劉向榮，施 飛，趙小軍

（中建三局基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部，湖北 武漢 430070）

1 工程概況

1.1 項目概況

武漢江漢六橋位于長豐橋與知音橋之間，是武漢市第六座跨漢江大橋。主橋為三跨自錨式懸索橋，橋長682 m。主塔共有橋墩2座（3#、4#），采用分離式承臺，每個承臺分布9根直徑2.5 m的鉆孔灌注樁，共36根。3#橋墩樁基設(shè)計樁長110 m，4#橋墩樁基設(shè)計樁長96 m。

1.2 地質(zhì)概況

據(jù)主橋墩鉆孔揭露，上覆層上部為松散～稍密的粉細砂，中部為中密～密實狀態(tài)的細中砂，下部為中密狀態(tài)的卵礫石土、半成巖。基巖為二疊～泥盆系泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖、灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖。主橋墩地層自上而下主要由8個單元層組成，根據(jù)各單元層內(nèi)物理力學性質(zhì)差異又可分為若干亞層，具體見圖1所示。

圖1 地層分布圖

1.3 樁基施工難點分析

（1）地質(zhì)條件復雜。砂層厚度達到35～60 m，與漢江有水力聯(lián)系，容易發(fā)生坍塌變形，砂層中泥漿指標控制、鉆壓及鉆進速度控制為施工過程中的難題；基巖巖性變化大，軟硬不均，入巖深度高，根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，最大入巖深度達19 m。

（2）樁基屬于大直徑超長樁，成孔過程中垂直度的控制、泥漿指標控制、沉渣厚度控制均為成孔過程中的重點和難點。

（3）工期緊。樁基于2011年11月開始施工，為搶占枯水期進行下部結(jié)構(gòu)施工，樁基施工工期須控制在3個月以內(nèi)，施工工期緊張。

2 施工工藝分析及選擇

目前，沖擊鉆機、回旋鉆機、旋挖鉆機是最常見的樁基施工機械。這三種施工方法各有特點，見表1所列。

該工程樁基地質(zhì)條件復雜，樁徑大，樁長深，工期緊，經(jīng)過對地質(zhì)條件及工程特點研究分析后決定，采取旋挖鉆和回旋鉆機聯(lián)合成孔的施工工藝。在土層中施工，可以充分發(fā)揮旋挖鉆機成孔速度快、質(zhì)量高的特點；在巖層中施工，由于常規(guī)沖擊鉆受到鉆孔直徑和孔深的限制，因此采用回旋鉆機進行巖層施工。

3 多機聯(lián)合成孔技術(shù)特點

該項工程采用旋挖鉆和氣舉反循環(huán)回旋鉆機聯(lián)合成孔工藝，根據(jù)不同的地層采用不同工作原理的鉆機進行施工，充分利用不同鉆機針對不同地層的優(yōu)勢，達到提高效率、縮短工期、保證質(zhì)量安全、節(jié)約成本的目的。

4 機械選型及參數(shù)

4.1 旋挖鉆機選型

根據(jù)該項工程施工的實際需要，旋挖鉆機采用國內(nèi)領(lǐng)先的TR400C型旋挖鉆機進行施工。主要參數(shù)如表2所列。

表1 三種鉆機比較表

表2 旋挖鉆機技術(shù)參數(shù)一覽表

4.2 回旋鉆機選型

回旋鉆機采用GYD300液壓式回旋鉆機，主要參數(shù)如表3所列。

表3 回旋鉆機技術(shù)參數(shù)一覽表

5 多機聯(lián)合成孔施工流程及操作要點

5.1 施工流程（見圖2）

5.2 操作要點

5.2.1 測量放樣

圖2 施工流程圖

樁基的平面定位采用坐標法，復核后在樁中心位置釘以木樁，并在鋼護筒范圍以外設(shè)置4根護樁。施工中要妥善保護護樁，不得移位或丟失。

5.2.2 護筒埋設(shè)

