龐傳東

(中鐵六局太原鐵建有限公司，山西太原 030045)

鐵路特大橋樁基施工方法

龐傳東

(中鐵六局太原鐵建有限公司，山西太原 030045)

以某特大橋樁基施工為例，基于對(duì)工程地質(zhì)條件的研究，選取了合理的施工方案，并介紹了各種灌注樁的工藝流程，總結(jié)了旋挖鉆機(jī)與沖擊反循環(huán)鉆機(jī)的操作要點(diǎn)，為類似工程的施工積累經(jīng)驗(yàn)。

灌注樁，樁基，旋挖機(jī)，回旋鉆機(jī)

隨著時(shí)代的進(jìn)步，科學(xué)的發(fā)展，建筑物的上部結(jié)構(gòu)形式越來越多，由此也引發(fā)了基礎(chǔ)工程的不斷更新。樁基礎(chǔ)是一種應(yīng)用較為廣泛的深基礎(chǔ)類型，按照成樁方法，分為預(yù)制樁和灌注樁，灌注樁相比預(yù)制樁有諸多優(yōu)點(diǎn)，在工程中較多選用灌注樁。灌注樁的成孔方法比較多，如何合理選用成孔機(jī)械、成孔方法;如何合理配置資源、降低施工成本，成為施工單位選擇的難點(diǎn)，所以本文提出如何從機(jī)械、成孔方法等選擇上降低成本，提出建議及方法。

1 灌注樁基礎(chǔ)的設(shè)備選擇及適用范圍

1)旋挖鉆機(jī)：適用于粘性土、粉土、填土、砂土、碎石土及風(fēng)化巖層;

2)沖擊反循環(huán)鉆機(jī)：適用于粘性土、粉土、填土、砂土、碎石土、風(fēng)化巖層、巖層;

3)正反循環(huán)鉆機(jī)：適用于粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)土及砂土;

4)人工挖孔灌注樁：地下水位以上的粘性土、黃土及人工填土。

2 優(yōu)化施工方案，降低施工成本

2．1 同一地層采用旋挖鉆機(jī)和回旋鉆機(jī)

舉例說明：高鐵建設(shè)中的特大橋，每千米有10 000多米的鉆孔灌注樁，如果合理選擇成孔設(shè)備，就能降低施工成本。例如某一座特大橋，橋長(zhǎng)5 km，共需基礎(chǔ)樁1 240根，基底資料為粘性土、砂土、碎石土、黃土，樁長(zhǎng)50 m，樁徑為1 m，根據(jù)以上資料進(jìn)行分析，旋挖鉆機(jī)、沖擊反循環(huán)鉆機(jī)、正反循環(huán)鉆機(jī)都能施工，并且成孔速度都很快。

如果全部采用旋挖鉆機(jī)施工，5 h成孔，并且施工現(xiàn)場(chǎng)污染少，環(huán)保，單價(jià)為200元/m3，成樁費(fèi)用合計(jì)為1 240根×50 m/根× 0．785 m3/m ×200元/m3=973．40萬元。

如果采用另一種機(jī)械組合，旋挖鉆機(jī)與反循環(huán)鉆機(jī)配合施工，兩種機(jī)械施工樁長(zhǎng)比例各占一半，施工成本旋挖鉆機(jī)為：620根 ×50 m/根 ×0．785 m3/m ×200元/m3=486．70萬元;反 循環(huán)鉆機(jī)施工成本：620根×50 m/根×0．785 m3/m×120元/m3= 292．02萬元，合計(jì)成本為778．72萬元。

通過以上的對(duì)比分析，同樣的地層結(jié)構(gòu)、同樣的工期要求，合理選用不同的機(jī)械組合，選用不同的施工方法，能降低施工成本，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目盈利，提升項(xiàng)目管理水平。

2．2 根據(jù)地質(zhì)合理選擇施工工藝

根據(jù)施工地質(zhì)情況變化、土層的情況、水位的高低等要合理選用施工工藝才能保證施工生產(chǎn)的順利進(jìn)行。例如在濟(jì)南東二環(huán)樁基施工過程中，共有5家施工單位中標(biāo)，地質(zhì)資料基本一樣，為粘土、砂土、強(qiáng)風(fēng)化巖、弱風(fēng)化巖，工期要求都一樣，樁長(zhǎng)35 m，局部有水，兩年后開通。多數(shù)施工單位采用沖擊反循環(huán)成孔，其中一家施工單位選用了人工挖孔灌注樁成孔方式，遇到風(fēng)化巖后爆破施工。人工挖孔在26 m左右出現(xiàn)了地下水，而沒有有效的防水堵水措施，施工無法繼續(xù)進(jìn)行，必須重新更換施工機(jī)械，后又選用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工，導(dǎo)致工期延誤、產(chǎn)值完不成、后續(xù)工作落后等一系列問題。

