■許東坡

(福建省交建集團工程有限公司，廈門 361021）

雙護筒法水中大直徑旋挖樁施工技術(shù)

■許東坡

(福建省交建集團工程有限公司，廈門 361021）

本文以濱海東大道(同安大橋-大嶝大橋段）道路工程1#橋樁基工程實例，介紹了雙護筒法水中大直徑旋挖樁施工工法的適用條件、施工工藝、施工方法及質(zhì)量控制保證措施，為同類工程施工提供參考和借鑒。

雙護筒 大直徑 旋挖樁 施工技術(shù)

1 前言

橋梁工程的基礎(chǔ)通常采用大直徑灌注樁施工，而沿海地區(qū)通常會遇到呈流塑狀、粘度大、高壓縮性的淤泥質(zhì)土層。為保證成樁質(zhì)量，避免造成坍孔、縮頸、樁基移位等病害，采用大直徑灌注樁施工方法通常采用長護筒施工。因為長護筒施工用鋼量較大，多為一次性投入，施工成本非常高，因此根據(jù)工程實際情況，在護筒頂部設(shè)計樁基頂面以上超灌部位設(shè)置了一個內(nèi)護筒，使外護筒與樁頂超灌混凝土完全隔離開，避免了護筒拔出后周邊淤泥對尚未初凝的混凝土的擠壓作用，保證了拔護筒時的成樁質(zhì)量。

2 工程概況

濱海東大道(同安大橋～大嶝大橋段）道路工程1#橋上跨規(guī)劃海域，橋梁起止樁號為K5+695.0～K6+286.0，全橋長591m。根據(jù)地勘資料顯示，橋址處中風化巖層埋深較淺，樁基均按嵌巖樁設(shè)計，持力層為中風化花崗巖。嵌巖樁終孔原則按各樁基要求全斷面嵌入中風化巖層，橋臺樁基不少于3m，橋墩樁基不少于4m。樁基工程共有樁基礎(chǔ)164根，其中：Φ1.2m樁基40根，Φ1.5m樁基120根，Φ2.0m樁基4根。

3 工藝原理

本施工方法是在外護筒頂部設(shè)計樁基頂面以上超灌混凝土部位，設(shè)置了一個內(nèi)護筒，使外護筒與樁頂超灌混凝土完全隔離開；通過旋挖鉆成孔灌注混凝土，在混凝土初凝前拔掉內(nèi)護筒，保留外護筒，待灌注樁混凝土強度達到設(shè)計強度的75%～80%時，拔掉外護筒，這樣既保證了成樁質(zhì)量，同時又使得內(nèi)外護筒均能重復利用。

旋挖鉆進是利用旋挖鉆桿上的液壓馬達往下壓，并利用扭矩旋轉(zhuǎn)，使旋挖鉆頭擠壓并旋轉(zhuǎn)切入土體，使破碎的巖體直接裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆機提升裝置和伸縮式鉆桿提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計深度。

具體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 雙護筒旋挖鉆成孔灌注樁示意圖

4 工藝流程

雙護筒旋挖鉆成孔灌注樁施工操作流程圖如圖2所示。

圖2 雙護筒旋挖鉆成孔灌注樁施工操作流程圖

5 施工要點

5.1 施工前準備

在開始施工前，需做如下準備：

(1）根據(jù)《地質(zhì)勘察報告》詳細了解場地地層分布，踏勘施工現(xiàn)場、熟悉工程地質(zhì)勘察資料及周邊的地下管溝、鄰近的建筑物；學習施工圖紙，做好圖紙自審；熟悉和掌握有關(guān)的圖紙設(shè)計和施工規(guī)范要求及圖紙會審記錄、設(shè)計變更通知單、巖土工程勘察報告等資料。

(2）做好現(xiàn)場圍擋及施工場內(nèi)道路兩側(cè)的排水溝設(shè)置，使場內(nèi)不積水，保證施工機械道路的暢通。施工污水須經(jīng)沉淀池處理后，才可排入下水道。施工前根據(jù)需要安裝好水電、監(jiān)控設(shè)施以及臨時生活設(shè)施，施工區(qū)和生活區(qū)分開設(shè)置。

