張佳

（中鐵十五局集團(tuán)第四工程有限公司，河南鄭州450000）

0 引言

為提高跨河道橋梁工程施工效率和成樁質(zhì)量，可采用旋挖鉆施工技術(shù)，其間需科學(xué)選擇鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭，合理配制泥漿材料，這樣才可以順利穿越卵石土地層，提高鉆孔效率。在河南省新鄭市郊跨河道西關(guān)橋工程中，采用旋挖鉆鉆孔施工方式穿越卵石土層，大大提高了鉆孔效率，且成樁質(zhì)量好，環(huán)境污染小，該工程得到業(yè)主肯定。

1 工程及地層條件

新鄭市西關(guān)橋是市郊跨越河道的一座重要橋梁，處于承東啟西重要交通節(jié)點(diǎn)，河道寬度約120m。因建設(shè)年代久遠(yuǎn)，該橋梁已不能滿足防洪和城市發(fā)展需要，需在原址實(shí)施新建橋梁工程。樁基為摩擦樁，采用鉆孔灌注樁施工技術(shù)，最大樁徑1.8m，樁長60m。

橋梁場地處于第四紀(jì)晚更新世沖積形成地層，主要為粉細(xì)砂、粉土、粉質(zhì)黏土層，中間夾有一定厚度的卵石土地層，且粒徑較大，卵石最大粒徑達(dá)15cm。由于受河道地下水的不斷滲透，卵石土地層比較松軟，鉆進(jìn)施工過程中沖擊荷載過大，容易導(dǎo)致卵石土層塌方，這為樁基成孔帶來了很大難度。

2 鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭選擇

2.1 鉆機(jī)

根據(jù)西關(guān)橋所處位置的地質(zhì)條件，可以選用沖擊鉆和旋挖鉆。因該橋處于承東啟西的重要交通節(jié)點(diǎn)，故政府高度重視，對環(huán)保要求較高，工期緊，任務(wù)重。為盡早打通交通咽喉西關(guān)橋，滿足業(yè)主要求，需選擇設(shè)備性能先進(jìn)、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、鉆進(jìn)效率高、成樁質(zhì)量好、環(huán)境污染小的鉆孔設(shè)備。

旋挖鉆機(jī)雖受地層地質(zhì)情況的制約較大，面對硬巖層，較致密的卵礫石、孤石層，鉆孔施工比較困難，但可以針對硬巖層、粒徑超過100mm的卵石層、直徑大于200mm的漂石地層，配備筒式取芯鉆頭、沖抓錐鉆頭及螺旋鉆頭，克服施工困難。

2.2 鉆桿

根據(jù)不同的鉆進(jìn)加壓方式，鉆桿分為兩種類型，即摩擦加壓式鉆桿和機(jī)鎖加壓式鉆桿。

摩擦加壓式鉆桿一般用于較軟地層的鉆孔施工，這類鉆桿可鉆進(jìn)淤泥層、泥土、（泥）砂層、卵（漂）石層；機(jī)鎖加壓式鉆桿可鉆進(jìn)淤泥層、泥土、（泥）砂層、卵（漂）石層和強(qiáng)風(fēng)化巖層。