2．3 環(huán)環(huán)緊扣為施工設(shè)備配足資源

鉆孔樁施工中需環(huán)環(huán)緊扣，保證施工順利進(jìn)行。某一工地，橋長(zhǎng)5 km，1 240根鉆孔樁，樁長(zhǎng)50 m，樁徑1 m，150個(gè)承臺(tái)及墩身，施工單位采用旋挖鉆成孔，現(xiàn)場(chǎng)建了混凝土拌合站，有10臺(tái)混凝土運(yùn)輸車，根據(jù)任務(wù)安排及工期要求，計(jì)劃配備10臺(tái)旋挖鉆機(jī)，每臺(tái)鉆機(jī)每天成孔4根，灌注3根，每天完成30根鉆孔樁，樁基礎(chǔ)40 d完成，然后開始施工承臺(tái)、墩身。在實(shí)際施工過程中，由于征地拆遷、道路運(yùn)輸、施工場(chǎng)地等各種因素制約，工作面不能鋪開，3臺(tái)鉆機(jī)沒有工作面，并且每臺(tái)鉆機(jī)平均每天只能完成1．5根樁。分析原因，首先混凝土拌合站距離施工現(xiàn)場(chǎng)8 km，混凝土運(yùn)輸車輛不足，導(dǎo)致鉆孔樁已成孔、鋼筋籠已下，導(dǎo)管已安好，而混凝土不到位，其次混凝土拌合站的兩臺(tái)90機(jī)組，按計(jì)劃應(yīng)為每小時(shí)出混凝土180 m3，扣除其他不利因素影響每小時(shí)最少能出160 m3混凝土，而實(shí)際情況是混凝土為高性能混凝土，填加的各種減水劑、粉煤灰、鋁粉等增加了攪拌時(shí)間，再加上機(jī)械整修、工人時(shí)間等因素只能達(dá)到130 m3/h。后期加上承臺(tái)、墩身等施工，導(dǎo)致混凝土供應(yīng)量嚴(yán)重不足，影響鉆孔機(jī)械的利用效率，降低了勞動(dòng)生產(chǎn)率，影響工期、影響成本。所以在施工過程中應(yīng)綜合考慮混凝土拌合站的位置、運(yùn)輸距離的遠(yuǎn)近、拌合站的實(shí)際供應(yīng)能力、機(jī)械的利用效率、流水施工的流程等一系列問題進(jìn)行有選擇的上足配套設(shè)備，合理配置資源達(dá)到最大化的勞力生產(chǎn)率。

3 各種灌注樁的工藝流程

3．1 旋挖鉆機(jī)

旋挖鉆機(jī)成孔工藝：旋挖成孔主要是通過桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎土，并且把土直接裝入鉆筒內(nèi)，然后再通過鉆桿及鋼絲繩將鉆斗提出孔外，筒門打開，鉆桿反轉(zhuǎn)將土卸下，這樣循環(huán)動(dòng)作，不斷地取土卸土，通過泥漿護(hù)壁，一直到鉆至設(shè)計(jì)深度。

1)工藝流程圖見圖1。

2)關(guān)鍵工序：a．確定樁位：采用全站儀放線，按“測(cè)量放線、復(fù)核、相互簽認(rèn)”進(jìn)行單根樁放樣。b．鉆機(jī)就位：鉆機(jī)就位時(shí)，要檢查鉆機(jī)的垂直度、水平度，并且要把鉆筒中心與樁位中心相對(duì)應(yīng)，并重合。

3)埋設(shè)護(hù)筒：旋挖鉆機(jī)護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)高于地下水位3 m，在清孔過程中應(yīng)不斷置換泥漿，直至灌注水下混凝土。

圖1 鉆孔樁施工工藝流程圖

4)泥漿制備：泥漿宜選用高塑性粘土或膨潤(rùn)土，采用鈉基土和鈣基土在鉆孔泥漿上用的較為普遍，其理論用量為8%，即8 kg的膨潤(rùn)土可摻100 L的水，為了增強(qiáng)膨潤(rùn)土漿液的護(hù)壁效果就得配合外加劑來配制泥漿進(jìn)行護(hù)壁，可在泥漿中摻入Na2OH3(俗稱堿粉或純堿)、NaOH(氫氧化鈉)或膨潤(rùn)土粉末以提高泥漿性能指標(biāo)。一般碳酸鈉的摻入量約為孔中泥漿土量的0．1% ～0．4%。

5)成孔施工：旋挖鉆機(jī)成孔灌注樁要根據(jù)不同的地質(zhì)情況、軟弱土層分布情況、地下水位情況、硬地層情況等，采用不同的成孔工藝，選用不同的鉆具，如撈沙鉆頭、半合式粘土鉆頭、螺旋式旋挖鉆頭、直螺土層短螺旋鉆頭。

6)卵石層施工方法：施工的工法應(yīng)該取較干燥的黃粘土，倒入孔中，最好用0．6 m3的挖掘機(jī)往孔內(nèi)倒黃粘土3鏟～4鏟后，用旋挖鉆機(jī)的鉆頭下到孔內(nèi)反轉(zhuǎn)(用帶有通水孔的截齒撈沙斗)，這樣黃粘土就被鉆頭強(qiáng)行抹到了孔壁上，鉆頭正轉(zhuǎn)一圈，提鉆2 m～3 m，完后再往下挖40 cm～50 cm，反復(fù)這樣去做，直至挖過卵石層，后換直徑小于1．5 m的鉆頭，最好是1．25 m的鉆頭，往下挖直至孔底，再用1．5 m的鉆頭擴(kuò)孔直至成孔。采用這種工法的原因是：小直徑的鉆頭對(duì)孔壁的沖刷量小，降低塌孔和灌注超方的概率。

