郭文娟

（中交路橋北方工程有限公司,北京 101100）

0 引言

富水砂卵石地質(zhì)的含水量、含砂率較高，土層的承載力、穩(wěn)定性不高，流動(dòng)性較強(qiáng)。傳統(tǒng)鉆孔灌注樁施工技術(shù)成孔困難，有坍塌風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際施工效率較低，施工質(zhì)量無法得到保障，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性也相對較差。在成都平原羊安高架2號特大橋工程項(xiàng)目中，針對富水砂卵石地質(zhì)特點(diǎn)，用旋挖鉆施工技術(shù)施工，該文著重分析該工藝的操作要點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，為同類施工提供指導(dǎo)，達(dá)到提高施工質(zhì)量和效率的目的。

1 項(xiàng)目概況

該文以成都平原羊安高架2號特大橋工程項(xiàng)目為例，針對樁基旋挖鉆成孔工藝的運(yùn)用展開研究和探討。案例工程所處區(qū)域?yàn)楦凰奥咽貙?，河床表面為卵石層，橋梁樁基礎(chǔ)所在土層砂粒含量高達(dá)30%，內(nèi)部孔隙較大，含水量較高，流動(dòng)性強(qiáng)，土層自身承載力、穩(wěn)定性不佳，容易出現(xiàn)沉降、土體位移等情況。傳統(tǒng)插打鋼護(hù)筒效果不佳，易形成暗流，泥漿會(huì)隨著水流從卵石縫隙當(dāng)中流出，出現(xiàn)坍塌情況，無法形成護(hù)壁。經(jīng)過對施工現(xiàn)場實(shí)際情況的研究和探討分析，最終決定采用旋挖鉆施工技術(shù)。

2 旋挖鉆施工技術(shù)

2.1 適用范圍

旋挖鉆適用于砂土、人工回填土，含有卵石、碎石的地層及強(qiáng)度較低的風(fēng)化巖等。在實(shí)際鉆孔過程中結(jié)合不同工程項(xiàng)目需求，選擇濕鉆或干鉆。旋挖鉆的適用范圍廣泛，可結(jié)合實(shí)際需求選擇鉆直孔或鉆斜孔，可選孔徑和樁長范圍較大。旋挖鉆設(shè)備對于空間需求小，無需較大的工作面，對于施工場地要求不高[1]。

2.2 旋挖鉆技術(shù)的主要優(yōu)勢

（1）成孔速度較快，以直徑1.5 m，深度30 m的樁基為例，采用傳統(tǒng)循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工，完成樁基施工需要2～5天左右的時(shí)間，而旋挖鉆技術(shù)僅需8 h左右，在實(shí)際鉆孔的過程中，旋挖鉆設(shè)備的鉆進(jìn)速度高達(dá)每分鐘50 cm，成孔速度更快。

（2）施工精度更高，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，可對成孔垂直程度以及鉆孔情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，有效保障施工精度和質(zhì)量。

（3）環(huán)保性較好，旋挖鉆施工過程中，主要聲音來源于設(shè)備自身的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其他部件所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲較小，不會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響，有著綠色施工特點(diǎn)，適用于居民區(qū)。

（4）成本較低，旋挖鉆施工技術(shù)適應(yīng)能力強(qiáng)，尤其在工期緊張的工程中，經(jīng)濟(jì)效益顯著，成孔單價(jià)約為220元/m3。

（5）清渣徹底，旋挖鉆施工孔內(nèi)沉渣量少，容易清理，使用高壓水進(jìn)行清渣，效果好，施工方便。

3 旋挖鉆工藝在富水砂卵石地層施工中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 樁位測定

樁位定位時(shí)可設(shè)置龍門柱，建立十字測量控制網(wǎng)，樁位中心點(diǎn)位置準(zhǔn)確。保護(hù)控制點(diǎn)，降低外界影響，預(yù)防樁位點(diǎn)偏移。做好放樣標(biāo)高復(fù)核工作，保障樁點(diǎn)準(zhǔn)確，控制在誤差范圍內(nèi)。

3.2 鉆機(jī)就位

在安置鉆機(jī)前，對確定好的樁位進(jìn)行復(fù)核，并檢查鉆孔機(jī)性能狀態(tài)，水平、穩(wěn)固安置鉆機(jī)，鉆機(jī)導(dǎo)桿、回旋盤與護(hù)筒中心線處于同一水平線，控制鉆頭中心與樁位中心偏差小于10 mm。