樁基施工采用筑島的方式形成樁基施工平臺，3#墩筑島平臺標高+20.5 m，樁頂標高+13 m，4#段筑島平臺標高+19.5 m，樁頂標高+8 m。鋼護筒直徑2 800 mm，長度5 m，采用挖坑埋設(shè)法實測定位，埋設(shè)應(yīng)準確、水平、垂直、穩(wěn)固。護筒底部和四周應(yīng)采用黏質(zhì)土回填并分層夯實，護筒中心豎直線應(yīng)與樁中心重合，平面允許誤差為50 mm，豎直線傾斜不大于1%。為確保樁位質(zhì)量，樁位采用全站儀定位，護筒埋設(shè)后，再次進行復測。護筒就位后，在護筒口上焊十字鋼筋架（檢查完后割除），在其中心掛一線錘校核護筒的安設(shè)位置。

5.2.3 泥漿配置

泥漿制備時采用優(yōu)質(zhì)膨潤土和泥漿攪拌機在孔外制漿。設(shè)置專門的貯漿池保證泥漿的循環(huán)利用，同時避免了泥漿對環(huán)境的污染。

在該項工程施工過程中，不同階段泥漿作用不同。由于該項工程樁基施工穿越厚砂層，旋挖鉆機在施工過程中采用靜態(tài)泥漿護壁濕法施工工藝，泥漿主要起到護壁和固孔作用，而在氣舉反循環(huán)回旋鉆機在巖層中鉆進時，泥漿除了護壁固孔作用外，還有排渣作用。對于旋挖鉆機的泥漿指標控制，目前還沒有相應(yīng)的規(guī)范，該項工程鉆進過程中，泥漿主要指標如表4所列。

表4 泥漿主要性能指標一覽表

在氣舉反循環(huán)施工過程中，為了控制含砂率，利用泥沙分離裝置降低泥漿中的含砂率。

5.2.4 旋挖鉆機定位及鉆進

5.2.4.1 旋挖鉆機定位

對于旋挖鉆機，在進行鉆孔作業(yè)時，由鉆機自身的回旋自動定位控制系統(tǒng)自動、快速、平穩(wěn)地對正孔位，不需要人工對準孔位。

5.2.4.2 旋挖鉆機鉆頭選擇

旋挖鉆機在砂層中鉆進，普通鉆斗經(jīng)常會“跑空”，撈不到砂子，因此，選用撈砂式封底鉆斗（見圖 3）。

圖3 斗齒雙底撈沙斗實景

5.2.4.3旋挖鉆機鉆速控制

旋挖鉆機啟動后，初始采用低速鉆進，主卷揚機鋼絲繩承擔不低于鉆桿、鉆斗重量之和的20%，保證孔位不產(chǎn)生偏差。在亞黏土層中鉆進時，考慮到亞黏土塑性好、土質(zhì)硬、穩(wěn)定性好，采用中等壓力高檔鉆速鉆進，每鉆進尺控制控制在60 cm左右。砂層鉆進時由于砂土穩(wěn)定性差，土體經(jīng)擾動后易坍孔，采取增壓低速鉆進，每鉆進尺深度控制在40 cm以內(nèi)，并加大泥漿泵入量，減小對土體的擾動以防坍孔。在軟硬土層換界面處注意控制鉆速和鉆壓.并采用二次復鉆掃孔，避免產(chǎn)生孔斜。

5.2.4.4 垂直度控制

旋挖鉆機施工，在其駕駛室內(nèi)裝有桅桿垂直度儀、鉆塔垂直度及鉆孔深度由電腦控制，使鉆機水平就位，垂直調(diào)平時具有非常高的準確性。鉆進過程中操作人員可隨時了解鉆機的平穩(wěn)狀態(tài)，提高成孔效率、確保成孔質(zhì)量。

5.2.5 鉆機轉(zhuǎn)換

在旋挖鉆機鉆進接近巖層頂面時，更換回旋鉆機在巖層中繼續(xù)鉆進至設(shè)計孔深。該項工程選用GYD300回旋鉆機，主體總重量約33 t。為提高效率，利用70 t履帶吊整機移位，利用全站儀進行定位，底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，利用鉆機自身液壓系統(tǒng)調(diào)整立臂垂直度，保證孔位中心、鉆頭中心在同一直線上。

