佘明星

（廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

對(duì)于淺覆蓋層甚至裸巖的河床地質(zhì)情況，橋梁的樁基礎(chǔ)施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)和施工鉆進(jìn)設(shè)備的選擇與工藝的改進(jìn)，是其成功的關(guān)鍵因素[1]。根據(jù)懷陽西江特大橋主墩樁基礎(chǔ)為研究項(xiàng)目，探討施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)與高強(qiáng)度嵌巖樁工藝優(yōu)化研究。懷集至陽江港高速公路懷集至郁南段項(xiàng)目位于廣東省肇慶、云浮兩市境內(nèi)，路線起自肇慶市懷集縣西側(cè)，與二廣高速公路懷集支線汕昆高速相接，終點(diǎn)位于云浮市郁南縣西側(cè)，與廣梧高速公路相接，通過與廣梧高速共線至雙鳳互通與懷陽高速公路郁南至陽江港段相接。西江特大橋?yàn)槿€控制性工程，位于封開西江大橋下游約5 km，在長(zhǎng)崗鎮(zhèn)光升村西側(cè)和云浮市郁南縣古豐村東側(cè)之間跨越西江，全長(zhǎng)1 571.6 m，其中主橋跨徑布置58 m+127 m+360 m+127 m+58 m=730 m雙塔中央索面混凝土梁斜拉橋方案，采用塔梁固結(jié)結(jié)構(gòu)體系。

1 項(xiàng)目概況

西江特大橋索塔主墩21#、22#墩，樁基設(shè)計(jì)直徑均為D2.8 m嵌巖樁，樁間距5.6 m設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)30 m，每個(gè)主墩各20條，具體樁位布置見圖1。

圖1 主墩樁位平面示意圖（單位：cm）

西江特大橋工程特點(diǎn)：（1）主墩覆蓋層較淺，根據(jù)地質(zhì)資料和河床掃描，覆蓋層在0.7～2.5 m之間，且沖刷嚴(yán)重，施工平臺(tái)的支撐穩(wěn)定性和鋼護(hù)筒下放安裝是技術(shù)難點(diǎn)；（2）樁徑為2.8 m，且均為嵌巖樁，嵌巖深度長(zhǎng)（25 m左右），基本為中風(fēng)化變質(zhì)砂巖巖層強(qiáng)度較高（70 MPa以上），施工較大難度；（3）工期緊。西江水情復(fù)雜，洪水期與枯水期水位落差大、汛期時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)施工工序組織有較大影響，如果不能在汛期到來之前完成基礎(chǔ)工程施工，可能會(huì)造成因洪水而停工，對(duì)成孔效率的工藝選擇要求高。針對(duì)以上重難點(diǎn)，從樁基施工平臺(tái)設(shè)計(jì)、鋼護(hù)筒的制作下放和成孔工藝的選擇三個(gè)方面研究，通過現(xiàn)場(chǎng)半年的施工實(shí)踐，從2017年8月份鋼便橋平臺(tái)施工到2018年2月完成樁基施工，較以往相似工程規(guī)模極大的提高了施工效率，節(jié)省了工期，總結(jié)出一套淺覆蓋層深嵌巖樁施工研究技術(shù)。

2 施工工藝技術(shù)研究

2.1 樁基施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

淺覆蓋層會(huì)造成平臺(tái)搭設(shè)困難、樁基護(hù)筒穿孔漏漿或涌沙，針對(duì)平臺(tái)搭設(shè)時(shí)鋼管樁不易生根，為保證便橋平臺(tái)的穩(wěn)定，支墩鋼管樁以平聯(lián)連成整體。便橋平臺(tái)以導(dǎo)向架輔助插打后連成整體，形成板框架系[2]。另外，為保證便橋能夠在水流及水面垃圾的沖擊下保持穩(wěn)定，施打前，掃描河床摸清水下地形，根據(jù)地形將鋼護(hù)筒連接成板凳形式，從覆蓋層相對(duì)較厚的區(qū)域整體下放，并且在上下游各搭設(shè)一根D100 cm鋼管樁，將其作為護(hù)筒利用沖機(jī)施工，成孔深度不少于6 m，以進(jìn)入中風(fēng)化層3 m進(jìn)行控制，水下灌注砼樁作為錨樁，與其他鋼管樁連接成整體固定。主墩樁基采用旋挖鉆機(jī)成孔，考慮2臺(tái)自重200噸旋挖鉆機(jī)施工，平臺(tái)主要分為鉆孔區(qū)平臺(tái)、輔助平臺(tái)。鉆孔平臺(tái)采用Ф820×80 mm鋼護(hù)筒+2×I36承重梁+貝雷梁的形式布設(shè)，貝雷片采用四榀一組，貝雷梁上間隔75 cm鋪I36工字鋼作為分布梁，其上鋪設(shè)I12.6+8 mm厚花紋板作為面板；輔助平臺(tái)采用“Ф820×80 mm鋼管樁+2×I56承重梁+貝雷梁”的形式布設(shè)，貝雷片采用三榀一組，貝雷梁上鋪I25分布梁和I12.6+8 mm厚花紋板。在主墩棧橋平臺(tái)設(shè)計(jì)方面，采用打樁船施打鋼管樁，貝雷梁、橋面采用預(yù)制梁板，既降低了施工成本，又保證了施工的安全與質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度。板凳及樁基鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 板凳錨樁和樁基鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)

