顧 卿

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

旋挖鉆孔灌注樁簡稱旋挖樁。其作為一種重要的樁基施工方法，因具有施工技術(shù)成熟、易于控制、造價(jià)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用，并取得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。旋挖鉆孔雖然施工過程不復(fù)雜，但要達(dá)到預(yù)期效果，必須嚴(yán)格管控施工的每一關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。某橋梁項(xiàng)目樁基施工現(xiàn)場地質(zhì)為花崗巖孤石群地層，采用常規(guī)施工方法，會(huì)導(dǎo)致施工速度慢、施工效率低、易出現(xiàn)偏孔、孔傾等質(zhì)量難點(diǎn)[2-3]。結(jié)合工程實(shí)踐，該文從可靠性、施工便利性、施工進(jìn)度等幾個(gè)方面，確定了采用大直徑旋挖鉆孔成孔的施工方案，成功地解決了球形花崗巖孤石群樁基礎(chǔ)鉆孔難題。

1 工程概況

某公路大橋工程樁基為混凝土灌注樁，總計(jì)34根，采用中度—微風(fēng)化花崗巖作為持力層的端承樁。樁直徑分別為0.80 m，1.0 m，1.20 m，1.50 m，樁身設(shè)計(jì)長為36.0～37.0 m。根據(jù)前期的地質(zhì)資料，在樁位附近的孤石占33%以上，基巖的強(qiáng)度在5.40～154.0 MPa之間。通過鉆探揭示，按成因類型、物質(zhì)成分由上往下劃分，可將現(xiàn)場巖土層劃分為人工充填上部、第四系沉積層、第四系殘積層以及燕山期輝綠巖。以下是各地質(zhì)層的具體資料：

（1）人工填充層（Qml）：黃褐～紅色，疏松，由粉質(zhì)黏附、砂質(zhì)黏性土近期堆積，均勻度中等，部分含有碎石、塊石。

（2）第四系沉積物（Qal）：粉質(zhì)淤泥，灰黑色、流塑、有機(jī)質(zhì)含量高、干強(qiáng)度低、初性低。

（3）第四系殘積層：砂性土，淺黃、淺紅、原巖在原位風(fēng)化作用下形成，原巖構(gòu)造已經(jīng)徹底損壞，在水中容易軟化、崩解，干強(qiáng)度和初性中等[4]。

（4）燕山期花崗巖（r）：黃褐色，巖心為硬土型，原巖結(jié)構(gòu)基本被破壞，含大量的未風(fēng)化石英微粒；巖石在水中容易軟化、崩解，是一種非常軟弱的巖體，巖體破壞程度很高，其基本質(zhì)量等級(jí)是Ⅴ級(jí)。

（5）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：青灰色、淺黃色，巖體風(fēng)化作用強(qiáng)烈，裂縫發(fā)育，巖心為半土狀半巖，上夾碎塊狀碎石，屬超軟巖，巖體破裂，巖體基本質(zhì)量為Ⅴ級(jí)[5]。

（6）中風(fēng)化花崗巖：青灰色，裂縫發(fā)育，巖心為餅形、短柱；節(jié)理面上有次生礦物，屬于軟巖，巖體破碎，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為W。

（7）微風(fēng)化花崗巖：青灰色，只有少量的風(fēng)化裂縫，巖體為短柱狀、柱狀，節(jié)長20～50 cm，錘擊脆響，巖體完整，巖石基本質(zhì)量是Ⅱ級(jí)。

（8）燕山輝綠巖：一種強(qiáng)烈的風(fēng)化輝綠巖，灰黑色，巖心破碎，軟巖短柱，巖體已破裂，基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ。

2 項(xiàng)目施工難點(diǎn)

該項(xiàng)目區(qū)域中的孤石占很大比重，大部分是由花崗巖組成的硬質(zhì)孤石，分布不均勻，大小不一，沒有規(guī)律。施工場區(qū)的球形花崗巖孤石具有高強(qiáng)度、高耐磨特性，容易對(duì)施工設(shè)備造成嚴(yán)重磨損，難以進(jìn)行鉆進(jìn)。

項(xiàng)目場區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候地區(qū)，具有明顯的海洋性氣候特點(diǎn)，并具有豐富的降雨資源。該項(xiàng)目的總工期為120 d，由于正值雨季，所以工期十分緊迫。

