼護筒埋設(shè)一般采用鉆孔埋入方法，通過旋挖鉆引孔，全護筒跟進直至穿過卵礫石層并嵌入硬巖。局部無法直接插入的采用插拔機配合施工。

護筒埋設(shè)精度確認無誤后，四周分層回填黏土并夯實，局部容易塌孔的樁位采用混凝土鎖口+埋設(shè)嵌巖護筒方法保護孔口，鉆機導(dǎo)桿中心線、回旋盤中心線、鋼護筒中心線需保持在同一軸線。鋼護筒中心與設(shè)計樁位中心的偏差不得大于50 mm，鋼護筒垂直度偏差不允許大于1%，保證鉆機沿著樁位豎直方向順利鉆進。

護筒就位后，通過十字護樁中心掛吊一線錘來檢驗護筒中心是否與樁中心重合，然后在其外側(cè)開挖縫分層回填沙礫并搗密。

鉆機使用前，需要對其主要機具設(shè)備進行檢查和維修。鉆機就位時，保證機械底座和頂端平穩(wěn)，避免產(chǎn)生位移或沉陷。

3.4 泥漿制備

泥漿造漿材料選用優(yōu)質(zhì)膨潤土，必要時再摻入適量CMC羧基纖維素或Na2CO3純堿等外加劑，保證泥漿自始至終達到性能穩(wěn)定、沉淀極少、護壁效果好和成孔質(zhì)量高的要求。在鉆孔樁施工過程中，對沉淀池中沉渣及澆筑混凝土?xí)r溢出的廢棄泥漿隨時清理，嚴防泥漿溢流，并用汽車棄運至指定地點傾泄，禁止就地棄渣，污染周圍環(huán)境。

3.5 鉆進成孔

鉆進過程中，應(yīng)保證泥漿面始終不低于護筒底部50 cm，根據(jù)地質(zhì)層情況合理控制鉆進速度，避免進尺過快造成坍孔埋鉆事故。鉆斗的升降速度宜控制在0.75～0.80 m/s，在卵礫石層或巖層中，升降速度應(yīng)隨地質(zhì)變化調(diào)整。泥漿初次注入時，應(yīng)垂直向樁孔中間進行注漿。

鉆孔達到設(shè)計深度，且孔深、孔徑符合要求后，再進行清孔。鉆進過程中，鉆頭選用撈砂斗鉆頭、巖石牙輪筒鉆頭、雙錐雙旋螺旋鉆頭，根據(jù)地質(zhì)情況交替使用達到鉆孔要求。采用巖石牙輪筒鉆、直徑1.0 m、1.5 m、1.8 m鉆頭分級擴孔鉆進與螺旋鉆頭破壞巖芯相結(jié)合的方式成孔。

鉆孔步驟為：直徑1 m牙輪筒式鉆頭鉆孔形成第一個臨空面→直徑1.5 m牙輪筒式鉆頭鉆孔形成第二個臨空面→直徑1.8 m牙輪筒式鉆頭鉆孔形成第三個臨空面→螺旋鉆頭破壞巖芯→采用撈砂斗撈取破碎巖石→分級鉆進為1 m，鉆進循環(huán)進行直至成孔。牙輪筒分級鉆進如圖1所示。

3.6 成孔驗收

鉆孔完成后，檢測樁基的各項指標，待孔深、孔徑、孔形、孔位、豎直度檢查合格后，方可進行清空，否則需重新進行掃孔。清孔的目的是清除孔底沉渣、控制泥漿相對密度和泥漿中含鉆渣量等。澆筑水下混凝土前沉渣厚度不大于30 cm。嚴禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔。

清孔需達到以下4點標準：①樁孔深度符合設(shè)計要求。②清孔滿足設(shè)計及施工規(guī)范要求。③孔內(nèi)沉淀厚度不大于設(shè)計規(guī)定或規(guī)范要求。④孔后泥漿相對密度≤1.10，含砂率＜2%，孔底沉淀厚度≤30 cm。

3.7 鋼筋籠制作與吊裝

鋼筋籠在鋼筋加工場集中分節(jié)制作，現(xiàn)場吊放鋼筋籠入孔時對準孔徑，保持垂直、輕放、慢放入孔，采用浮球進行鋼筋籠軸線偏位控制[6]，在鋼筋籠中心位置，利用鋼筋籠十字撐栓繩固定浮球位置，通過觀測浮球在樁孔的平面位置來確定樁基鋼筋籠軸線偏位，如圖2所示。導(dǎo)管使用前進行水密承壓試驗和接頭抗拉試驗，下設(shè)導(dǎo)管時為防止碰撞鋼筋籠，導(dǎo)管支撐架用型鋼制作，將支撐架支墊在鉆孔平臺上（中心位置），用于支撐懸吊導(dǎo)管，最后進行水下混凝土灌注?；炷凉嘧⑵陂g使用起重機吊放拆卸導(dǎo)管。圖3為濕作業(yè)旋挖鉆孔灌注樁施工示意圖。

4 施工注意事項

具體有以下5點注意事項：①施工現(xiàn)場護筒埋設(shè)后，需要使用全站儀核驗護筒中心同樁位中心是否一致。②埋設(shè)護筒采用護筒內(nèi)徑上下兩端十字交叉法定心，通過兩中心點，確保護筒垂直。鉆進時要及時測定孔斜，防止孔斜過大。③灌注樁樁長需要嚴格把控，施工中對包括護筒頂在內(nèi)的各項高程記錄都要準確，正確進行換算。在巖層中鉆進時，鉆頭的起始點要準確無誤，并根據(jù)不同地質(zhì)情況進行調(diào)整。機具長度丈量要準確，發(fā)現(xiàn)錯誤應(yīng)及時更正。④截齒子彈頭磨損比較嚴重時要及時更換?，F(xiàn)場配置專業(yè)焊工，子彈頭底座有破損時要及時更換底座。⑤樁底沉渣控制是灌注樁質(zhì)量控制的重點，泥漿性能指標和孔底淤積厚度應(yīng)嚴格按清孔標準執(zhí)行。

5 結(jié)束語

本文以河道內(nèi)卵礫石及中風(fēng)化硬質(zhì)砂巖地質(zhì)深埋承臺樁基施工為背景，對上覆卵礫石下覆蓋硬巖地質(zhì)深埋承臺樁基旋挖鉆機施工技術(shù)進行了闡述。鉆機施工采用旋挖鉆機巖石牙輪筒鉆頭分級鉆進和螺旋鉆頭破壞巖芯相結(jié)合的施工方法，對護筒埋設(shè)及鉆機就位、泥漿制作、鉆進成孔和成孔驗收等環(huán)節(jié)進行施工控制控制和管理。采用旋挖鉆機施工方法，樁基施工成孔效率高、樁基檢測均為I類樁，工期質(zhì)量得到有效保障。

參考文獻

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[3] 楊瀚翔，楊杰，文新華.復(fù)雜地層旋挖機鉆進成孔施工工藝探析[C].//第二十一屆全國橋梁學(xué)術(shù)會議文集， 2014：747-751.

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[6] 中交路橋華東工程有限公司，中交路橋建設(shè)有限公司.一種深埋樁頂?shù)匿摻罨\定位裝置：CN202120599512.X[P].2021 -11-02.

收稿日期：2023-08-09

作者簡介：馬占飛（1981—），男，山西運城人，本科，工程師，研究方向：公路工程技術(shù)管理。