(3）根據(jù)工程量及現(xiàn)場電力情況安排2臺旋挖鉆機進場施工，如電力不能滿足施工設(shè)備及進度要求，需采用柴油發(fā)電機發(fā)電進行施工。

(4）根據(jù)地質(zhì)情況及設(shè)計要求選擇樁基施工機械，編制樁基施工技術(shù)方案，并對參與施工人員進行技術(shù)交底；尤其對工程設(shè)計重點、關(guān)鍵點、難點、主要變更及施工中應注意的特殊工序、交底要詳細，并嚴格按設(shè)計規(guī)范有關(guān)要求真正做到安全、文明施工。

(5）樁基施工場地應平整及土壤承載力必須滿足樁機施工要求。

5.2 測量放樣

根據(jù)樁位設(shè)計圖建筑坐標、高程控制點標高進行樁位放線，在場地內(nèi)建立測量控制網(wǎng)，定出樁位并固實，樁位軸線采取在地面設(shè)十字控制網(wǎng)和基準點。采用全站儀，利用指定的坐標控制點進行樁定位，樁位誤差不大于10mm。隨后檢查，復核各樁位坐標，并經(jīng)甲方、監(jiān)理等有關(guān)各單位驗收合格。樁基施工的建筑物的引測點、軸線控制點、水準點應妥善保護；并應要有防止樁基施工過程中對控制點產(chǎn)生影響的措施。

5.3 鋼護筒施工

根據(jù)樁基尺寸及地質(zhì)條件，利用熱軋卷板設(shè)計制作圓筒狀鋼質(zhì)內(nèi)護筒和外護筒，所選用的熱軋卷板厚度不宜低于10mm。外護筒設(shè)計長度應滿足護筒打設(shè)完成后，護筒底穿過軟弱流塑狀土層并深入下部土層≮1.5m的要求。將制作完成的外護筒利用震動設(shè)備，打設(shè)就位。內(nèi)護筒長度視外護筒頂與原狀地面高差而定，內(nèi)護筒頂端高出外護筒頂端0.1～0.3m，底端深入原地面0.1～0.3m。在內(nèi)護筒外側(cè)距頂端0.1～0.3m處焊接限位板，用于搭設(shè)在外護筒上。

用粘性土或細砂回填內(nèi)外護筒間的空隙，防止鉆孔時內(nèi)護筒位移及灌注時有混凝土進入空隙。同時能夠保證內(nèi)外護筒的整體性，防止內(nèi)護筒在鉆機鉆進過程中發(fā)生偏位。

5.4 鉆機就位

在樁位復核正確、護筒埋設(shè)符合要求及護筒、地坪標高已測定的基礎(chǔ)上，鉆機才能就位。樁機定位要準確、水平、垂直、穩(wěn)固，鉆機導桿中心線、回旋盤中心線、護筒中心線應保持在同一直線。旋挖鉆機就位后，利用自動控制系統(tǒng)調(diào)整其垂直度，鉆機安放定位時，要機座平整，機塔垂直，轉(zhuǎn)盤(鉆頭）中心與護筒十字線中心對正，注入和鉆進地質(zhì)相匹配的泥漿漿液后，方可進行鉆孔。鉆機就位必須穩(wěn)固、水平，定位鉆頭中心與樁位中心線誤差不大于10mm。

5.5 鉆進成孔

成孔前必須檢查鉆頭裝置，包括鉆頭直徑、鉆頭磨損情況，施工過程對鉆頭磨損超標的及時更換；根據(jù)土層情況正確選擇鉆斗底部切削齒的形狀、規(guī)格和角度；根據(jù)護筒標高、樁頂設(shè)計標高及樁長，計算出樁底標高，以便鉆孔時加以控制。

成孔中，按試樁施工確定的參數(shù)進行施工，設(shè)專職記錄員記錄成孔過程的各種參數(shù)，如加鉆桿、鉆進深度、地質(zhì)特征、機械設(shè)備損壞、障礙物等情況。

