丁大勇

DING Dayong

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江湖州313000)

旋挖鉆機作為一種快捷、高效、經(jīng)濟(jì)的樁基成孔技術(shù)，在施工中得到了普遍的認(rèn)同［1］。但也存在一些弊端和缺陷，如標(biāo)配鉆桿及扭矩的力度限定了作業(yè)的深度和廣度，目前市場上使用較多的最大扭矩的旋挖鉆機能夠達(dá)到的鉆孔深度在75 m 左右，為有效解決這個問題，本文對超長樁基施工如何選用成孔方案給出了建議，并針對當(dāng)前常用的幾種鉆機從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行了分析比較。

1 工程概況

溫州繞高速公路西南線工程地處溫州地區(qū)西南面，經(jīng)過鹿城區(qū)、甌海區(qū)、瑞安市、平陽縣四個縣市區(qū)。本標(biāo)段為第10 施工標(biāo)段，起止樁號K42 +580～K44 +875.2，線路長為2.295 km，主要工程內(nèi)容為:路基、橋梁工程等的施工及缺陷責(zé)任期缺陷修復(fù)，合同工期36 個月。本項目主要工程量為橋梁工程，占總投資的75%，為控制性工程。樁基69295 m/887根(端承樁和摩擦樁，樁徑有1.0、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8 m)，樁基最長106 m，樁長大于75 m的數(shù)量占78%。本項目超長樁基為端承樁，地質(zhì)條件為淤泥、黏土、基巖。樁基計劃工期11 個月。

工程區(qū)屬浙南沿海，東臨溫州灣廣大海域，地勢西高東低。本標(biāo)段鉆孔樁大部分為陸上樁，少量位于魚塘、河溝中，施工時，采取抽干水或用草袋圍堰填土筑島形成鉆機作業(yè)平臺，把水中樁變成陸上樁進(jìn)行施工。橋梁所在地區(qū)位于海積平原區(qū)，表面分布厚1 m 左右的軟塑—可塑狀黏土硬殼層，地基中上部為流塑狀淤泥層，厚度一般在22～32 m，工程性質(zhì)較差;下部為黏土層，黏土為軟塑—可塑狀，厚度33～68. 5 m，工程性質(zhì)一般;基巖埋深68. 5～98 m，變化大，巖性為凝灰?guī)r，全風(fēng)化層呈土狀，厚度1～5 m，工程性質(zhì)一般;強風(fēng)化巖呈碎塊狀，巖體破碎，巖塊較硬，厚度1～3 m，工程性質(zhì)較好;中風(fēng)化基巖，巖體較完整，巖質(zhì)較硬。

2 施工方案的確定

基于超長樁基成孔方案，針對沖擊鉆機、回轉(zhuǎn)鉆機、旋挖鉆機在超長樁基成孔方案進(jìn)行分析比選。

2.1 技術(shù)因素的比較分析

對三種鉆機的適用范圍、工藝特點、控制要點三個技術(shù)層面進(jìn)行了對比分析，見表1。

表1 技術(shù)因素對比分析表

從上述各種鉆機各自的使用范圍及其工藝特點分析，并結(jié)合本項目橋梁樁基特點，工期緊、任務(wù)量大、單根樁基長等因素，應(yīng)優(yōu)選的施工方案是旋挖鉆和反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機。

2.2 經(jīng)濟(jì)因素比較分析

從目前市場行情單根成孔的每延米工序價格上進(jìn)行比較，沖擊鉆機最高，回轉(zhuǎn)鉆機最低，旋挖鉆機介于兩者之間，見表2。

表2 3 種鉆機的工序成孔價格對比表

施工成本控制除按上述工序成本考慮外，施工當(dāng)中不可避免地會產(chǎn)生其他方面的成本，如擴(kuò)孔率需額外增加的混凝土回填量、泥漿的處理費用、工期因素、其他管理因素等。下面就這些問題作分析比較。