5.2.6 回旋鉆機鉆進

5.2.6.1 鉆頭選擇

對于回旋鉆機，主要在巖層中進行施工，因此采用針對巖層施工的滾刀鉆頭進行施工（見圖4）。

圖4 滾刀鉆頭實景

5.2.6.2 配重及鉆進速度控制

由于施工區(qū)域巖性變化大，軟硬不均，對于不同類型的巖層，采取不同的鉆壓及轉(zhuǎn)速（見表5）。每隔1 h必須認真觀察鉆渣一次，以判斷鉆孔所在位置。

表5 在不同巖層中鉆進的技術(shù)指標一覽表

5.2.6.3 垂直度控制

回旋鉆機施工過程中，鉆機就位后要準確、水平、穩(wěn)固，定位后要墊實，以保證鉆機的平衡運行；成孔過程中，鉆機塔架頭部滑輪組邊緣、轉(zhuǎn)盤中心、鉆孔中心應(yīng)始終保持在同一鉛垂線；為保證鉆孔的垂直度，必須采用減壓鉆進，即鉆機的主吊鉤始終要承受部分鉆具的重力，而孔底承受的鉆壓不超過鉆具重力之和（扣除浮力）的80%；鉆頭入巖時，要輕壓鉆進，待鉆進0.2～0.3 m后，提起鉆桿掃孔，在沒有任何阻力即電流表沒反映或回旋壓力表沒有變化時再繼續(xù)鉆進。當巖層位發(fā)生變化時，需要重復上述操作。鉆進過程中當發(fā)現(xiàn)孔斜時，應(yīng)立即進行上下掃孔，直到將孔掃直，方可繼續(xù)鉆進，嚴禁發(fā)生孔斜時，強行鉆進至終孔。

5.2.7 成孔檢測

成孔是灌注樁施工中的第一個環(huán)節(jié)，成孔的質(zhì)量直接影響到成樁質(zhì)量。因此，在混凝土澆注前對灌注樁成孔進行質(zhì)量檢測顯得十分重要。該項工程采用超聲波技術(shù)對成孔質(zhì)量進行控制，主要檢測孔徑測量、垂直度測量、沉渣厚度測量。成孔質(zhì)量檢測很好地將施工隱患消除于成樁前，有效地避免了可能給投資者造成的巨大經(jīng)濟損失和不良社會影響，為工程進度提供了有利的保障。

6 經(jīng)濟效益比較

采用多機聯(lián)合成孔的施工工藝，在砂土層中采用旋挖鉆機鉆進，巖層中采用回旋鉆機鉆進，與常規(guī)的一種鉆機施工工藝相比，具有如下優(yōu)勢。

6.1 施工效率高

以該項工程為例，在相同的綜合地質(zhì)條件下，施工90 m深土層，采用回旋鉆機，施工時間需要10 d；采用旋挖鉆機僅僅1 d即可完成。統(tǒng)計表明，旋挖鉆機施工效率是普通回旋鉆機的10～14倍，是普通沖擊鉆機的20～28倍。

6.2 施工質(zhì)量好

旋挖鉆機自帶有自動測斜裝置，鉆塔垂直度及鉆孔深度均有儀表顯示，其底盤可伸縮并自動整平，鉆進時非常平穩(wěn)，可以隨時監(jiān)測并調(diào)整垂直度，有效保證其垂直度。氣舉反循環(huán)回旋鉆機施工，自帶反循環(huán)系統(tǒng)進行一次清孔，清空效率高，效果好，且配置泥沙分離裝置，能有效控制含砂率和沉渣厚度。

6.3 良好的環(huán)保性

旋挖鉆機靜態(tài)泥漿施工工藝，施工過程中噪音低、震動小，且樁渣子集中地方外運，機械化程度高，利于現(xiàn)場文明施工管理。

7 小結(jié)

該項工程樁基施工，采取旋挖鉆機和氣舉反循環(huán)回旋鉆機聯(lián)合成孔的施工工藝，有效地縮短了工期，保證施工質(zhì)量，同時具有環(huán)保性，總體來說此施工工藝經(jīng)濟效益和社會效益顯著，具有較高的推廣價值。

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