3．2 沖擊反循環(huán)鉆機(jī)

1)泥漿的制作。

制漿前，先把粘土盡量打碎，使其在攪拌中容易成漿，縮短成漿時(shí)間，提高泥漿質(zhì)量。制漿時(shí)，可將打碎的粘土直接投入護(hù)筒內(nèi)，使用沖擊錐沖擊制漿，待粘土已沖攪成泥漿時(shí)，即可進(jìn)行鉆孔。多余的泥漿用管子導(dǎo)入鉆孔外泥漿池貯存，以便隨時(shí)補(bǔ)充孔內(nèi)泥漿。

2)沖擊反循環(huán)鉆鉆孔工藝。

沖擊反循環(huán)鉆開孔時(shí)，要先埋設(shè)護(hù)筒，并采用紅土造漿，施工過程中要不停造漿，保持孔內(nèi)泥漿面穩(wěn)定，每鉆進(jìn)2 m左右，開起泥漿泵將孔底沉碴抽出，并從井口注入清水進(jìn)行換漿，每鉆進(jìn)2 m～3 m檢查樁的垂直度及樁徑，以防止出現(xiàn)斜孔、縮徑等情況，鉆進(jìn)、泥漿泵排渣、注入新泥漿，反復(fù)施工直到達(dá)到設(shè)計(jì)深度，達(dá)到后檢測(cè)泥漿比重、沉碴厚度等指標(biāo)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行混凝土的灌注。

3)正反循環(huán)鉆機(jī)。

正反循環(huán)鉆機(jī)施工前要先挖泥漿坑、沉淀池，并且提前一天進(jìn)行造漿，泥漿比重、粘度、含砂率達(dá)到施工規(guī)范要求后，再進(jìn)行鉆孔施工，根據(jù)地層情況要適當(dāng)控制鉆進(jìn)速度，保持泥漿面的平衡，在鉆進(jìn)一定深度后采用泥漿泵進(jìn)行換漿，清碴，根據(jù)換漿情況再進(jìn)行下一步施工，直到鉆到設(shè)計(jì)深度。達(dá)到設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行泥漿的轉(zhuǎn)換、樁底鉆碴的清理，達(dá)到灌注混凝土后方可進(jìn)行下鋼筋籠、灌注混凝土。

4)人工挖孔樁。

人工挖孔樁在施工時(shí)必須采取通風(fēng)措施，以保證施工安全。目前人工挖孔樁主要采用井口設(shè)立電動(dòng)三腳架、正反開關(guān)、鋼絲繩吊運(yùn)土方進(jìn)行施工，開孔前，準(zhǔn)確地放樁位，并在樁位外設(shè)置十字線以控制樁位的準(zhǔn)確性，第一節(jié)井圈混凝土必須比原地面高出150 mm～200 mm，以防止地面水流入，挖孔樁施工時(shí)宜安排同一班人同時(shí)施工兩根樁，這樣在澆筑完一根樁的混凝土護(hù)壁后，能轉(zhuǎn)移到另一根樁施工，增加勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少窩工現(xiàn)象的發(fā)生。人工挖孔樁挖出的土方必須當(dāng)天清運(yùn)出場(chǎng)地，不得堆積在施工現(xiàn)場(chǎng)及周邊，相鄰?fù)诳讟恫坏猛瑫r(shí)開挖，必須采用隔樁開挖，相鄰?fù)诳讟对诠嘧⒒炷習(xí)r不得在鄰近孔內(nèi)進(jìn)行施工，以防止灌注中竄孔。

4 結(jié)語

根據(jù)旋挖鉆機(jī)、沖擊反循環(huán)鉆機(jī)、正反循環(huán)鉆機(jī)、人工挖孔樁等施工工藝找出各自的施工特點(diǎn)，有目的選擇合理的施工方法，在工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，從而大大提高施工效率，降低成本，縮短工期。

［1］JGJ 94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］姚謹(jǐn)英．建筑施工技術(shù)［M］．第3版．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

Pile foundation construction methods of extra-large railway bridge

PANG Chuan-dong

(China Railway 6th Bureau Taiyuan Railway Cosntruction Co．，Ltd，Taiyuan 030045，China)

Taking the extra-large bridge pile foundation construction as an example，based on the research of the engineering geology conditions，the paper selects rational construction scheme，introduces various bored pile technologies，and summarizes the operation points of rotary driller and abrasion driller，which has accumulated some construction experience for similar engineering．

bored pile，pile foundation，rotary driller，abrasion driller

U445．551

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.053

1009-6825(2013)10-0154-02

2013-01-29

龐傳東(1977-)，男，工程師