3.3 護(hù)筒施工

護(hù)筒的主要功能為固定樁位、控制鉆頭方向、隔離地表水等，是旋挖鉆施工中的重要流程。樁徑應(yīng)比護(hù)筒直徑小20 cm，以免鉆頭鉆孔對護(hù)筒造成不良影響。護(hù)筒埋設(shè)之后，護(hù)筒頂超過地面至少30 cm或水面1～2 m。護(hù)筒定位應(yīng)高于樁孔內(nèi)承壓水位至少2.0 m，底腳緊密，不漏水。案例工程中，選用直徑2.2 m，壁厚17 mm，長度11 m的護(hù)筒，避開易坍塌的松散卵石層。

護(hù)筒埋設(shè)中心與樁位中心偏差在5 cm內(nèi)[2]。護(hù)筒定位后，測量護(hù)筒各位置與垂線的距離，復(fù)核護(hù)筒的豎直情況，斜度在1%以下。

鋼護(hù)筒施工簡圖如圖1所示。

圖1 鋼護(hù)筒施工簡圖（單位：mm）

3.4 泥漿制備

富水砂卵石地層易坍孔，存在孔內(nèi)水位驟降、鉆機(jī)負(fù)荷提升等情況。控制泥漿質(zhì)量能夠有效降低坍孔概率。泥漿比重小，會(huì)引起坍孔；比重大，泥皮較厚，影響鉆進(jìn)速度，增加后續(xù)清孔的難度。結(jié)合案例項(xiàng)目富水砂卵石地質(zhì)特點(diǎn)，泥漿制備施工要點(diǎn)包括以下三個(gè)方面。

（1）泥漿制備材料選擇。為保障護(hù)壁效果，選擇優(yōu)質(zhì)、不分散、低固相、黏度較高的膨潤土作為泥漿制備材料，膨潤土泥漿自身密度較小，泥皮較薄，有著較強(qiáng)的黏度和固壁能力，相較于傳統(tǒng)黏土泥漿，膨潤土泥漿的造漿率高、回轉(zhuǎn)阻力小、穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠有效保障護(hù)壁效果，提升鉆進(jìn)效率，是泥漿制備的良好材料。

（2）膨潤土用量確定。為保障泥漿制備質(zhì)量，提前一天配置泥漿，保障膨潤土溶解充分。膨潤土用量計(jì)算公式為：

式中，m——每立方米泥漿的膨潤土用量（kg/m3）；ρ1——膨潤土的密度（kg/m3）；ρ2——所需泥漿的密度（kg/m3）；ρ3——水的密度（kg/m3）。

（3）泥漿性能試驗(yàn)。不同土層的特點(diǎn)存在差異，對于泥漿的性能要求也不同，為保障泥漿護(hù)壁效果以及成孔質(zhì)量，對泥漿的性能進(jìn)行試驗(yàn)。對于黏土層而言，要求泥漿密度在1.02～1.10 g/cm3，黏度要求為18～22 Pa·s；對于穩(wěn)定性較差，易坍塌的砂層，適當(dāng)提高泥漿濃度，或采取添加纖維素等其他措施，可通過現(xiàn)場調(diào)配制備泥漿的膨潤土、燒堿及纖維素，將泥漿濃度控制在1.05～1.10之間，保證孔壁穩(wěn)定性，強(qiáng)化護(hù)壁效果，此時(shí)泥漿黏度為20～24 Pa·s，呈弱堿性。

3.5 成孔施工

（1）對鉆頭設(shè)備進(jìn)行檢查，鉆頭安裝牢固，直徑符合鉆孔要求，并保障鉆機(jī)平穩(wěn)、牢固。對樁位進(jìn)行復(fù)核，保障鉆頭對準(zhǔn)樁孔中心位置之后，方可進(jìn)行鉆進(jìn)施工。

（2）鉆桿垂直度控制，保障成孔傾斜度。

（3）加強(qiáng)孔內(nèi)水頭高度的監(jiān)測，護(hù)筒頂部與地下水位差為2 m，保障孔壁穩(wěn)固。水位過低，容易出現(xiàn)塌孔情況；水位過高，會(huì)影響鉆進(jìn)效率。

（4）加強(qiáng)土層變化的觀測，結(jié)合實(shí)際情況，合理調(diào)整鉆進(jìn)速度，尤其是在砂層進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，土層流動(dòng)性較強(qiáng)、強(qiáng)度較低，鉆進(jìn)速度過快，十分容易造成塌孔。其中黏土層、砂層的鉆進(jìn)速度分別控制在5 m/h和3 m/h以下，并在進(jìn)入砂層時(shí)，為保障孔壁穩(wěn)定，避免坍孔，還應(yīng)增加泥漿比重和黏度。