2.3 鉆頭

常見的鉆頭有旋挖斗筒式取芯鉆頭、螺旋鉆頭、沖擊鉆頭、擴(kuò)底鉆頭、沖抓錐鉆頭等。接下來主要介紹適用于該項(xiàng)目的旋挖斗筒式取芯鉆頭和螺旋鉆頭。

2.3.1 旋挖鉆斗

按開門數(shù)量旋挖鉆斗可分為雙開門斗和單開門斗。雙門鉆斗適用地層范圍較大，單門鉆斗只適用于大直徑的卵石及硬膠泥。

2.3.2 螺旋鉆頭

直螺旋鉆頭：雙頭雙螺，適用于砂土，膠結(jié)差的小直徑礫石層；雙頭單螺，適用于砂土層；單頭單螺，適用于膠結(jié)差的大直徑卵石，黏性土及硬膠泥。

錐形：雙頭雙螺，適用于堅(jiān)硬基巖；雙頭單螺,適用于風(fēng)化基巖、卵石含冰凍土等。

2.4 選擇

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇使用三一重工生產(chǎn)的SYR-200型旋挖鉆機(jī)，動(dòng)力頭最大扭矩200kN·m，轉(zhuǎn)速8～27r/min，不帶鉆桿時(shí)整機(jī)重量60t，最大鉆孔深度65m，最大鉆孔直徑2m。采用機(jī)鎖式鉆桿，同時(shí)由于該地層較為致密，且卵石粒徑較大，采用雙門平底單層底鉆斗、單門平底雙底板旋挖鉆斗和短螺旋鉆斗配合使用。

3 鉆孔灌注樁施工技術(shù)分析

3.1 護(hù)筒埋設(shè)、鉆機(jī)就位

護(hù)筒能對樁位進(jìn)行固定，可對鉆頭進(jìn)行引導(dǎo)，同時(shí)能夠引導(dǎo)地面水體進(jìn)入孔內(nèi)部，防止孔內(nèi)部水位超出標(biāo)準(zhǔn)范疇，從而避免孔壁發(fā)生坍塌等問題，可保證成孔質(zhì)量。要確保護(hù)筒具有較強(qiáng)的剛度，且護(hù)筒的內(nèi)徑要超過樁徑200～400mm。埋設(shè)護(hù)筒時(shí)要將接頭位置密封好，以免發(fā)生漏水問題，埋設(shè)深度要控制在2～4m，豎向傾斜度≤1%，以保證護(hù)筒中心線和樁中心重合。埋設(shè)后要用黏土對護(hù)筒周邊進(jìn)行回填，并設(shè)置好坡度，防止護(hù)筒受到水的浸泡[1]。

鉆機(jī)就位時(shí)底架要足夠水平且穩(wěn)定，避免發(fā)生位移及沉陷等問題，以確保鉆桿的豎直性，鉆頭中心和孔中心偏差需≤2cm。鉆機(jī)就位后要對其實(shí)施試轉(zhuǎn)，確保其可正常使用才能進(jìn)行鉆進(jìn)。

3.2 泥漿制備

制漿時(shí)要利用鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)優(yōu)質(zhì)黏土，并按照鉆進(jìn)區(qū)域具體地質(zhì)情況調(diào)整泥漿比重。同時(shí)，在鉆進(jìn)過程中要對多次循環(huán)使用的泥漿關(guān)鍵指標(biāo)（比重、黏度、含砂率、膠體率等）進(jìn)行定期檢查，并對其進(jìn)行完整記錄。此外，應(yīng)定期打撈泥漿池內(nèi)沉渣，并將其運(yùn)輸?shù)街付▍^(qū)域進(jìn)行堆放。

3.3 鉆孔及垂直度控制

采用智能化旋挖鉆機(jī)，鉆機(jī)上有車載電腦系統(tǒng)，可以自動(dòng)顯示和調(diào)節(jié)旋挖鉆機(jī)的鉆孔深度、垂直度。為保證鉆孔施工的質(zhì)量和效率，鉆孔施工前要充分考量施工區(qū)域?qū)嶋H的地質(zhì)情況，進(jìn)而確定最合適的鉆孔施工方式，施工過程中要將鉆孔機(jī)固定到灌注樁一端。如果鉆孔過程遭遇大阻力影響，需要將黏土表層墊平后進(jìn)行鉆孔。鉆孔時(shí)要對整個(gè)過程進(jìn)行完整的觀察、記錄，確定好土層變化情況。為保證鉆孔灌注樁施工質(zhì)量，一定要嚴(yán)格控制鉆孔施工流程[2]。