2.2 樁基鋼護(hù)筒的下放

由于覆蓋層較淺，直接振設(shè)樁基鋼護(hù)筒無法固定，采用在3.1 m樁基護(hù)筒外套接一條直徑3.4 m鋼護(hù)筒用于定位旋挖鉆掏槽施工，下放鋼護(hù)筒導(dǎo)向架作為鋼護(hù)筒下放的導(dǎo)向定位，并在導(dǎo)向架四周加焊限位進(jìn)行精準(zhǔn)定位。初次安裝時(shí)，利用90 t履帶吊配合DZJ250型打樁錘振動(dòng)下沉。振設(shè)完畢后，采用型鋼或螺旋焊管焊接固定于平臺(tái)鋼管樁上，以確保旋挖鉆進(jìn)行掏槽施工時(shí)能準(zhǔn)確鉆孔。

（1）旋挖鉆掏槽施工：在完成外套3.4 m鋼護(hù)筒施工后，利用旋挖鉆安裝特制鉆頭進(jìn)行掏槽施工，槽半徑為3.16 m，基坑進(jìn)入中風(fēng)化層2 m后，利用外套護(hù)筒作為下放導(dǎo)向架繼續(xù)下放3.1 m鋼護(hù)筒，當(dāng)護(hù)筒下放至預(yù)先掏槽的基坑后下放完畢，臨時(shí)固定于外套鋼護(hù)筒上。

（2）樁基鋼護(hù)筒施工：完成掏槽施工后，在外套3.4 m鋼護(hù)筒頂部焊接固定“口”字形固定架，用于定位樁基護(hù)筒平面位置，安裝完畢后下放樁基護(hù)筒，樁基護(hù)筒下放開始采用設(shè)計(jì)導(dǎo)向架下放，至3.4 m護(hù)筒口后繼續(xù)下放利用外套護(hù)筒作為下放導(dǎo)向架，護(hù)筒的制作及下放都需嚴(yán)格控制精度，當(dāng)護(hù)筒下放至預(yù)先掏槽的基坑后下放完畢，臨時(shí)固定于外套鋼護(hù)筒上。完成后拆除外套鋼護(hù)筒并周轉(zhuǎn)循環(huán)至下一個(gè)樁基使用，護(hù)筒下放完畢后平臺(tái)鋼管樁與樁基鋼護(hù)筒采用Φ325螺旋焊管固定。護(hù)筒安裝以承臺(tái)四個(gè)角點(diǎn)優(yōu)先安裝為原則，完成2個(gè)護(hù)筒安裝及加固后立即組織另外兩臺(tái)旋挖鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)，開始樁基施工。

2.3 成孔工藝研究

根據(jù)西江特大橋地質(zhì)分析，其所體現(xiàn)為覆蓋層極薄，樁身基本為中風(fēng)化變質(zhì)砂巖，青灰色，巖石呈中等風(fēng)化，巖石新鮮，裂隙較發(fā)育，巖芯多呈塊狀、短柱狀為主，少量碎塊狀，抗壓強(qiáng)度（70～129.5 MP）。

假如采用沖擊鉆成孔，對(duì)于高強(qiáng)度中風(fēng)化變質(zhì)砂巖進(jìn)尺及其緩慢，錘頭機(jī)身、鋼絲繩等構(gòu)件極其容易損壞，不可控因素過多。

通過研究對(duì)比國(guó)內(nèi)外最新樁基礎(chǔ)施工工藝和機(jī)械裝備，采用旋挖鉆成孔，其施工工藝主要為逐級(jí)擴(kuò)孔取芯施工，對(duì)于高強(qiáng)度巖層成孔施工通過岸上試樁進(jìn)行驗(yàn)證可行，單樁成孔4 d左右，中風(fēng)化進(jìn)尺單次50 cm/h，約為沖機(jī)鉆機(jī)4倍工效。

單個(gè)主墩樁基分別采用2臺(tái)徐工XR550旋挖鉆機(jī)成孔，最大輸出扭矩520 kN·m，最大加壓力440 kN，鉆機(jī)工作重量198 kN。2.8 m樁徑采用1.5 m、2.0 m、2.5 m、2.8 m四種直徑鉆頭逐一擴(kuò)鉆而成。

當(dāng)鉆機(jī)就位準(zhǔn)確即開始鉆進(jìn)，鉆進(jìn)時(shí)每次進(jìn)尺控制在50 cm左右，剛開始要放慢旋挖速度，并注意放斗要穩(wěn),提斗要慢，特別是在孔口5～8 m段旋挖過程中要注意通過控制盤來監(jiān)控垂直度,如有偏差及時(shí)進(jìn)行糾正[3]。