（5）在鉆進(jìn)距離不足1 m時(shí)，降低鉆機(jī)功率，避免功率過大鉆機(jī)擺動(dòng)幅度過大。當(dāng)鉆進(jìn)距離超過1 m之后，對鉆機(jī)狀態(tài)進(jìn)行觀察，鉆機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，可逐漸加大鉆機(jī)功率[3]。

3.6 清孔

清孔前進(jìn)行承壓試驗(yàn)，在試驗(yàn)合格之后，進(jìn)行清孔。清孔時(shí)加強(qiáng)對于以下技術(shù)要點(diǎn)的重視。

（1）清孔時(shí)孔內(nèi)水頭高度以及泥漿指標(biāo)符合相關(guān)要求，防止出現(xiàn)塌孔情況。

（2）先對孔內(nèi)泥漿指標(biāo)以及沉渣厚度進(jìn)行檢查，二者達(dá)標(biāo)后，進(jìn)行混凝土灌注施工，泥漿厚度不符合施工要求時(shí)，進(jìn)行二次清孔。

（3）清孔后泥漿密度控制在1.03～1.1 g/cm3之間，黏度控制在17～20 Pa·s之間，含砂率小于2%，膠體率大于98%。

3.7 下放鋼筋籠

在該工程中，鋼筋籠采用現(xiàn)場制作方式，按照設(shè)計(jì)要求制作成型后，將其下放到鉆孔當(dāng)中。在鋼筋籠下放的過程中，注意以下操作要點(diǎn)。

（1）鋼筋籠下放過程中，嚴(yán)禁強(qiáng)行塞入，以免對孔壁造成破壞。

（2）嚴(yán)格控制鋼筋籠下放垂直度，偏差控制在小于5%。

（3）主筋位置焊接倒刺，以此保障鋼筋籠位置穩(wěn)定，避免澆筑時(shí)上浮。

3.8 混凝土灌注

（1）樁基混凝土灌注屬于水下灌注，保持灌注的連續(xù)性，強(qiáng)化灌注時(shí)間控制。

（2）水下灌注對于混凝土的和易性和流動(dòng)性有著較高的要求，對此嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求，將坍落度控制在180～220 mm之間，在施工前進(jìn)行坍落度檢測[4]。

（3）混凝土灌注前，導(dǎo)管底部與孔底相距40 cm左右，在完成首批混凝土的灌注后，檢測導(dǎo)管內(nèi)部混凝土液面高度。

（4）混凝土連續(xù)灌注，導(dǎo)管埋深在2～6 m之間。

（5）強(qiáng)化混凝土灌注速度控制，灌注速度會(huì)對鋼筋籠狀態(tài)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致鋼筋籠上浮。

（6）灌注高度達(dá)標(biāo)高時(shí)，為保障樁頂混凝土質(zhì)量，超灌50～100 cm。

（7）在混凝土灌注施工過程中，為保障首次灌注的連續(xù)性和質(zhì)量，計(jì)算首盤混凝土數(shù)量，計(jì)算公式為：

式中，V——首批混凝土量；D——樁徑（m）；H1——樁孔底部至導(dǎo)管底端之間的距離（m）；H2——導(dǎo)管埋置深度（m）；d——導(dǎo)管內(nèi)徑（m）；h1——樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外壓力所的高度（m）。導(dǎo)管埋深情況如圖2所示。

圖2 導(dǎo)管埋深示意圖

4 樁基旋挖鉆施工中的問題及處理對策

4.1 孔身傾斜及處理對策

孔身傾斜是旋挖鉆施工過程中的常見問題，引發(fā)原因包括：鉆孔時(shí)，遇到較大的孤石、探頭石，存在傾斜的軟硬地層交界處等；擴(kuò)孔較大位置，鉆頭擺動(dòng)偏向某個(gè)方向，鉆機(jī)底座出現(xiàn)不均勻沉降、位移情況等。