為了保證鉆孔垂直度達(dá)到要求，鉆孔時(shí)一定要保證鉆機(jī)的穩(wěn)定性，盡量確保按照垂直90°的方向施工。在鉆孔時(shí)還要定期利用測量鋼絲對鉆孔深度、角度等指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，從而確保鉆孔垂直度滿足標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，鉆孔時(shí)要明確泥漿位置并及時(shí)灌漿，從而確保表層平穩(wěn)。

可根據(jù)地層情況為旋挖鉆機(jī)配置不同的鉆頭，在黏性土層可使用長鉆筒，以加快鉆進(jìn)速度；在砂卵石含量較大的地層，可使用短鉆筒，輔以泥漿護(hù)壁，控制鉆速；在含孤石、漂石及較硬巖石的地層可換用長、短螺旋鉆頭進(jìn)行處理，土壤松動(dòng)后再換上鉆筒繼續(xù)鉆進(jìn)。此外，要注意提高泥漿濃度，除采用膨脹土泥漿外，還應(yīng)儲備一定量的黃泥，必要時(shí)將之加入泥漿內(nèi)，以提高泥漿黏度，增大泥漿池體積，增加泥漿儲備。

3.4 清孔、檢孔、成孔驗(yàn)收

清孔：實(shí)際施工時(shí)灌注樁的質(zhì)量常常會受到承載力、孔底地基、沉渣等方面因素的影響，所以完成鉆孔之后需要對孔底進(jìn)行清理。清孔過程中，因泥漿流動(dòng)會產(chǎn)生一定的沖擊力，故可以充分借助此沖擊力攪動(dòng)孔內(nèi)底部沉渣，使其形成懸浮狀，此種情況下，向孔內(nèi)注入泥漿就能利用其吸附性能將沉渣清除到孔外。由于清孔的最終效果對鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量有非常大的影響，因此要嚴(yán)控泥漿的性能。可以結(jié)合具體的施工情況進(jìn)行泥漿制備，一般情況下，泥漿的黏度測定17～20min為宜，泥漿的含砂量≤6%，泥漿的膠體率≥90%。

檢孔：要利用籠式檢孔器[外徑≥設(shè)計(jì)樁徑、長度=（4m～6m）外徑]檢查孔徑、孔深、孔垂直度等指標(biāo)，檢孔時(shí)要將測繩零點(diǎn)系在檢孔器頂部，同時(shí)確?！叭行摹保z孔器中心、孔中心和吊鋼絲繩中心）一致，緩慢地將檢孔器下放到孔中，通過“測繩刻度+檢孔器長度”來判定下放位置。若是檢孔器可以順利到達(dá)孔底，說明成孔質(zhì)量合格，若是此過程中發(fā)生阻礙則表明存在縮徑或者孔偏斜的問題，需要重新下鉆頭進(jìn)行處理[3]。利用檢孔器對鉆孔傾斜度進(jìn)行檢測時(shí)，在孔頂將檢孔器對準(zhǔn)護(hù)筒中心下放之后，要在護(hù)筒頂部觀察吊繩相對豎直垂線的偏移情況，以此計(jì)算成孔之后發(fā)傾斜度。

將檢孔器下放到設(shè)定位置后，在吊點(diǎn)位置系上垂球，之后利用毫米尺在吊繩上標(biāo)定出距離垂球系點(diǎn)1m左右的位置，垂球靜止之后，利用毫米尺對垂球吊繩到檢孔器吊繩距離（E）進(jìn)行測量。另外，可以利用公式（i=E×100%/1000）對檢孔器位置樁孔傾斜度進(jìn)行計(jì)算，檢驗(yàn)成孔是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 鋼筋籠制作及吊裝

鋼筋下料之前要對其端部進(jìn)行檢查，確認(rèn)其是否存在彎曲的情況，若存在彎曲，需要在下料時(shí)利用砂輪機(jī)進(jìn)行切平處理，不能以熱加工或氣割方式進(jìn)行處理[4]。對鋼筋進(jìn)行處理之后，要通過專用鋼筋絲頭保護(hù)帽或者連接套筒對其加以保護(hù)，避免螺紋受到損壞，同時(shí)防止絲頭表層發(fā)生銹蝕或破損。一般要按照如下流程對絲頭進(jìn)行加工處理：對鋼筋端部進(jìn)行切平處理—螺紋加工—檢查絲頭情況—對其進(jìn)行保護(hù)及存儲。