2.2.1 對沖擊鉆機的其他成本分析

沖擊鉆鉆進(jìn)速度相比旋挖鉆要慢得多，據(jù)以往的施工經(jīng)驗，單孔樁徑φ1500 mm、孔深60 m 左右的嵌巖樁成孔周期在10～12 d(包括鉆機就位、鉆孔、清孔、灌注等工序)，因為沖擊鉆成孔時的上部黏土部分，雖沖程比較大，鉆進(jìn)很快，但為了保證鉆孔的擴(kuò)孔率和不塌孔，必須控制進(jìn)度，遇到斜巖和較強的中風(fēng)化巖石，鉆進(jìn)速度就降低很多，甚至一天只有幾十厘米的進(jìn)尺。根據(jù)施工經(jīng)驗沖擊鉆成孔的孔系率為15%，泥漿置換比例在1：2 左右。另外沖擊鉆機施工作業(yè)條件較惡劣，目前市場上的沖擊鉆機主要靠人工手動操作，機械作業(yè)期間的噪音和振動，操作手在身心上都易疲勞，單根作業(yè)開始至終孔必須保證24 h 不間斷作業(yè)，故至少分三個班組，每班組人員至少2～3 人，期間管理費成本均要大幅度提高。此外沖擊鉆機成孔時孔的垂直度極易發(fā)生偏離，且成孔形狀欠規(guī)則，這些都無形地增加了施工成本?；诒卷椖繕痘鶖?shù)量多、鉆孔深度大、工期緊及不經(jīng)濟(jì)等因素，方案選擇建議放棄沖擊鉆機成孔。

2.2.2 對反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機的其他成本分析

同等條件，反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機每天鉆孔8～10m，相比沖擊鉆機施工進(jìn)度要快很多，根據(jù)以往施工經(jīng)驗，反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機成孔的擴(kuò)孔率為10%，泥漿置換比例在1：2 左右。另外，反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機作業(yè)條件相比沖擊鉆要好得多，人員配備方面除灌注混凝土?xí)r需3～4 人協(xié)調(diào)作業(yè)外，各班組2 人即可，管理費相比沖擊鉆機要降幅很多。此外反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機成孔相對沖擊鉆較規(guī)則，垂直度也較好。若單純采用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機施工，要滿足本項目的工期要求需同時上場至少45 臺回轉(zhuǎn)鉆機，一臺鉆機進(jìn)場費在1 萬元左右，在現(xiàn)有的工作面上安放如此多鉆機顯然不夠經(jīng)濟(jì)。

2.2.3 對旋挖鉆機的其他成本分析

對比沖擊鉆機和回轉(zhuǎn)鉆機，旋挖鉆機的優(yōu)勢就表現(xiàn)得非常明顯，在一般地層，旋挖鉆機成孔速度是上述兩種鉆機的4～6 倍。比如在一般地層，樁長按60 m 考慮來估算，按照正常的樁基成孔的質(zhì)量控制要求，成孔一根合格的樁基，回轉(zhuǎn)鉆機大約需48～60 h。而熟練的旋挖鉆機操作手再配備技術(shù)員指導(dǎo)鉆孔，樁基成孔則只需要12～15 h。旋挖鉆機成孔質(zhì)量可靠，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，旋挖鉆機成孔的擴(kuò)孔率基本可控制在8%以內(nèi)，且泥漿置換比例為1：1左右。用旋挖鉆機對本項目樁長小于75 m 的樁基成孔是最為經(jīng)濟(jì)高效的。

2.3 選定方案

基于上述技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素的分析比較，并結(jié)合本項目的特點，綜合考慮樁長大于75 m 的樁基，單用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機雖可滿足要求，但方案不夠經(jīng)濟(jì)、高效。然而僅用旋挖鉆機，客觀條件又限定了鉆孔深度達(dá)不到要求。故優(yōu)選方案為旋挖鉆機配合反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機成孔，即樁長大于75 m 的樁基，75 m以內(nèi)用旋挖鉆機來完成，而后旋挖鉆機移開，轉(zhuǎn)由反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機就位來完成剩余部分的作業(yè)任務(wù)。具體綜合造價分析見表3。

表3 各工藝成孔綜合造價對比表

施工機械配備方案，采用5 臺旋挖鉆機配備20臺反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機，完成樁長大于75 m 的鉆孔灌注樁的施工任務(wù)。