對此，在實(shí)際施工的過程中，加強(qiáng)對于鉆機(jī)設(shè)備的管理，底座水平、穩(wěn)固，做好前期準(zhǔn)備工作。做好施工過程中的監(jiān)測和校正工作，根據(jù)鉆挖鉆機(jī)顯示器以及檢孔器，時(shí)刻監(jiān)測桅桿工作狀態(tài)，并根據(jù)桅桿的位置，及時(shí)校正，使桅桿能夠順利到達(dá)指定位置。使用檢孔器監(jiān)控孔內(nèi)情況，控制孔身偏斜情況。加強(qiáng)對于孔身偏斜原因的分析，在偏斜位置，高吊鉆錐，多次掃孔，確?？咨碡Q直。

4.2 坍孔及處理對策

在實(shí)際施工過程中，從適用范圍、適用特點(diǎn)、工藝流程、操作要點(diǎn)出發(fā)，輔助現(xiàn)場旋挖鉆鉆孔灌注樁施工，保證施工達(dá)到設(shè)計(jì)方案的要求和結(jié)構(gòu)整體的安全，以此形成完整的砂卵石地層旋挖鉆施工工藝流程和旋挖鉆施工的防坍塌措施。在案例工程中，坍孔現(xiàn)象的具體表現(xiàn)為：水位驟降，孔口冒水泡，鉆機(jī)負(fù)荷增加等。引發(fā)孔身坍塌的原因有：孔內(nèi)水位與地下水位差較大，無法保障靜水壓力；鉆孔時(shí)機(jī)械振動(dòng)較強(qiáng)，導(dǎo)致坍孔等。

結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，加強(qiáng)對于坍孔風(fēng)險(xiǎn)的分析，采取預(yù)防措施，強(qiáng)化施工過程的管理和控制，例如，在施工過程中，隨著鉆進(jìn)深度的不斷增加，現(xiàn)場工作人員做好泥漿供應(yīng)工作，并根據(jù)不同地層合理調(diào)整孔內(nèi)泥漿稠度，水頭壓力符合施工要求，預(yù)防坍孔。及時(shí)分析坍孔原因，采取有效措施。靜水壓力不足引起坍孔，加大水頭；周圍設(shè)備振動(dòng)導(dǎo)致坍孔，移開四周重物；坍孔情況并不嚴(yán)重，進(jìn)行有效回填即可；坍孔嚴(yán)重時(shí)，以小礫石夾黏土回填。

4.3 孔徑擴(kuò)大及其處理對策

旋挖鉆施工中，造成孔徑擴(kuò)大的原因有：泥漿質(zhì)量差、泥漿黏稠度大等，影響護(hù)壁效果，出現(xiàn)坍孔，在地下水位高于孔內(nèi)泥漿高度時(shí)，會(huì)滲水，使地層出現(xiàn)大范圍坍塌，孔徑持續(xù)擴(kuò)大；施工操作問題，案例工程地層原因，鉆感差，鉆頭壓入并進(jìn)入地層的過程中，出現(xiàn)泥包鉆頭情況的概率大，提升鉆頭時(shí)，激發(fā)活塞效應(yīng)，鉆頭泥土被吸入下部，孔壁周圍泥土逐漸進(jìn)入下方，孔徑不斷擴(kuò)大。

針對孔徑擴(kuò)大問題，應(yīng)著重從以下兩方面進(jìn)行預(yù)防和控制。一方面，嚴(yán)格控制泥漿質(zhì)量，保障泥漿黏稠度，要求孔內(nèi)泥漿高度高于地下水；另一方面，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，以防泥包鉆頭情況，在鉆進(jìn)施工過程中，詳細(xì)記錄下鉆深度，以免鉆頭對地層產(chǎn)生較大壓力。

5 結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)過對羊安高架2號特大橋工程項(xiàng)目的分析，決定采用成孔較快、適能力強(qiáng)，具有一定環(huán)保性的旋挖鉆工藝展開樁基施工。該工藝在富水砂卵石地層施工中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括樁位測定、鉆機(jī)就位、護(hù)筒施工、泥漿制備、成孔施工、清孔、放籠以及混凝土灌注，每個(gè)施工環(huán)節(jié)對于成樁質(zhì)量效果都有著直接影響。在施工過程中，嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)措施和標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行操作。由于富水砂卵石地層特點(diǎn)，在進(jìn)行旋挖鉆施工過程中，還可能會(huì)出現(xiàn)孔徑擴(kuò)大以及堵管等問題，需結(jié)合實(shí)際情況采取有效處理對策，以保障旋挖鉆工藝應(yīng)用效果。相信隨著對樁基旋挖鉆施工技術(shù)的深入研究和實(shí)踐應(yīng)用，富水砂卵石地層樁基施工質(zhì)量效果將會(huì)得到進(jìn)一步提升。