黃 磊

1. 上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002；2. 上海非開(kāi)挖建造工程技術(shù)研究中心 上海 200002

1 工程概況

港珠澳大橋珠?？诎痘A(chǔ)工程，是港珠澳大橋的重要組成部分，擬建項(xiàng)目位于港珠澳大橋口岸人工島北區(qū)。場(chǎng)地為人工海島，其原始地貌單元為海相地貌，后經(jīng)拋石護(hù)岸，堆砂推填整平，原始地形業(yè)已改變（圖1）。現(xiàn)已完成推覆填土整平及軟基處理施工，地形相對(duì)較平坦，絕對(duì)高程為4.8 m左右。

圖1 工程位置示意

本工程輕軌預(yù)留區(qū)為坑中坑，支護(hù)樁采用全套管鉆孔灌注樁，樁徑800 mm，成孔深度19.2 m。其中：WZ1型樁442根，實(shí)樁長(zhǎng)14.20 m，空樁長(zhǎng)5 m；WZ2型樁488根，實(shí)樁長(zhǎng)13.75 m，空樁長(zhǎng)5.75 m。

2 施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

本工程位于人工島上，與常規(guī)陸域施工有較大的不同。對(duì)于鉆孔灌注樁來(lái)說(shuō)：首先，地質(zhì)條件較差，圍護(hù)樁成孔主要位于人工填砂層和淤泥層中，成孔施工時(shí)容易發(fā)生坍孔、頸縮等質(zhì)量問(wèn)題；其次，人工島與陸地不相連，常規(guī)灌注樁施工所需大量的淡水和泥漿制作材料（黃土或膨潤(rùn)土等）運(yùn)輸及廢漿排放均存在一定的困難。

針對(duì)人工島特殊的地理位置和存在的不利地質(zhì)情況，結(jié)合支護(hù)樁是固定統(tǒng)一樁長(zhǎng)的特點(diǎn)，制訂了全套管護(hù)壁旋挖鉆孔施工方法。其思路為：加工制作長(zhǎng)20 m、厚15 mm鋼制長(zhǎng)護(hù)筒，用液壓振動(dòng)錘將長(zhǎng)護(hù)筒振動(dòng)下沉至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，長(zhǎng)護(hù)筒作為套管，可以保護(hù)旋挖鉆機(jī)在管內(nèi)進(jìn)行干作業(yè)旋挖取土，直至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，不需要泥漿護(hù)壁。安裝鋼筋籠并澆筑水下混凝土后，再用液壓振動(dòng)錘將長(zhǎng)護(hù)筒緩慢拔出。

此方法的難點(diǎn)在于需要解決打設(shè)和拔出鋼制套管、控制混凝土的超灌量、拔管引起鋼筋籠上浮等問(wèn)題，同時(shí)優(yōu)化施工流程的安排，提高工效。為解決以上問(wèn)題，經(jīng)研究后采取了長(zhǎng)短鋼套管結(jié)合、用長(zhǎng)臂挖機(jī)配備振動(dòng)錘改裝的插板機(jī)分級(jí)安裝套管、澆筑混凝土?xí)r邊澆筑邊測(cè)量、適量縮小鋼筋籠直徑和在鋼筋籠底部焊接鋼筋網(wǎng)片等措施。

3 施工過(guò)程中遇到的具體問(wèn)題及解決方法

3.1 施工工藝流程

平整場(chǎng)地→測(cè)量放樁位→埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒到設(shè)計(jì)樁底→鉆機(jī)就位→干作業(yè)取土成孔→檢查孔底，清除虛土→吊放鋼筋籠→安設(shè)導(dǎo)管→澆筑樁身水下混凝土→拔除護(hù)筒→混凝土養(yǎng)護(hù)

3.2 套管的打設(shè)和拔出工藝

本工程采用長(zhǎng)、短鋼套管結(jié)合，用長(zhǎng)臂挖機(jī)配備振動(dòng)錘改裝的插板機(jī)打設(shè)和拔出套管。具體如下：鉆孔前準(zhǔn)備好2種規(guī)格的鋼套管，一種套管長(zhǎng)20 m，壁厚10 mm，外徑與設(shè)計(jì)樁徑相同，為800 mm（以下稱長(zhǎng)套管），另一種套管長(zhǎng)6 m，壁厚10 mm，外徑1 000 mm（以下稱短套管）。選用長(zhǎng)臂挖機(jī)配備振動(dòng)錘改裝的插板機(jī)，而不用大型履帶吊配振動(dòng)錘，主要是考慮長(zhǎng)臂挖機(jī)的靈活性和打設(shè)套管時(shí)可以自身控制垂直度而不需要另外的機(jī)械配合，降低了機(jī)械使用成本，施工效率也較高。插板機(jī)有一個(gè)明顯弊端，就是臂長(zhǎng)不足以一次性打設(shè)長(zhǎng)20 m的套管，只能打設(shè)10 m左右的套管。因此，我們?cè)黾恿碎L(zhǎng)10 m的短套管，采用長(zhǎng)、短套管結(jié)合、分級(jí)安裝的方法。此方法雖然增加了打設(shè)和拔出短套管的工序，但是因?yàn)樘坠芏滩⑶也灏鍣C(jī)調(diào)整垂直度方便，所以打設(shè)和拔出的速度都很快。再通過(guò)優(yōu)化施工流程，合理配置長(zhǎng)、短套管的數(shù)量，完全消除了這一缺點(diǎn)對(duì)施工的不利影響。通過(guò)對(duì)施工的進(jìn)度和資源的投入進(jìn)行綜合比較，長(zhǎng)臂挖機(jī)配備振動(dòng)錘改裝的插板機(jī)都優(yōu)于大型履帶吊機(jī)配振動(dòng)錘。