利用定型鋼筋籠加工設(shè)備制作樁鋼筋籠骨架，此環(huán)節(jié)要根據(jù)工程的具體情況分段制作，保證接頭位置錯(cuò)開布置，同時(shí)需保證同一截面上主筋接頭數(shù)量不超過50%。為確保鋼筋籠安裝的準(zhǔn)確性，要在其外部對應(yīng)加強(qiáng)筋周圍設(shè)置定位鋼筋，在設(shè)置有螺旋筋的區(qū)域，每一根加強(qiáng)筋周圍設(shè)置4根定位鋼筋，非螺旋筋區(qū)域，每一根加強(qiáng)筋周圍設(shè)置3根定位鋼筋，保證樁基鋼筋籠保護(hù)層厚度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

利用吊車（二點(diǎn)起吊方式）對鋼筋籠進(jìn)行吊裝，將首吊點(diǎn)設(shè)置在鋼筋籠頂端加勁箍位置，次吊點(diǎn)設(shè)置在骨架長度的中間偏下位置。起吊過程中，先對首吊點(diǎn)進(jìn)行起吊，骨架有所提升之后進(jìn)行次吊點(diǎn)起吊。確保整個(gè)骨架全部懸空到一定高度后才可以停止次吊點(diǎn)起吊，同時(shí)持續(xù)保持首吊點(diǎn)的提升，提升到合適高度之后將次吊點(diǎn)放松，確保骨架和地面呈90°角后暫停起吊。接下來，通過人工的方式將鋼筋籠扶正、對準(zhǔn)孔位，而后逐步將之放入孔內(nèi)，并解除次吊點(diǎn)。其間若遇到阻礙要及時(shí)調(diào)整起吊位置、高度等，以免骨架與孔壁碰撞引發(fā)塌孔等事故。將骨架下放到鋼筋籠頂端加勁箍區(qū)域后，將型鋼穿過加勁箍的下端，確保骨架可以牢固支撐在孔口臨時(shí)平臺區(qū)域，之后利用同樣的方式進(jìn)行第二節(jié)鋼筋籠吊裝，保證其與首節(jié)鋼筋籠軸線對準(zhǔn)后，進(jìn)行鋼筋接頭連接。同時(shí)要順著軸圍相隔120°設(shè)置D57×1.8的鋼管作為聲測管，利用管卡將各個(gè)接頭連接好，保證連接位置的光滑性，并且要確保套管上下端和聲測管連接緊密。另外，為避免發(fā)生滲水情況，需要在上端加上蓋子，并將聲測管和通長主筋綁扎在一起，以保證聲測管的穩(wěn)定性。

在對骨架進(jìn)行定位時(shí)一定要通過測定孔口標(biāo)高計(jì)算吊筋的長度，對其進(jìn)行多次核準(zhǔn)之后進(jìn)行焊接定位，同時(shí)要將兩個(gè)工字鋼插入定位筋的頂?shù)跞χ畠?nèi)，并將工字鋼設(shè)置在孔口位置的墊木之上。在鋼筋籠下放過程中，為了防止出現(xiàn)塌孔等問題，需要對孔內(nèi)水位變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，發(fā)生異常時(shí)要馬上暫停下放。鋼筋籠入孔之后要牢固定位，確保鋼筋籠底部處于懸吊狀態(tài)，進(jìn)行水下混凝土灌注，避免混凝土灌注時(shí)發(fā)生鋼筋籠下落或被混凝土頂托上升的情況。

