李 偉

（中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

我國濱海（湖）地區(qū)大都是沉積為主的深厚層淤泥質軟土，具有高含水量、壓縮性大、固結緩慢等特點。摩擦樁作為軟土區(qū)域主要承載樁型，依靠孔壁土層的側摩阻力來承載的樁基，適用于上覆地層承載能力較差的土層［1-3］。根鍵式鉆孔灌注樁針對傳統(tǒng)鉆孔灌注樁進行接觸面改造，相比之下有效提高了普通鉆孔灌注樁的承載力。于是，以其有效縮短樁長的良好經濟性，越來越被工程界加以重視和應用；尤其適合應用于深淤軟土區(qū)域鉆孔灌注樁基礎，根式基礎可用于公路工程、鐵路工程、市政工程、建筑工程等其他行業(yè)［4］。

浙江甬臺溫高速復線南塘至黃華段，翁垟高架橋共有樁基1 231根，均為長大鉆孔灌注樁，且85.5%樁基樁長80 m以上。工程位于浙江南部沿海，項目沿線在丘陵與海積平原相間分布，海積平原區(qū)地勢平坦，河道水網密布，地面標高一般為3～5 m。橋址區(qū)為深厚層海積松散堆積物軟土地區(qū)，基礎為全新統(tǒng)?；鶎佑倌?、淤泥質土，整體厚度20～45 m，局部厚度達90 m。

1 根鍵式鉆孔灌注樁鉆孔設備

根據(jù)樁基所在位置地質條件及結構設計特點，綜合比較，選擇大扭矩、鉆進深度長的性能優(yōu)越的TRM280型旋挖鉆機施工根鍵式鉆孔灌注樁鉆孔，配套泥漿泵、泥漿池、空壓機、根鍵頂進設備、泥漿分離器等機械。

2 根鍵式鉆孔灌注樁施工的關鍵技術及重難點

2.1 旋挖鉆機鉆孔

鋼護筒埋設就位并固定牢固后，測量檢查護筒坐標位置，位置偏差滿足要求后，旋挖鉆機移動到樁位，鉆桿抬升調整豎直并鎖定，鉆桿的垂直度調整符合要求后，用全站儀進行測量校正和鉆桿豎直度校正。旋挖鉆機發(fā)動后，鉆桿的偏移量將在鉆桿工作畫面上實時顯示。鉆孔進尺速度根據(jù)不同的地層確定，在硬塑地層鉆進時，采用快轉速，以提高鉆進效率；在松散的易塌砂層中鉆孔，采用慢轉速慢鉆進并適當增加泥漿比重和粘度。鉆機鉆斗升降速度過快時，鉆頭將在鉆孔中形成活塞效應，鉆斗下部位置形成較大的負壓作用，大概率出現(xiàn)孔壁坍塌、縮頸現(xiàn)象，必須控制鉆斗的提升速度。在取土負荷狀態(tài)下，鉆斗升降速度≤0.6～0.7 m／s，空斗升降速度≤0.8 m／s。淤泥層施工鉆進須提鉆慢進尺，每次進尺約0.7 m；淤泥質黏土施工鉆進，每次進尺0.4 m；粉質黏土施工鉆進，每次進尺0.5 m。清孔一般分兩次進行，鉆孔深度達到設計深度后進行第一次清孔，第一次清孔滿足設計及規(guī)范要求后下放鋼筋籠。根鍵安裝頂推到位后，下放完導管后再進行第二次清孔。

在孔口泥漿出口處用手觸摸孔內抽出的泥漿，無顆粒感覺，泥漿相對密度不大于1.03，含砂率＜2%，黏度17～20 s。測繩前端懸掛平砣在孔壁周圍測量孔深，同時采用鋼尺對測量繩進行校核。清孔的時間要足夠充分，成樁施工前，孔底沉渣厚度、孔內泥漿指標檢測結果必須符合規(guī)范要求。

2.2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)

泥漿護壁是維持孔壁穩(wěn)定不發(fā)生塌孔、縮孔的重要手段。泥漿能提供孔壁土體所必須的抗塌力，孔壁的側向壓強與孔內泥漿相對密度大小是成正比關系，相對密度越大的泥漿施加孔壁的側向壓強越大，獲得的孔壁“支撐力”越大。泥漿的性能指標關系到護壁的效果。泥漿的相對密度達到一定程度，會造成泥漿泵堵塞，還可能導致“糊鉆”而影響鉆進效率。適宜的泥漿相對密度既可保證樁孔壁穩(wěn)定而不塌孔、不縮孔，以確保鉆機的高效鉆進。

2.2.1 泥漿的制備

鉆孔樁施工現(xiàn)場設鋼制泥漿池、沉淀池，沉淀池容積為鉆孔灌注樁混凝土體積的1.5～2.0倍，設置于兩個墩位中間的左右兩側。根據(jù)各個墩位的不同地質條件，按最容易發(fā)生坍孔的土層進行泥漿的配比試驗，試驗合格后使用。鉆孔施工中根據(jù)孔位具體地質結構，采用不同理化指標的泥漿護壁及懸浮鉆渣。