沉放套管前先開(kāi)挖一個(gè)淺坑，坑底應(yīng)整平，然后通過(guò)定位的控制樁放樣，把孔位中心位置標(biāo)于坑底，再用插板機(jī)上的振動(dòng)錘夾住短套管上口，把短套管夾起放進(jìn)坑內(nèi)。找出短套管的圓心位置，用十字線定在短套管頂部或底部，然后移動(dòng)短套管使其中心與鉆孔中心位置重合，同時(shí)用水平尺或鉛錘線檢查，使短套管保持垂直。插板機(jī)開(kāi)始振動(dòng)下沉短套管，直至管口露出地面30 cm。然后旋挖機(jī)就位，在短套管內(nèi)旋挖鉆孔取土，鉆到短套管底暫停鉆孔。接著用汽車吊機(jī)把長(zhǎng)套管吊起放進(jìn)短套管里，對(duì)準(zhǔn)中心調(diào)整垂直度后，用插板機(jī)夾住其上口振動(dòng)下沉，沉放時(shí)要防止套管偏斜。把長(zhǎng)套管打設(shè)到位后，可拔出短套管繼續(xù)下一根樁的短套管打設(shè)，旋挖鉆機(jī)在長(zhǎng)套管內(nèi)旋挖成孔直至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。

支護(hù)樁水下混凝土澆筑完成后，為防止土體對(duì)未凝固的灌注樁混凝土的擠壓而引起頸縮，灌注好混凝土后需要等待混凝土凝固到一定程度后再拔長(zhǎng)套管。經(jīng)過(guò)數(shù)次試驗(yàn)，要確保不發(fā)生頸縮的情況，至少在混凝土澆灌1 h后，才可以用振動(dòng)錘緩慢拔除長(zhǎng)護(hù)筒。

3.3 混凝土澆筑量的控制

因?yàn)槭侨坠苄阢@孔灌注樁，套管有管壁厚度，澆筑混凝土?xí)r必須考慮到拔出套管后形成的空隙體積，計(jì)算出混凝土超灌量，然后換算成混凝土澆筑的施工高度，澆筑時(shí)用吊繩測(cè)量混凝土標(biāo)高，以控制混凝土澆筑量，確保套管拔出后樁頂標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 解決拔管時(shí)帶動(dòng)鋼筋籠上浮的措施

全套管旋挖鉆孔灌注樁施工的前期，發(fā)現(xiàn)拔出長(zhǎng)套管后，鋼筋籠有上浮的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)分析研究，認(rèn)為鋼筋籠上浮主要是由2個(gè)原因引起的：一是鋼筋籠和套管之間間隙小，垂直度稍有偏差，二者間就會(huì)發(fā)生接觸甚至卡住，拔起套管時(shí)帶動(dòng)鋼筋籠上??；二是套管內(nèi)沒(méi)有護(hù)壁泥漿，混凝土澆筑速度較快，鋼筋籠容易上浮。針對(duì)上述原因，采取了以下措施。

1）適當(dāng)縮小鋼筋籠直徑：本工程的灌注樁用于支護(hù)結(jié)構(gòu)，主要起到抗彎和抗剪的作用，鋼筋籠直徑在適當(dāng)范圍內(nèi)調(diào)整對(duì)抗彎和抗剪效果影響不大，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位復(fù)核，把鋼筋籠的直徑縮小了5 mm；同時(shí)，在施工過(guò)程中，加強(qiáng)套管和鋼筋籠安裝時(shí)的垂直度控制。

2）在鋼筋籠底部焊接鋼筋網(wǎng)片：在制作鋼筋籠時(shí)，在鋼筋籠底部增加焊接了1層鋼筋網(wǎng)片，初澆混凝土自重荷載作用在鋼筋網(wǎng)片上，有效地抵消了后續(xù)混凝土澆筑對(duì)鋼筋籠的上抬力；同時(shí)，還需控制混凝土澆筑速度，不宜過(guò)快。

3.5 長(zhǎng)、短套管的合理配置和施工流程的優(yōu)化

通過(guò)對(duì)施工流程分析可知，影響施工進(jìn)度的主要因素是鋼套管的打設(shè)、地質(zhì)條件、旋挖成孔速度、鋼筋籠制作安裝、混凝土的供應(yīng)等。具體情況分析如下：