3.6 水下混凝土灌注

混凝土灌注施工是十分重要的環(huán)節(jié)，其間需要做好施工記錄。采用φ300鋼管作為導(dǎo)管，根據(jù)不同的部位設(shè)置不同的長度，其中底部導(dǎo)管長4m，中間每節(jié)長2～3m。正式應(yīng)用前要對導(dǎo)管進(jìn)行必要的試驗(yàn)（水密試驗(yàn)、承壓試驗(yàn)、接頭抗拉試驗(yàn)等）。要對每一節(jié)導(dǎo)管都進(jìn)行仔細(xì)檢查，包括是否存在孔洞、導(dǎo)管密封圈是否完好等。在適宜的場地對導(dǎo)管進(jìn)行平整對接，并按照順序?qū)Ω鞴苓M(jìn)行編號。

混凝土灌注之前，要計(jì)算好漏斗的容量，即混凝土的儲存量，保證首次混凝土灌注后，導(dǎo)管埋入混凝土的深度不小于1m。灌注混凝土?xí)r，導(dǎo)管下端距孔底30～40cm。之后要核對鋼筋籠標(biāo)高，同時(shí)要明確孔壁是否存在坍塌問題，也要確定好孔深、孔底尺寸等指標(biāo)，若是不滿足標(biāo)準(zhǔn)要及時(shí)進(jìn)行處理，確保其符合要求后才可進(jìn)行灌注。

將混凝土拌和物運(yùn)輸?shù)绞┕^(qū)域后，要對其均勻性、坍落度指標(biāo)進(jìn)行檢查，若不滿足標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)禁使用。開始灌注后要確保灌注過程勻速、連續(xù)，避免發(fā)生泥漿沉淀及塌孔等情況。灌注時(shí)要將導(dǎo)管埋設(shè)深度控制在2～6m，灌注過程中需要關(guān)注孔內(nèi)混凝土面的高度，一般根據(jù)混凝土灌注量進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)按照計(jì)算數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深，埋管深度超過6m就要進(jìn)行提管，從而確保導(dǎo)管埋深和導(dǎo)管內(nèi)混凝土下落深度相匹配。在導(dǎo)管拆除過程中，要利用吊車緩慢提升漏斗及導(dǎo)管，待其達(dá)到適宜位置，通過卡環(huán)卡住不拆除導(dǎo)管的接頭位置，用扳手?jǐn)Q松接頭，拆除導(dǎo)管后，重新擰緊，并墊好密封墊，確保導(dǎo)管接頭處無滲漏水現(xiàn)象。

為避免鋼筋籠受到混凝土作用而上浮，混凝土灌注面距離鋼筋籠底1m左右時(shí)就要嚴(yán)控混凝土灌注速度，為保證混凝土灌注順利開展，混凝土灌注面升高到骨架底口4m以上時(shí)，要及時(shí)提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管底口高于骨架底部2m以上，之后可按正常速度進(jìn)行混凝土灌注。若是灌注速度過快，會造成漏水現(xiàn)象，灌注速度過慢則會導(dǎo)致導(dǎo)管埋入過深，容易因提管困難而引發(fā)斷樁問題。要確保灌注樁的樁頂高出設(shè)計(jì)標(biāo)高1m，這樣便于清除樁頭浮漿，進(jìn)而保證鉆孔樁質(zhì)量。

混凝土灌注快完成時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)部混凝土高度下降、壓力減小，但導(dǎo)管外部的泥漿密度較大，容易出現(xiàn)混凝土頂升阻礙。此時(shí)可以緩慢上下提動(dòng)導(dǎo)管，從而保證混凝土灌注的通暢性。為避免樁頂泥漿進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)部形成泥心，在拔出最后一段長導(dǎo)管時(shí)，要放慢拔管速度。

4 結(jié)語

旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)能有效克服卵石土地層的鉆進(jìn)困難問題，以新鄭市郊跨越河道橋梁工程為例，闡述了該施工技術(shù)的大體流程和施工關(guān)鍵點(diǎn)，以期為同類工程提供一定的參考，同時(shí)促進(jìn)我國橋梁工程質(zhì)量不斷提高。