3 花崗巖地質(zhì)旋挖樁施工技術(shù)要點(diǎn)

該工程采用混凝土灌注樁，共計(jì)樁基344根，采用中度—微風(fēng)化花崗巖作為持力層的端承樁結(jié)構(gòu)，樁直徑按順序?yàn)?.80 m、1.0 m、1.20 m、1.50 m，每根樁長度介于36.0～37.0 m之間。

3.1 施工組合工藝原理

傳統(tǒng)的沖孔樁機(jī)在處理孤石障礙、進(jìn)入樁端持力層的環(huán)節(jié)，往往在與巖體接觸的過程中產(chǎn)生抖動(dòng)，通常需要施作6～10 d的時(shí)間，不僅進(jìn)度慢、造價(jià)高、成孔質(zhì)量難保證，而且容易出現(xiàn)塌孔等問題[6]。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，在遇到球形花崗巖孤石和斜面硬基巖的情況下，采用單一的成孔技術(shù)難以取得良好的施工效果。根據(jù)目前的地質(zhì)情況，提出了利用大直徑旋轉(zhuǎn)鉆具進(jìn)行鉆孔的方案。針對(duì)不同的地質(zhì)條件，分別選用了圓錐切削鉆頭、環(huán)切滾刀鉆頭和球齒滾刀鉆頭的組合施工工藝。

針對(duì)結(jié)構(gòu)疏松的地層，如填土、粉質(zhì)黏土層和花崗巖風(fēng)化層，使用圓錐切削鉆頭進(jìn)行鉆孔；針對(duì)風(fēng)化基巖和花崗巖地層，應(yīng)用環(huán)切滾刀鉆頭，針對(duì)一般強(qiáng)度大于40.0 MPa、孤石巖面傾斜角度大的構(gòu)造地層，選用了改進(jìn)型球齒滾刀鉆頭，尤其是當(dāng)巖面傾斜大、鉆孔抖動(dòng)等情況下，應(yīng)及時(shí)糾偏，將高強(qiáng)度混凝土澆筑至與巖石傾角水平平行，達(dá)到一定強(qiáng)度后，再使用改進(jìn)型的“8”齒滾刀鉆頭進(jìn)行整體鉆進(jìn)。

采用多種措施相結(jié)合的鉆孔施工技術(shù)，解決了球形花崗巖孤石、斜面硬基巖地質(zhì)中的鉆孔樁施工的安全問題。同時(shí)，項(xiàng)目實(shí)踐階段，可以根據(jù)前期的地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)不同地質(zhì)條件進(jìn)行正確分析和選擇。

3.2 組合工藝流程

花崗巖地質(zhì)旋挖樁施作工藝流程見圖1所示：

圖1 施工工藝流程圖

3.3 主要施工方法

3.3.1 施工準(zhǔn)備

施工前的施工準(zhǔn)備工作，主要包括以下幾個(gè)方面：一是施工場區(qū)范圍的平整、臨建用地的整體規(guī)劃布局。二是各類結(jié)構(gòu)部位的測(cè)量定點(diǎn)、放線定位。三是按順序組織旋挖鉆機(jī)、鋼筋加工焊接設(shè)備、吊裝設(shè)備、水下混凝土澆筑設(shè)備進(jìn)場。四是完成供水接口，確保供水充足，以及架設(shè)好配電線路，完成電力、配電設(shè)施的安裝[7]。

3.3.2 定位放線

重新測(cè)量設(shè)計(jì)單位提供的樁基位置或用地紅線標(biāo)樁。復(fù)測(cè)時(shí)使用經(jīng)核準(zhǔn)標(biāo)定的全站儀，測(cè)角中的偏差值確保在2''范圍之內(nèi)，確保測(cè)量控制點(diǎn)滿足要求。測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核后，采用全站儀對(duì)樁基進(jìn)行標(biāo)定，以交叉線對(duì)樁基中點(diǎn)進(jìn)行控制。在護(hù)筒埋設(shè)完成后，應(yīng)對(duì)護(hù)筒中心位置、護(hù)筒內(nèi)徑、護(hù)筒高度等進(jìn)行校驗(yàn)。