2.2.2 鉆孔泥漿配制

控制根鍵式鉆孔灌注樁施工的質量、安全、高效的核心和關鍵工序是泥漿護壁?，F(xiàn)場采用PHP泥漿做為鉆孔施工用漿，PHP泥漿又稱聚丙烯酞胺不分散低固相泥漿，PHP泥漿主要材料為膨潤土、聚丙烯酞胺（PAM）、純堿（Naa C03）和甲基纖維素（CMC）。進行了反復試配，通過各項指標的測試對比，確定優(yōu)質復合泥漿配合比，膨潤土6%～8%，黏土20%，片堿0.3%～CMC0.5%，PHP0.05%，泥漿相對密度為1.25～1.35 g／m3，含砂率4.5%左右，膠體率96.5%，pH值為9.1。淤泥質黏土容易坍塌、縮孔，泥漿相對密度控制在1.23，含砂率控制在4%以內，黏度達到22～24 s。

2.2.3 泥漿護壁攪拌

旋挖鉆機為靜態(tài)泥漿護壁鉆進，成孔速度快，鉆進時對泥漿性能要求較高。在制作泥漿時，膨潤土必須足夠充分地水化攪拌，保證漿體均勻一致。為保證膨潤土的充分水化，達到最優(yōu)使用效果，造漿完成靜置24 h之后使用。

2.3 鉆孔控制

根鍵式鉆孔灌注樁施工過程中，最大程度上發(fā)揮根鍵式鉆孔灌注樁的承載效果，關鍵及重難點主要在于高質量控制孔形。如果成孔的孔形出現(xiàn)擴孔或塌孔，會導致根鍵頂推到孔壁土層中長度達不設計應有的長度，甚至頂推的根鍵或將全部或者部分被灌注的混凝土“包裹”，從而導致根鍵的有效作用全部或者部分“失效”。根鍵帶動周邊大范圍土體承擔上部荷載的功能“喪失”。只要根鍵式鉆孔灌注樁的成孔的孔形沒有出現(xiàn)擴孔或塌孔，并且成孔的孔形平順平整，才能確保根鍵式鉆孔灌注樁有可靠的承載力。見圖1。

圖1 鉆孔成孔擴孔、塌孔孔形示意

2.4 根鍵施工

2.4.1 鋼筋籠設計及根鍵布置方式

主筋采用16Ф28鋼筋，加強箍筋采用Ф28鋼筋設在主筋外側，自身搭接部分采用雙面焊。第一道根鍵設置在距樁頂向下2.0 m處，各層每隔0.8、1.9 m設置一道，環(huán)向箍筋采用Ф10鋼筋設在主筋外側。除預留孔位置處外，每0.2 m一道。鋼筋籠根鍵式預留孔尺寸600 mm×750 mm（主筋間距×環(huán)向箍筋豎向間距）。

按梅花形布設根鍵，其截面尺寸為150 mm×150 mm。采用Φ1.6 m長20 m的普通鉆孔灌注樁1根作為試驗樁進行靜載試驗，進行2根同直徑、同樁長的根鍵式鉆孔灌注樁的靜荷載試驗，對結果進行對比分析，采用根鍵長度和布置方式的不同設置2根根鍵式鉆孔灌注樁。選用①根鍵長550 mm，凈間距800 mm，梅花狀布置，第一層根鍵布置在距樁頂向下2.0 m處，每層4個根鍵，共布置16層，共計64個根鍵；②根鍵長550 mm，凈間距1 900 mm，梅花狀布置，第一層根鍵布置在距樁頂向下2.0 m處，共布置8層，每層4個根鍵，共計32個根鍵；兩根樁一共布置108個根鍵。見圖2、圖3。

圖2 Φ1.6樁基根鍵立面布置

圖3 Φ1.6樁基根鍵平面布置

2.4.2 根鍵預制及頂進裝置

根鍵預制場地及存放場地先進行硬化處理，根鍵鋼筋骨架在鋼筋加工廠制作，分類編號、懸掛標識牌后堆放在指定區(qū)域。根鍵混凝土采用細石混凝土，采用振動臺和X30振搗棒與鋼釬配合振搗密實。根鍵拆模后，根鍵采用覆蓋灑水養(yǎng)生7 d，按“先預制先頂堆、后預制后頂堆”的原則堆放并使用，待根鍵強度達到設計及規(guī)范要求后方能使用。