鉆孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進尺速度，鉆進時需要隨時不斷補充泥漿，使孔內(nèi)始終保持高于地下水位1～1.5m的水頭高度，同時應根據(jù)土質(zhì)情況調(diào)整泥漿配方和比重。另外，應觀察旋挖鉆機所在地面和支腳支承地面處的變化情況，發(fā)現(xiàn)沉降現(xiàn)象及時停機處理。因故停機時間較長時，應將套管口保險鉤掛牢。

鉆進過程中經(jīng)常檢查鉆桿垂度，確?？妆诖怪?。鉆進過程中必須控制鉆頭在孔內(nèi)的升降速度，防止因漿液對孔壁的沖刷及負壓而導致孔壁塌方。鉆進成孔過程中，根據(jù)地層、孔深變化，合理選擇鉆進參數(shù)，及時調(diào)制泥漿，保證成孔質(zhì)量。鉆進達到要求孔深停鉆后，注意保持孔內(nèi)泥漿的漿面高程，確?？妆诘姆€(wěn)定。

5.6 成孔檢測

成孔深度達到設(shè)計要求后，對孔深、孔徑、孔位、孔形和傾斜度等進行檢查，檢查方法是用Φ25的鋼筋焊成直徑1.74m、長為9m的檢孔器，吊入孔內(nèi)直放到孔底檢查孔深，如檢孔器放不到孔底，則說明樁孔有縮頸或局部偏孔現(xiàn)象；在檢孔器沉入孔底的工程中，根據(jù)懸掛著檢孔器的鋼絲繩的傾斜程度可判斷孔壁是否傾斜。確認滿足設(shè)計要求后，立即填寫終孔檢查報告，并經(jīng)駐地監(jiān)理工程師認可，方可進行孔底清理和灌注水下混凝土的準備工作。

5.7 清孔

鉆孔深度達到設(shè)計要求后，方可清孔。清孔分為兩次。

第一次清孔：鉆至設(shè)計標高時用帶有活門的筒形鉆清理沉渣，即一次清孔。當孔壁泥漿皮沉淀較厚時，可用掃孔鉆頭上下往復掃刷孔壁。

第二次清孔：在灌注混凝土導管安放完成后，對孔深、空底沉渣、泥漿比重等進行復測。如果孔底沉渣厚度及泥漿比重超出規(guī)定時，利用灌注導管采用反循環(huán)清孔，在鋼筋籠、導管下好后進行，第二次清孔時間不少于30min，測定孔底沉渣≤100mm，方可停止清孔。清孔標準除沉渣厚度不能超過規(guī)范要求≤50mm外，泥漿各項指標也應滿足清孔后的要求。

5.8 沉渣厚度檢測

測定孔底沉渣，用重錘測試，測繩讀數(shù)一定要準確，用3～5個孔必須校正一次，沉渣厚度不能超過規(guī)范要求的50mm。

5.9 移機

當一根樁旋挖鉆孔施工完畢后，鉆機要移位，再進行下一根樁的旋挖鉆孔。

5.10 安放鋼筋籠

(1）吊放鋼筋籠入孔時，實行“一、二、三”的原則，即一人指揮、二人扶鋼筋籠、三人搭結(jié)，施工時應對準孔位，保持垂直，輕放、慢放入孔，不得左右旋轉(zhuǎn)。若遇阻礙應停止下放，查明原因進行處理。嚴禁高提猛落和強制下入。

(2）鋼筋籠設(shè)置3個起吊點，以保證鋼筋籠在起吊時不變形；起吊鋼筋籠采用扁擔起吊法，起吊點在鋼筋籠上部箍筋與主筋連接處，吊點對稱。

(3）安放鋼筋籠時，要求有技術(shù)人員在場，以控制鋼筋籠的樁頂標高及鋼筋籠上浮等問題。

(4）鋼筋籠安裝入孔時，應保持垂直狀態(tài)。鋼筋籠按確認長度下入后，應保證籠頂在孔內(nèi)居中，吊筋均勻受力，牢靠固定。

5.11 下導管

安放前認真檢查導管，保證它有良好的密封性。試驗水壓為1MPa，不漏水的導管方可使用。導管要定期進行水密性試驗，下導管前要檢查是否漏氣、漏水和變形，是否安放了“O”形密封圈并涂抹潤滑油等。