3 施工工藝要點

旋挖鉆機和反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機各自的施工工藝已非常成熟，在本案例當(dāng)中不贅述。僅就各環(huán)節(jié)的施工要點，簡述如下:

(1)必須確保旋挖鉆機在施工作業(yè)完成移開后，反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機就位作業(yè)前，樁基不縮孔、不塌孔。這就要求旋挖鉆機施工作業(yè)時要規(guī)范操作，嚴(yán)控鉆進(jìn)速度，避免尺度過大和升降鉆斗時速度過快。有些廠家生產(chǎn)的雙門底開式回轉(zhuǎn)斗，回轉(zhuǎn)斗提升力明顯增大，形成活塞效果，極易造成塌孔、縮孔;回轉(zhuǎn)斗提升時下方產(chǎn)生較大負(fù)壓，導(dǎo)致提升阻力增大及孔壁收縮、坍塌;這個原因?qū)е乱恍┭睾┩寇浕貐^(qū)禁止采用旋挖鉆機?？赏ㄟ^技術(shù)改進(jìn)，側(cè)壁加焊導(dǎo)流槽，以有利于泥漿的導(dǎo)流，減小樁孔內(nèi)的負(fù)壓解決這個問題。同時底盤加焊側(cè)齒，控制回轉(zhuǎn)斗與刀尖間的距離，防止回轉(zhuǎn)斗升降旋轉(zhuǎn)時碰壞孔壁。寶峨公司的雙底旋挖鉆斗是在鉆斗的簡體內(nèi)側(cè)，自上而下作了一個通道，在提升鉆斗前，鉆斗上部的泥漿經(jīng)通道迅速補充到鉆斗下方，有效地防止了抽空現(xiàn)象，避免樁基的塌孔縮徑。其他的鉆頭、設(shè)備部件在以后應(yīng)用過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際進(jìn)行改進(jìn)，滿足各方面的要求。

(2)旋挖鉆機就位前應(yīng)根據(jù)原地面情況填筑鉆機平臺，鋼護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)滿足規(guī)范要求。鉆進(jìn)過程中要確保泥漿的相對密度，并滿足各項技術(shù)指標(biāo)要求?；剞D(zhuǎn)鉆機施工作業(yè)前，應(yīng)將泥漿重新置換，泥漿的相對密度至關(guān)重要，它是確保樁基不縮孔、不塌孔的重要因素。遇到易塌陷地層時，采用高質(zhì)量靜態(tài)泥漿造壁，同樣應(yīng)嚴(yán)格遵守鉆機慢進(jìn)多掃的技術(shù)要求。不能只求體現(xiàn)旋挖鉆機鉆孔進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)勢而飲鴆止渴，忽略泥漿護(hù)壁的質(zhì)量和掃孔的次數(shù)，給樁基成孔和樁基灌注留下隱患。旋挖鉆機在通過膨脹性土層時，也應(yīng)該加強掃孔，防止縮徑的發(fā)生［3］。

(3)鉆孔完成后，需要鋼筋工班、混凝土工班、運輸車輛、灌注工班等多方面的組織與配合。如果因鋼筋籠加工不及時、組織不力等因素、機械故障造成已成孔的樁基不能及時灌注而長時間擱置就易引發(fā)塌孔等事故。

4 結(jié) 語

樁基施工中選擇合理的施工方案，需要考慮多方面的因素。首先應(yīng)考慮地質(zhì)情況，根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，有針對性地選擇成孔的機械;其次是考慮鉆機本身工藝的適用范圍、成孔的局限性及經(jīng)濟(jì)成本等因素。

本案例通過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素的分析比較，并結(jié)合本項目的具體特點，綜合優(yōu)選了樁長大于75 m 的樁基成孔方案，即旋挖鉆機配合反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機成孔。此方案節(jié)約費用350 萬元，縮短工期2 個月，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1]張金樹.旋挖鉆機與沖擊、回轉(zhuǎn)鉆機之比較［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2010(6):35 -36.

［2]中華人民共和國交通運輸部.JTG/TF 50—2011 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［3]趙志健，張穎超.旋挖鉆機與沖擊鉆結(jié)合進(jìn)行灌注樁造孔施工［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014(8):178.