賴永青

(英德市地方公路管理站， 廣東 清遠(yuǎn) 513000)

深厚淤泥質(zhì)土鉆孔灌注樁成孔工藝比選

賴永青

(英德市地方公路管理站， 廣東 清遠(yuǎn) 513000)

介紹了銀英公路英德大藍(lán)至清新縣交界段擴(kuò)建工程一期橋梁工程鉆孔灌注樁在深厚淤泥地質(zhì)土層成孔施工技術(shù)，綜合考慮了各種成孔工藝的施工工效、施工質(zhì)量、施工成本及施工工作面需求，通過比選分析，為類似工程提供參考。

鉆孔灌注樁； 淤泥地質(zhì)； 成孔工藝; 比選分析

鉆孔灌注樁的施工效果主要取決于其成孔效果。隨著鉆孔灌注樁技術(shù)在土建工程中的大范圍應(yīng)用，其成孔工藝日趨成熟并呈多樣性，在不同施工環(huán)境下選擇合適的成孔工藝，這樣有利于達(dá)到預(yù)期的施工效果。特別是遇到深厚淤泥地質(zhì)時(shí)，樁基塌孔非常普遍，擴(kuò)孔系數(shù)偏高，如何降低類似現(xiàn)象帶來的風(fēng)險(xiǎn)則成為重點(diǎn)考慮的問題。

1 工程概況

S253線銀英公路英德大藍(lán)至清新縣交界段擴(kuò)建工程(以下簡(jiǎn)稱銀英公路)，雙向四車道二級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h，共有大橋9177 m/21座，其中一期橋梁工程共5座，項(xiàng)目位于粵北英德市轄區(qū)北江沿岸及周邊支流與北江交匯區(qū)，沿線原始地貌單元為在大的丘陵地貌基礎(chǔ)上發(fā)育多種小的地貌類型：如河口小平原地貌、河谷地貌、沖洪地貌、侵蝕 — 溶蝕地貌等。沿線兩側(cè)原為水田、耕地、魚塘、水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)地等，線路跨越翁江、小北江、鐵溪河、雞坑河等多條支流，受飛來峽水利樞紐工程截流后河床水位升高，線路周邊田地均被大面積淹沒，橋址淤泥及淤泥質(zhì)土層厚度較大，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料顯示，淤泥厚度平均在8～13 m范圍，在場(chǎng)區(qū)分布較連續(xù)，呈流塑性，承載力極低，工程性質(zhì)差。

一期橋梁工程共有5座，其中菠羅坑大橋、大樟大橋、鐵溪大橋、雞坑大橋共4座橋梁采用鉆孔灌注樁施工工藝，樁長(zhǎng)為19～29.5 m，樁徑為1.2 m。見表1。

表1 鉆孔灌注樁及淤泥參數(shù)統(tǒng)計(jì)表 m

由于銀英公路為英德市連接粵北和珠三角地區(qū)水泥貨運(yùn)重型車輛的必經(jīng)之路，擴(kuò)建工程需邊施工邊維護(hù)通車，受重型貨車通行和項(xiàng)目工期影響，施工工期相當(dāng)緊迫，鉆孔灌注樁平均每天須完成6～8根樁。

2 成孔工藝選擇

從上述概況看，本工程鉆孔灌注樁施工主要面臨三大難題： ①淤泥質(zhì)土層厚度大，地質(zhì)軟弱不均，成孔難度大； ②工期緊湊，施工效率要求高； ③施工工作面有限，統(tǒng)籌安排要求合理。根據(jù)以上三點(diǎn)，本工程的成孔工藝選擇優(yōu)先考慮成孔速度，重點(diǎn)考慮開孔工作面，全力保障開孔成功率。

根據(jù)試樁情況和既有資源，針對(duì)各橋的實(shí)際情況，采用了多種成孔工藝，其中菠羅坑大橋、大樟大橋采用了旋挖鉆機(jī)成孔及沖擊鉆機(jī)成孔2種方式，鐵溪大橋采用了回旋鉆機(jī)及沖擊鉆機(jī)2種成孔方式，雞坑大橋采用了沖擊鉆機(jī)成孔方式。見表2。

表2 幾座橋梁成孔方式比選條件

2.1 旋挖鉆機(jī)成孔

旋挖鉆機(jī)成孔原理是通過桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入底部帶有活門的鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，循環(huán)往復(fù)該工作，直至設(shè)計(jì)深度。

旋挖鉆機(jī)對(duì)不同地質(zhì)成孔適應(yīng)性較強(qiáng)，成孔速度很快，靈活性較好，自動(dòng)化程度高，樁身外觀漂亮，但旋挖鉆機(jī)成孔孔身抗擾動(dòng)能力差，塌孔幾率高，開孔廢棄巖土及漿液較多，對(duì)場(chǎng)地要求較高。在軟弱土層中，受旋挖樁機(jī)自身重量影響，一定深度范圍內(nèi)土層受到擠壓，軟弱土層從受力點(diǎn)往薄弱點(diǎn)流動(dòng)，造成樁身傾斜。