在鉆孔過程中，根據(jù)全標(biāo)段的地質(zhì)情況，采用筒鉆鉆頭鉆孔。筒鉆性能簡(jiǎn)介：整體結(jié)構(gòu)與挖土鉆頭基本一樣，只是底部沒有封口。主要用于施工孔內(nèi)的兩層膠結(jié)巖層，該巖層整體性好，強(qiáng)度大，利用筒鉆的剪壓作用，破壞巖層的整體性，從而達(dá)到進(jìn)尺的目的。根據(jù)主橋地質(zhì)情況，鉆進(jìn)上方覆蓋層時(shí)使用直徑2.8 m截齒撈砂鉆斗一次鉆進(jìn)，鉆入中風(fēng)化砂巖層后，為提高鉆孔效率，則采用分級(jí)鉆進(jìn)工藝，具體分級(jí)工藝采用逐級(jí)擴(kuò)孔工藝，根據(jù)本工程的地質(zhì)特性，分四級(jí)進(jìn)行擴(kuò)孔施工。逐級(jí)擴(kuò)孔工藝采用1.5 m牙輪筒鉆取芯，之后采用2.0 m及2.5 m牙輪筒鉆進(jìn)行擴(kuò)孔，最后以2.8 m牙輪筒鉆實(shí)現(xiàn)最終擴(kuò)孔。

（1）覆蓋層采用Φ2.8雙底雙開截齒撈砂斗鉆進(jìn)清渣至中風(fēng)化層。

（2）軟硬層交界面采用導(dǎo)正器+Φ1.5牙輪鉆頭，鉆進(jìn) 1.2～1.5 m。

（3）中風(fēng)化層第一級(jí)鉆進(jìn)先采用Φ1.5牙輪齒筒鉆鉆進(jìn)，待鉆內(nèi)巖滿時(shí)更換Φ1.5截齒取芯鉆頭將巖芯掰斷。主要原理是利用鉆頭內(nèi)設(shè)置螺旋漲塞對(duì)巖芯產(chǎn)生的水平力和漲塞將巖芯抓緊通過鉆機(jī)鉆桿傳遞的扭矩共同作用。巖芯掰斷后利用鉆頭與巖芯摩阻力將巖柱取出，循環(huán)往復(fù)，直至將巖石鉆成直徑Φ1.5 m的小孔。

（4）擴(kuò)孔：第一步：更換上Φ2.0 m牙輪齒，下1.5 m導(dǎo)正鉆鉆進(jìn)到孔底，換用Φ1.5 m雙底雙開截齒撈砂斗掃孔清渣。擴(kuò)孔情況見圖3。

第二步：截齒取芯鉆頭掰斷巖芯，將巖芯取出，截齒筒鉆環(huán)切鉆頭內(nèi)部漲塞取出巖柱，取巖芯見圖4。

第三步：更換上Φ2.5 m牙輪齒，下2.0 m導(dǎo)正鉆鉆進(jìn)到孔底，再用Φ2.0 m牙輪齒筒鉆鉆進(jìn)到底后換用Φ2.0 m雙底雙開截齒撈砂斗掃孔清渣。

第四步：更換上Φ2.8 m牙輪齒，下2.5 m導(dǎo)正鉆鉆進(jìn)到孔底，再用Φ2.5 m牙輪齒筒鉆鉆進(jìn)到底后換用Φ2.5 m雙底雙開截齒撈砂斗掃孔清渣。

第五步：更換Φ2.8 m牙輪齒筒鉆鉆進(jìn)到孔底，換用Φ2.8 m雙底雙開截齒撈砂斗掃孔清渣，成孔。

旋挖鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆斗的升降速度；根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》要求，鉆斗的升降速度宜控制在0.75～0.80 m/s；同時(shí)，做好整個(gè)過程中的鉆進(jìn)記錄，隨時(shí)根據(jù)不同地質(zhì)情況調(diào)整泥漿指標(biāo)和旋挖速度。

2.4 安全、質(zhì)量、功效分析

安全、質(zhì)量、功效分析見表1。

圖3 擴(kuò)孔

3 結(jié)語

對(duì)于懷陽高速西江特大橋主墩旋挖鉆機(jī)盡管一次投入費(fèi)用較大，但成孔費(fèi)用消耗、工期進(jìn)度等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比其他方法成孔費(fèi)用低，是一種理想的施工工藝，同其它工藝相比綜合考慮是降低了成本，特別是工期成本。從目前看，對(duì)于嵌巖長(zhǎng)度深、巖石強(qiáng)度高，有著相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可以在同類工程項(xiàng)目中進(jìn)行推廣應(yīng)用[5]。

圖4 取巖芯

表1 安全、質(zhì)量、功效分析比較