根鍵頂進裝置由反力架、千斤頂、錐壓件組成，與旋挖鉆配合進行預制成型的根鍵頂進施工。頂進裝置的反力架由上頂板、滑臺和四根豎直的連桿聯(lián)接而成。四件滑臺通過圓形的鋼板環(huán)形成一體，在鋼板環(huán)形中間設置十字形的開槽，十字形的槽內用以放置滑塊及根鍵，滑塊卡被限制在滑臺的卡槽內，只能沿著水面方向作徑向移動。錐壓件平面為十字形，豎立面為三角錐形結構。上端與千斤頂相連的錐壓件放置在滑臺的十字形開槽內，在反力架內可軸向移動?；瑝K的斜坡面與錐壓件的斜面相切，當錐壓件受千斤頂?shù)膲毫ο蛳乱苿訒r，錐壓件的三角錐形斜面向下移動，移動的水平距離由小變大，最大的水平運動距離是三角形的水面直角邊。三角錐形斜面向下移動的同時，會對滑塊產生向下及徑向向外的兩分力。作用在根鍵上將其向外頂出的是滑塊徑向向外的分力，向下分力作用在滑臺上。

2.4.3 根鍵頂進裝置與旋挖鉆系統(tǒng)連接

在進行根鍵頂進施工前，拆除旋挖鉆頭，安裝過油體，再將頂進裝置與鉆桿連接。過油體上設置有收放線盤，頂進施工時，過油體置于孔外正上方，鉆桿下放時，過油體同步下放油管，鉆桿提升時，過油體同步收油管，在整個頂進施工過程中，油管保持自然垂直狀態(tài)，防止油管掛住鋼筋籠［3］。頂進裝置與鉆桿連接時，設置有一個連接頭。該連接頭一端與鉆桿銷接，一端與頂進裝置焊接。見圖4。

圖4 旋挖鉆與頂進裝置連接

根鍵頂推裝置安裝連接在旋挖鉆鉆桿上，根鍵頂推時要精確調整鉆桿位置。旋轉鉆機旋轉到孔外，工人將預制根鍵塞入頂推口，鉆機旋轉復位，調整好旋挖鉆機的鉆桿，將調整回轉根鍵對準鋼筋籠上的預留根鍵頂推孔，鉆桿往孔下移動到該層根鍵高度位置。啟動鉆液壓系統(tǒng)頂推根鍵，根鍵頂推完成后，提升鉆桿頂推進裝置提升至孔外，重復安裝根鍵，按上述相同步驟依次自下至上完成所有根鍵頂進。在進行根鍵頂進施工前，調整旋挖鉆鉆桿位置，使頂進裝置位于鋼筋籠中心平面位置，防止頂進裝置下放過程中剮蹭鋼筋籠或同一層根鍵入土深度不一致。下放頂進裝置至孔口，量測4根聲測管至頂進裝置外側的距離，前后左右調整旋挖鉆鉆桿，使其偏差控制在10 mm以內，完成對中。采用人工安裝根鍵至頂進裝置。

在根鍵頂進裝置上加置4塊限位板，在根鍵頂進施工時，精確定位根鍵的平面與豎向位置，保證保證能夠順利頂入鋼筋籠預留孔。在根鍵頂進裝置上加置4塊限位板，利用鋼筋籠根鍵預留孔兩側聲測管作導向進行控制。平面定位時，旋轉鉆桿進行微調，使頂進裝置上的滑槽套入聲測管。

豎向位置定位通過旋挖鉆鉆桿下放深度來控制。鋼筋籠制作成型后，以護筒頂面作為垂直方向的控制點，設置水平標高控制線作為豎向深度零點，通過每層根鍵與護筒頂面的位置關系和水平標高控制線與護筒的位置關系，計算出各層根鍵相對于水平標高控制線的深度。鉆桿自身有測深功能，操作室設置有鉆桿下放深度感應裝置，下放深度在儀表盤上直接顯示鉆桿下放深度，同時鋼筋籠根鍵預留口位置安裝有磁鐵，根鍵頂進裝置上設有磁感應器，裝置下到對應位置后，感應裝置指示燈亮，確定鉆桿下放深度位置準確，從而保證根鍵能夠夠順利頂進。

在根鍵下放至頂進位置后，啟動液壓系統(tǒng)，進行根鍵頂進。當油表壓力讀數(shù)穩(wěn)定后，且油量不再下降，表示根鍵頂進到位。根鍵豎向定位圖見圖5。

圖5 根鍵豎向定位

3 結 語

在傳統(tǒng)樁基施工的基礎上提出一種新的樁基施工方法，該方法通過豎向每隔一定距離環(huán)向打入預制根鍵的形式來增加樁基承載力。施工中采用根鍵頂推裝置將預制根鍵頂推到鉆孔側壁中，待鉆孔灌注樁水下混凝土澆筑完成后，預制根鍵與鉆孔灌注樁側壁組合形成整體，從而有效發(fā)揮根鍵的作用。這對樁基沉降有良好的控制效果，且縮短樁基長度作用明顯，材料節(jié)省，提高施工進度；尤其對于軟土區(qū)域提高樁基承載力有明顯效果，也為類似工程施工提供了一種新的施工方法。