菠羅坑大橋施工過程中，由于工期緊迫，該段鉆孔灌注樁基本采用旋挖鉆機(jī)成孔。樁基平均長(zhǎng)度為23 m，成孔鉆進(jìn)所需時(shí)間平均為1.5～2 h。根據(jù)前期試樁情況看，樁基開孔至8～12 m左右開始出現(xiàn)塌孔、嚴(yán)重縮頸現(xiàn)象，即使調(diào)大泥漿比重而效果并不理想，該難題在采用18 m長(zhǎng)度鋼護(hù)筒護(hù)壁才得以解決。大樟大橋施工情況與其相似，采用24 m護(hù)筒跟進(jìn)至粘土層后才順利成孔。兩個(gè)橋梁成孔過程中埋設(shè)鋼護(hù)筒所占用時(shí)間較多，埋設(shè)時(shí)間與鉆進(jìn)時(shí)間基本持平。旋挖鉆機(jī)工作輻射半徑達(dá)15 m，同時(shí)廢棄泥土、漿液清理須及時(shí)清理，為后續(xù)施工提供工作面。

2.2 沖擊鉆機(jī)成孔

沖擊鉆機(jī)成孔原理是利用卷揚(yáng)機(jī)提升一定重量的沖擊鉆頭，然后突然放松致使鉆頭在重力作用下垂直下落，沖擊荷載使土體往周邊擠密或破碎巖層形成樁孔。

沖擊鉆機(jī)對(duì)不同地質(zhì)成孔適應(yīng)性很強(qiáng)，樁機(jī)輕便，操作簡(jiǎn)單，孔身抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，對(duì)護(hù)筒要求低，但沖擊鉆沖在軟弱土層中沖進(jìn)速度相對(duì)較慢，擴(kuò)孔系數(shù)高，經(jīng)常出現(xiàn)“鼓肚子”現(xiàn)象。

菠羅坑大橋、大樟大橋及鐵溪大橋鉆孔灌注樁施工過程中，均采用了沖擊鉆機(jī)成孔，成孔時(shí)間較長(zhǎng)，23 m樁基成孔所需時(shí)間平均為36 h，成孔過程中沒有發(fā)生塌孔現(xiàn)象。樁機(jī)擺放對(duì)場(chǎng)地條件要求低，不需要對(duì)基面進(jìn)行硬化處理，占用工作面較少，可同時(shí)擺放多臺(tái)樁機(jī)。從基坑開挖后成樁效果看，整體垂直度較好，鼓包現(xiàn)象較為突出，樁間間距較寬，相鄰樁錯(cuò)位明顯。

2.3 回旋鉆機(jī)成孔

回旋鉆機(jī)工作原理是由鉆機(jī)回旋裝置帶動(dòng)有鉆頭的鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，由鉆頭切削土壤成孔?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)用于泥漿護(hù)壁成孔的灌注樁，成孔方式為旋轉(zhuǎn)成孔。

回轉(zhuǎn)鉆機(jī)靠鉆頭旋轉(zhuǎn)形成圓形孔壁，護(hù)壁效果好，在淤泥中成孔效果好，鉆機(jī)輕便，施工過程中噪音小，無振動(dòng)，造價(jià)較低，但回旋鉆機(jī)成孔時(shí)間較長(zhǎng)，效率較低。

鐵溪大橋采用了回旋鉆機(jī)成孔，23 m樁基成孔所需時(shí)間平均為24 h，成孔過程中沒有發(fā)生塌孔現(xiàn)象。該橋東南側(cè)為黎溪鎮(zhèn)一地產(chǎn)樓盤，場(chǎng)地極其有限，為此采取了比沖擊鉆機(jī)更加輕簡(jiǎn)的回旋鉆機(jī)，多臺(tái)一起施工，既經(jīng)濟(jì)可行，又保證了施工進(jìn)度。

3 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

根據(jù)一期橋梁工程樁基實(shí)踐情況，綜合分析深厚淤泥中鉆孔灌注樁采用旋挖樁機(jī)、沖擊鉆機(jī)及回旋鉆機(jī)成孔時(shí)，在施工工效、成樁質(zhì)量、施工成本及工作面需求方面的不同。

3.1 施工功效

從場(chǎng)地平整開始計(jì)算，各種成孔工藝施工工序時(shí)間表見表3。

從表中可以看出: 單根23 m鉆孔灌注樁采取旋挖鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)及回旋鉆機(jī)施工時(shí)，所用時(shí)間分別是11.5、44及32 h。旋挖鉆機(jī)對(duì)場(chǎng)地條件要求偏高，護(hù)筒埋設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，鉆進(jìn)非?？?，而沖擊鉆機(jī)在淤泥中成孔時(shí)間較長(zhǎng)，回旋鉆機(jī)比沖擊鉆機(jī)稍快。