1）混凝土由人工島上的混凝土攪拌站供應(yīng)，運(yùn)輸路程短，隨叫隨到，基本可以排除其對(duì)施工進(jìn)度的影響。

2）由于人工島上場(chǎng)地開(kāi)闊，鋼筋籠的制作和吊放沒(méi)有多大限制，故對(duì)施工進(jìn)度的影響也很小。

3）旋挖灌注樁成孔深度19.2 m，在鋼套管的保護(hù)下穿透了砂層進(jìn)入到粉質(zhì)黏土和淤泥層中，不良地質(zhì)對(duì)旋挖機(jī)成孔不造成阻礙。

4）旋挖鉆機(jī)成孔效率很高，在樁長(zhǎng)19.2 m的情況下，單樁成孔不超過(guò)1 h即可完成。

排除了上述因素影響，鋼套管的配置就成為影響施工進(jìn)度的關(guān)鍵因素，也直接關(guān)系到施工流程是否可以優(yōu)化。

針對(duì)旋挖鉆機(jī)是在長(zhǎng)套管內(nèi)旋挖作業(yè)，短套管在長(zhǎng)套管安裝完成后即已結(jié)束其作用，完全可以拔出，去打設(shè)下一個(gè)樁位的套管。我們擯棄了一長(zhǎng)一短的固定配置，采用1根短套管配置多根長(zhǎng)套管的配置方案。根據(jù)安裝套管各道工序所需的工時(shí)，計(jì)算出流水作業(yè)的最佳配置數(shù)量，并在施工實(shí)踐中驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)際情況作進(jìn)一步的調(diào)整，最終形成了以下配置方案和施工步序。

施工機(jī)械為旋挖鉆機(jī)1臺(tái)，長(zhǎng)臂挖機(jī)配備振動(dòng)錘改裝的插板機(jī)1臺(tái)，2根長(zhǎng)套管與1根短套管為1個(gè)組合，總共投入3套組合，共6長(zhǎng)3短，另外配置了1根長(zhǎng)套管作為備用。按照以下步序流水作業(yè)：插板機(jī)于樁位1插入1#短套管→旋挖機(jī)于樁位1的1#短套管內(nèi)旋挖，同時(shí)插板機(jī)于樁位2插入2#短套管→旋挖機(jī)于樁位2的2#短套管內(nèi)旋挖，同時(shí)插板機(jī)于樁位3插入3#短套管→插板機(jī)于樁位1插入1#長(zhǎng)套管，拔出1#短套管，同時(shí)旋挖機(jī)于樁位3的3#短套管內(nèi)旋挖→旋挖機(jī)于樁位1的1#長(zhǎng)套管內(nèi)旋挖，同時(shí)插板機(jī)于樁位2插入2#長(zhǎng)套管，拔出2#短套管→樁位1安裝鋼筋籠，旋挖機(jī)于樁位2的2#長(zhǎng)套管內(nèi)旋挖，同時(shí)插板機(jī)于樁位3插入3#長(zhǎng)套管，拔出3#短套管→樁位2安裝鋼筋籠，旋挖機(jī)于樁位3的3#長(zhǎng)套管內(nèi)旋挖，同時(shí)插板機(jī)于樁位4插入1#短套管→樁位3安裝鋼筋籠，樁位1～3澆筑混凝土，旋挖機(jī)于樁位4的1#短套管內(nèi)旋挖，同時(shí)插板機(jī)于樁位5插入2#短套管。按此順序，分別向后施工樁位4～6的旋挖樁，直至旋挖機(jī)于樁位6的6#長(zhǎng)套管內(nèi)旋挖時(shí)，拔出1#～3#長(zhǎng)套管，然后直至所有旋挖樁完成施工。按照以上步序，每天基本能完成12根支護(hù)樁，滿足進(jìn)度計(jì)劃要求。

4 結(jié)語(yǔ)

港珠澳大橋珠海口岸基礎(chǔ)工程地鐵預(yù)留區(qū)支護(hù)樁采用全套管旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝，克服了人工島填砂層和淤泥層等不良地層對(duì)鉆孔造成的困難。從樁身質(zhì)量檢測(cè)以及基坑土方開(kāi)挖后對(duì)樁體外觀質(zhì)量進(jìn)行的檢查可知，支護(hù)樁的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，在進(jìn)度方面也取得了較為理想的效果。全套管旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)既可有效避免圍護(hù)樁施工過(guò)程中坍孔、頸縮等質(zhì)量問(wèn)題，又不需要使用大量淡水和黃土制作護(hù)壁泥漿，施工過(guò)程中不產(chǎn)生廢棄泥漿，有利于環(huán)境保護(hù)，特別適用于像本工程人工島的砂層和淤泥層地質(zhì)。施工中的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)是長(zhǎng)、短套管結(jié)合的分級(jí)打設(shè)和拔出工藝，施工中遇到的一些問(wèn)題可根據(jù)具體情況采取有針對(duì)性的措施加以解決。