利用吊車將導管放入，導管直徑、長度應與孔深配套(距孔底0.5m左右）；全部下入孔內(nèi)后，應放到孔底，以便核對導管長度及孔深，然后提起30～50cm，進行二次清孔。初灌量應保證混凝土擴散后，導管埋入深度不小于1.0m，為防止混凝土與泥漿混合，在灌注混凝土前，用充氣球膽浮于管內(nèi)。下放導管時，絲扣要對正、扭緊，不得碰撞鋼筋籠，導管直徑250mm，標準節(jié)長3m，調(diào)整長度0.5m、1.5m、2.0m 各一節(jié)。

5.12 沉渣厚度測試

在澆筑混凝土之前應再次檢查空地沉渣，若超過設(shè)計要求的沉渣厚度50mm應重新清孔。

5.13 灌注水下混凝土

(1）灌注前首先檢查漏斗、測試儀器、量具、隔水塞等各項器械的完好情況。

(2）水下混凝土封底，必須有隔水栓，隔水栓應有良好的隔水性能并能順利排出。

(3）在水下灌注混凝土時，應根據(jù)實際情況嚴格控制導管的最小埋深，以保證樁身混凝土的連續(xù)均勻，不使其可能裹入混凝土上面的浮漿皮和土塊等，防止出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。對導管的最大埋深，則以能使管內(nèi)混凝土順暢流初出，便于導管起升和減少灌注提管、拆管的輔助作業(yè)時間來確定。最大埋深不宜超過最下端一節(jié)導管的長度。灌注接近樁頂部位時，為確保樁頂混凝土質(zhì)量，漏斗及導管的高度應嚴格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

(4）水下混凝土應連續(xù)澆筑，不得中途停止。首次澆灌時，初灌量應將導管底端能一次埋入不少于1.0m，并且導管內(nèi)存留的混凝土高度，足以抵制鉆孔內(nèi)的泥漿侵入導管。

(5）混凝土灌注過程中，應始終保持導管位置居中，提升導管時應有專人指揮掌握，不使鋼筋骨架傾斜、位移，如發(fā)現(xiàn)骨架上升時，應立即停止提升導管，使導管降落，并輕輕搖動使之與骨架脫開；混凝土灌注到樁孔上部6.0m以內(nèi)時，可不再提升導管，直到灌注至設(shè)計標高后一次拔出。灌注至樁頂設(shè)計標高后必須超灌1.0m左右，以保證鑿去浮漿后樁頂混凝土的強度。

(6）混凝土灌注的上升速度不得小于2m/h。灌注時間必須控制在埋入導管中的混凝土不喪失流動性時間。必要時可摻入適量緩凝劑。

5.14 拔出導管

拔出導管時，應先測量混凝土面高度，根據(jù)導管埋深，確定撥管節(jié)數(shù)；要勤檢查，均勻撥管，保持埋深在2～6m。

5.15 拔出護筒

旋挖成孔灌注樁混凝土澆筑完成后，與常規(guī)工藝相同，在混凝土初凝前拔出內(nèi)護筒，拔出時應均勻緩慢進行，當拔出困難時，可使用大功率振動錘配合浮吊進行拔出；當灌注樁混凝土強度達到設(shè)計強度的75%～80%時，拔出外護筒，方法同內(nèi)護筒，混凝土的強度確定以現(xiàn)場同條件養(yǎng)護試塊為依據(jù)。