3.2 施工質(zhì)量

3種成孔工藝施工質(zhì)量見表4。

表3 成孔工藝施工時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)比表

表4 各種成孔工藝施工質(zhì)量對(duì)比表

在深厚淤泥中施工時(shí)，就施工質(zhì)量而言，旋挖鉆機(jī)在全護(hù)筒跟進(jìn)的情況下，施工質(zhì)量較為理想，沖擊鉆機(jī)擴(kuò)孔系數(shù)較大，回旋鉆機(jī)外觀質(zhì)量偏低。

3.3 施工成本

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，以一個(gè)月為周期，各種成孔工藝成本統(tǒng)計(jì)如表5。

表5 各種成孔工藝施工成本對(duì)比表

從單臺(tái)樁機(jī)每個(gè)月成樁情況分析，旋挖鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)及回旋鉆機(jī)單根樁資源投入分別為2.5萬元、3.5萬元及2.7萬元。就經(jīng)濟(jì)性而言，總體方面旋挖鉆機(jī)與回旋鉆機(jī)成本較接近，相對(duì)費(fèi)用較低，沖擊鉆機(jī)費(fèi)用最高。旋挖鉆機(jī)本身租賃費(fèi)用較高，每天成樁數(shù)量較少的情況下，其優(yōu)勢(shì)相對(duì)回旋鉆機(jī)而言并不明顯?；匦@機(jī)及沖擊鉆機(jī)由于成孔時(shí)間較長(zhǎng)，總體成本中電費(fèi)所占比例較高。沖擊鉆機(jī)成孔由于擴(kuò)孔系數(shù)較大，混凝土費(fèi)用居高這一缺點(diǎn)明顯。

3.4 施工作業(yè)面需求

從作業(yè)面需求的角度看，3種成孔工藝見表6。

表6 各種成孔工藝施工作業(yè)面需求比較表

4 實(shí)施效果及小結(jié)

銀英公路一期橋梁工程施工工期緊張，工作面窄狹，深厚淤泥地質(zhì)條件突出，綜合考慮各種成孔工藝的施工工效、施工質(zhì)量、施工成本及施工工作面需求，旋挖鉆機(jī)為主，回旋鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)為輔成為最佳實(shí)施方案。旋挖鉆機(jī)雖然成孔速度快，但受深厚淤泥地質(zhì)影響，需要采用全護(hù)筒跟進(jìn)，施工資源投入較大。但為確保工期，選擇了沖擊鉆機(jī)、回旋鉆機(jī)作為輔助措施，在有限工作面內(nèi)同一時(shí)間段投入多臺(tái)設(shè)備，既保證了施工工期，又節(jié)約了施工成本。

在主要地層為淤泥、粘土條件下，同時(shí)灌注樁樁長(zhǎng)較短，為了保障開孔效率，可以采用護(hù)筒穿透淤泥地質(zhì)1～2 m，選用旋挖鉆機(jī)成孔。采用旋挖鉆機(jī)工藝時(shí)，每天成樁至少3根以上其優(yōu)勢(shì)才比較明顯。沖擊鉆機(jī)在淤泥地層中擴(kuò)孔系數(shù)較大，可利用全護(hù)筒跟進(jìn)淤泥層以降低混凝土用量；多臺(tái)沖擊鉆機(jī)同時(shí)沖進(jìn)，可有效降低吊車及挖掘機(jī)平攤至單根樁成本。

當(dāng)淺層存在塊石且經(jīng)翻挖不能完全清除時(shí)，可用沖擊鉆機(jī)沖透塊石層，再換旋挖鉆機(jī)或回旋鉆機(jī)鉆進(jìn)，可有效提高成孔速度。樁長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，回旋鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)穩(wěn)定性及成孔效率明顯下降，樁基垂直度難以保障，該情況下采用沖擊鉆機(jī)成孔則較為理想。遇到施工工作面較狹小或者工作面承載力較低的情況下，可選用回旋鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)或回旋鉆機(jī)與沖擊鉆機(jī)相結(jié)合方式成孔，通過增加樁機(jī)數(shù)量保證成樁效率。

5 結(jié)束語

由于每個(gè)工程都有其普遍性及其特殊性，鉆孔灌注樁成孔工藝的選擇往往需要系統(tǒng)考慮工期、質(zhì)量、成本及其施工環(huán)境等多種因素方能求得最優(yōu)方案。本文通過介紹銀英公路一期橋梁工程所使用的3種成孔工藝的施工特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況，并對(duì)其施工工效、施工質(zhì)量、施工成本和施工工作面需求進(jìn)行了對(duì)比總結(jié)，可為后續(xù)類似工程提供一定的參考。

[1] JTG/T F50 — 2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

2017-04-20

賴永青(1977-)，男，工程師，主要從事公路與橋梁、隧道工程建設(shè)、施工、養(yǎng)護(hù)、管理工作。

1008-844X(2017)02-0244-04

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