3.3.3 成孔施工

旋挖鉆孔灌注樁施工環(huán)節(jié)，通常采用干鉆、無循環(huán)泥漿鉆進(jìn)、全套管鉆孔方案之一。先要勘探地質(zhì)條件，為鉆進(jìn)工藝參數(shù)取值而進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，然后根據(jù)不同地質(zhì)條件選用不同鉆頭。在遇到有基巖的情況下，其工序施作展開的基本方法包括：一是旋挖鉆機(jī)啟動(dòng)后，利用液壓缸的壓力，將鉆桿底部的鉆頭旋轉(zhuǎn)到基巖中，并將其直接嵌入到鉆斗內(nèi)，再利用鉆具、伸縮鉆桿將鉆頭頂出孔外，完成鉆孔取心施工操作。二是由于該項(xiàng)目的基巖為球形花崗巖或斜面巖，所以選用具有高轉(zhuǎn)速、高扭矩、高效率優(yōu)勢(shì)的三一重工SR360Ⅲ類大型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。三是鉆孔工序施作之前要對(duì)鉆頭直徑、鉆頭磨損進(jìn)行檢測(cè)，施工期間對(duì)磨損超過標(biāo)準(zhǔn)值的鉆頭應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換[8]?，F(xiàn)就該項(xiàng)目在施工中，根據(jù)不同基巖特征所采取的主要成孔技術(shù)進(jìn)行分析。

（1）針對(duì)風(fēng)化基巖、花崗巖的鉆孔措施：一是當(dāng)遇到具有較高強(qiáng)度的基巖地層或較大體積的孤石時(shí)，旋挖鉆具難以鉆入，常規(guī)鉆頭不能在此巖地層內(nèi)鉆孔，必須更換環(huán)切滾刀鉆頭。環(huán)切滾刀鉆頭在圓筒底部焊接有一個(gè)彈頭截齒，在圓筒內(nèi)壁上安裝了用于支撐巖心的合頁片，因?yàn)榇祟悗r層具有較高耐磨性能，因此，鉆頭斗齒損失會(huì)比較大。二是為達(dá)到?jīng)_擊巖體的目的，操作者應(yīng)控制加壓設(shè)備對(duì)鉆桿進(jìn)行加壓、減壓、浮動(dòng)而循環(huán)作業(yè)，合理配置鉆頭斗齒，并針對(duì)同一地層不同巖性，選用不同的刀片前角，以提高進(jìn)尺效。三是在鉆孔巖層強(qiáng)度較低的情況下，斗齒刀頭的前角要稍微大一些，選擇450～650較為適宜。在鉆孔巖層強(qiáng)度較高的情況下，斗齒刀頭的刃角要稍微小一些，選擇250～450較為適宜。

（2）球形花崗巖和斜面硬基巖的鉆孔措施：一是由于其巖體一般具有40.0 MPa以上的強(qiáng)度，而且?guī)r體傾角大、分布不規(guī)則，甚至需在半坡處進(jìn)行，鉆進(jìn)環(huán)節(jié)因鉆頭的受力不均勻，很容易出現(xiàn)偏孔和抖孔現(xiàn)象。在此類地質(zhì)中施作，通常采用低速慢進(jìn)的原則，采用短進(jìn)尺、循環(huán)鉆進(jìn)。二是依據(jù)地層巖性的強(qiáng)弱及特征，在高強(qiáng)度巖層中需采用改進(jìn)型“8”齒球滾刀鉆頭而進(jìn)行巖層的全面鉆進(jìn)。球齒滾刀鉆頭是一種用于高強(qiáng)度巖層整體碾壓鉆削的鉆頭，采用進(jìn)口高強(qiáng)度合金鋼球齒，合理排列齒數(shù)和間距，采用碾碎剪切的方法對(duì)巖石進(jìn)行破碎。其工作原理是旋轉(zhuǎn)阻力隨鉆頭向巖石中鉆進(jìn)而增大，當(dāng)旋轉(zhuǎn)阻力增加時(shí)，鉆頭旋轉(zhuǎn)速度下降，這時(shí)受壓油缸對(duì)鉆桿進(jìn)行加壓，從而將壓力傳遞給鉆頭，通過“8”形的球形齒輪在鉆孔底部滾動(dòng)，并對(duì)巖石進(jìn)行碾壓和切割，可以有效地將巖石分離開來，并將周圍的巖石打碎，形成一個(gè)完整的巖心。鉆頭每次鉆進(jìn)基巖的嵌入深度最好是0.80～1.0 m，太深或太淺都不利于取心[9]。三是斜面硬質(zhì)基巖鉆進(jìn)階段出現(xiàn)抖動(dòng)時(shí)，會(huì)造成鉆孔垂直度不易校正的情況，可采用導(dǎo)管將高強(qiáng)混凝土注入到抖孔區(qū)地層，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，將利用改進(jìn)型“8”齒球滾刀鉆頭鉆進(jìn)成孔。