6 質(zhì)量保證措施

質(zhì)量控制標準遵照現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程、標準執(zhí)行；

灌注樁質(zhì)量控制嚴格按灌注樁允許偏差控制執(zhí)行。

6.1 旋挖成孔質(zhì)量控制

(1）成孔中，按試樁施工確定的參數(shù)進行施工，設(shè)專職記錄員記錄成孔過程的各種參數(shù)，如加鉆桿、鉆進深度、地質(zhì)特征、機械設(shè)備損壞、障礙物等情況。記錄必須認真、及時、準確、清晰。

(2）旋挖成孔過程中，泥漿的比重一般控制在1.2～1.3之間，泥漿在循環(huán)過程中在孔壁表面形成泥皮，它和泥漿的自重對孔壁起到保護作用，防止孔壁坍塌。

(3）在孔內(nèi)安放鋼筋籠，安裝好灌漿導管后施行二次清孔作業(yè)，以使混凝土灌注前孔底沉渣厚度符合要求，保證混凝土的成樁質(zhì)量。

(4）樁孔終孔后將鉆具提高20～50cm，采用大泵量泵入性能指標符合要求的新泥漿并維持正循環(huán)30min以上，直到清除孔底沉渣且使孔壁泥質(zhì)、泥漿含砂量小于4%為止。

(5）鉆孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進尺速度：由硬地層鉆到軟地層時，可適當加快鉆進速度；當軟地層變?yōu)橛驳貙訒r，要減速慢進；在易縮徑的地層中，應適當增加掃孔次數(shù)，防止縮徑；對硬塑層采用快轉(zhuǎn)速鉆進,以提高鉆進效率；砂層則采用慢轉(zhuǎn)速慢鉆進并適當增加泥漿比重和粘度。

6.2 雙護筒質(zhì)量控制

(1）為確保汛期筒內(nèi)不會由于水位上升而流入河內(nèi)，一般情況下護筒比正常水位高出3.0m。

(2）水流作用在外護筒的沉入過程中會對其產(chǎn)生較大的作用力，容易出現(xiàn)傾斜或較大偏差，通常要借助導向架，在河床中下放導向架，利用振動錘的振動作用將導向架擊入河床中，其底部大約在河床1.5m以下，最好等待導向架狀態(tài)穩(wěn)定。

(3）用裝設(shè)好的外護筒作為第一節(jié)的導向架，仍然采用振動錘向河床中壓入內(nèi)護筒，其埋置深度與外護筒相比應至少深0.5m，而筒頂高度則超出0.5m，方便循環(huán)利用泥漿。

(4）為避免深水樁基礎(chǔ)施工中的護筒漏漿，施工中護筒的定位要準確，垂直度要好，嚴格按照計算的水頭差控制水頭高度；使用振動錘留振時間要滿足規(guī)范要求，預備大功率振動錘進行振動護筒，確保護筒嵌入河床深度。

(5）為減小內(nèi)護筒與樁身混凝土之間的摩阻力，采用了對護筒內(nèi)壁的凸起進行打磨、涂刷瀝青涂層的處理方案。

(6）護筒拔出過程中注意觀察混凝土下沉情況，如下沉量較大，應查明原因并處理后方可繼續(xù)進行。外護筒拔出時，必須滿足樁身混凝土已成形，有一定強度抗水流沖擊力，緩慢頂升，使外護筒松動后拔出，避免影響樁身混凝土質(zhì)量。不得盲目起吊外護筒。

7 結(jié)束語

本施工方法采用的旋挖鉆孔工藝是在吸收各種成孔工藝優(yōu)勢的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的灌注樁成孔工藝，該工藝由于采用非水介質(zhì)取土成孔，鉆孔出土由鉆具直接帶出，不依靠泥漿輸送，大大減少了泥漿的使用，成孔速度快，工藝污染小，噪音低、振動小，大大減少了對環(huán)境的污染；而且，鉆機的安裝比較簡單，鉆頭拆卸方便，內(nèi)外護筒的回收和循環(huán)利用，大幅減少了鋼材的消耗量，并避免了因殘留在水體或土體中的鋼材逐漸銹蝕而導致的環(huán)境污染，與當前整個社會所提倡的節(jié)能、環(huán)保精神相契合。