（3）鉆孔檢測(cè)：鉆孔完成后，需對(duì)灌注樁孔深、孔徑、垂直度等質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，如果不符合要求，必須采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。

（4）清孔：旋挖機(jī)成孔后的樁底沉積物比沖擊成孔量大，可采用氣舉反循環(huán)清孔工藝。

3.3.4 鋼筋籠吊裝施工

鋼筋籠加工制作的質(zhì)量指標(biāo)控制所允許偏差應(yīng)符合規(guī)定。鋼筋籠應(yīng)分段制作、分段安裝，分段長度以8.0～12.0 m為標(biāo)準(zhǔn)段。鋼筋籠連接應(yīng)采用單邊焊接工藝。吊裝施工環(huán)節(jié)，鋼筋籠應(yīng)該避免發(fā)生變形，注意對(duì)準(zhǔn)孔位，嚴(yán)防與孔壁發(fā)生碰撞。為了克服灌注樁澆筑階段的浮力影響，對(duì)鋼筋籠進(jìn)行了可靠定位、并加強(qiáng)固定。

3.3.5 水下混凝土灌注

灌注樁混凝土澆筑，經(jīng)攪拌車運(yùn)至工地后，利用提升導(dǎo)管的方法開展水下混凝土灌注施工。在進(jìn)行混凝土灌注前，應(yīng)按樁孔徑、導(dǎo)管直徑等因素計(jì)算第一批混凝土的工程量，確保第一批混凝土在澆筑時(shí)，至少能將導(dǎo)管埋入1.0 m以上。首批混凝土灌注，需使導(dǎo)管底部至孔底的間距達(dá)300.0～500.0 mm。當(dāng)混凝土液面升高時(shí)，適當(dāng)?shù)貙?dǎo)道提起或拆卸，使導(dǎo)管底埋入混凝土的深度保持在2.0～6.0 m以內(nèi)，不得將導(dǎo)道底部抬出混凝土基面，以免發(fā)生斷樁病害。

3.3.6 環(huán)境保護(hù)措施

禁止清洗機(jī)械和施工設(shè)備產(chǎn)生的污水直接排入河流，保證污水處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。選用低污染的設(shè)備，配置空氣污染防治體系，加強(qiáng)對(duì)大氣污染物的處理與監(jiān)控。嚴(yán)格遵守當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)管理法規(guī)，加強(qiáng)噪聲的控制，不得有噪聲干擾居民。在項(xiàng)目完成后，應(yīng)將臨時(shí)場地內(nèi)的建筑垃圾、生活垃圾清理干凈，并將垃圾運(yùn)往指定的地點(diǎn)進(jìn)行處置。保證作業(yè)場地、周圍環(huán)境的清潔衛(wèi)生，并對(duì)廢棄物料、污染物等，進(jìn)行及時(shí)回收、處置[10]。結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際工況，制定合理的環(huán)保施工計(jì)劃，靈活調(diào)整施工方案。施工管理人員需積極學(xué)習(xí)最新的環(huán)保法律法規(guī)，營造良好的環(huán)保施工氛圍，將環(huán)保理念貫穿于施工管理全過程。

4 結(jié)語

綜上所述，以理論研究和實(shí)踐為基礎(chǔ)，依托某公路橋梁樁基施工，對(duì)花崗巖孤石群、斜面硬基巖地層的樁基成孔工藝進(jìn)行了分析，并總結(jié)了旋挖鉆機(jī)采用圓錐切削鉆頭、環(huán)切滾刀鉆頭、球齒滾刀鉆頭等多種組合方式的成孔方案。這一方案的應(yīng)用，最終使該橋梁項(xiàng)目所有灌注樁都通過了質(zhì)量檢測(cè)，全部達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐表明，花崗巖地質(zhì)巖性變化劇烈地層，進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，對(duì)于指導(dǎo)鉆孔樁施工，具有重要意義?；◢弾r復(fù)雜地質(zhì)，采取多種措施相結(jié)合的鉆孔技術(shù)使用效果良好，可為同類工程提供有益借鑒。