大直徑超長灌注樁在大橋中的應用

崔粲

【摘要】旋挖鉆孔技術具有施工質量可靠、成孔速度快、成孔效率高、適應性強、環保的優點。本文簡單介紹了大直徑超長灌注樁技術，并以實際工程為例介紹了旋挖鉆孔技術在大橋中的應用。

【關鍵詞】大直徑超長灌注樁；旋挖；灌注砼

一、大直徑超長灌注樁

大直徑灌注樁系是指在工程現場，通過機械鉆孔、鋼管擠土、人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在孔內放置鋼筋籠、灌注混凝土做成的樁。依照成孔方法不同，灌注樁可分沉管灌注樁、鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁等幾類。鉆孔灌注樁是按成樁方法分類而定義的一種樁的類型。大直徑灌注樁屬非擠土或少量擠土樁，施工時基本無噪音、無震動、無地面隆起與側移，也無濃煙排放，因而對鄰近人們的生產和生活活動影響小，對周圍建筑物、路面或者地下設施等危害小；大直徑灌注樁直徑大，入土深，現在機具和人工挖掘都能進入各類地基，且能把樁嵌入于各類基巖，這均是打、振、壓入式樁所不及的；大直徑灌注樁可采取擴大底部的形式，更好地發揮樁端土的作用；大直徑灌注樁出能承受較大的豎向荷載外，由于樁身剛度比較大，能承受較大的橫向荷載，增強建筑物抗震能力。

大直徑超長灌注樁技術適用范于孔徑≥2000mm，孔深150m以內的孔徑、垂直度要求較高，水上（陸地）豎向承重樁的施工。適用粘土層、砂層、礫石層、卵石層、巖層等地層。

大直徑超長灌注樁施工技術具有以下特點：

（1）大直徑鉆孔樁根據樁徑、樁長、地質條件、水文情況等諸多因素來選擇鉆機的型號、扭矩及鉆具的各項參數。一般在地層強度較高、鉆孔深度較深地質情況較復雜則選用較大型號鉆機。

（2）在陸地上施工時，其泥漿循環可在陸地開挖泥漿溝和泥漿池，護筒的埋設只受表層不穩定土層影響。而在在水上施工時，需搭設平臺。護筒的埋設較深，既要保重平臺的穩定又要保證鉆孔壁的安全。

（3）成孔過程泥漿的循環方法可分正循環和反循環泵，而反循環又可分泵吸反循環和氣舉反循環兩種。

（4）大直徑鉆孔樁泥漿的作用主要為：①保護壁，②懸浮鉆渣③冷卻鉆具；大口徑成孔對泥漿質量要求很高，一般檢測指標有：①相對密度，②粘度，③含砂率，④膠體率等。

（5）在江上或海上作業時，材料供應和正常施工不可避免的要受到潮汐、風浪、季節性的影響，另由于平臺的局限性需在平臺配制專門的泥漿箱或利用護筒的連接作為泥漿池或泥漿循環管。

二、大直徑超長灌注樁在大橋中的應用

（一）工程概況

新建張家口至唐山鐵路公鐵立交工程DK216+701公路大橋主線全長0.13km，匝道橋梁全長0.149km，樁基礎12棵，2.0米大直徑樁基12棵，主要位于主線左右幅的第0、1、2、3號墩，其主線跨徑（35+60+35）米的的預應力砼連續箱梁處，總計樁基12棵，樁基深35m，樁基直徑2.0米，樁基較深，直徑較大。

（二）施工方案比選

方案一：采用沖擊鉆施工

沖擊鉆也可以成孔，但其存在兩個缺點，第一施工周期較長，由于大直徑樁基均為跨在建鐵路主墩，且均處在路基邊坡，施工場地較狹小，每個墩最多能容納2臺沖擊鉆同時施工。正常情況下一臺沖擊鉆成樁需7個工作日，則每個墩樁基施工需14個工作日，也增加了施工的安全隱患。第二沖擊鉆施工成本較高，平均每米單價約為400元。

方案二：旋挖鉆機成孔

旋挖鉆機有成樁速度快，施工成本低等顯著特點，但對地質條件也有較高要求。一般適合于土質地層，對地基承載力也有一定的要求，一般情況下大于500kpa，但對小于80kpa的軟土底層使用旋挖鉆機也很容易塌孔甚至存在埋鉆危險。本橋橋墩地質情況完全符合旋挖鉆施工要求，但是對鉆機選型上要特別考慮。對環境保護要求也較高，護壁用的泥漿循環和排放也需妥善處理。

根據對沖擊鉆和旋挖鉆機施工特點的比選，雖然使用旋挖鉆機施工有需要解決的問題，但通過一定的方案優化可以很好的解決這些問題，而且旋挖鉆機施工有明顯的施工速度快、工期短、成本低等特點，故可采用旋挖鉆機作為樁基施工機具。

（三）施工技術要點

1、鉆機類型選擇

根據設計要求，為保證鉆機的垂直度及樁徑，選用Q-250型大口徑工程鉆機，該鉆機扭矩大（扭矩為117.6kN.m），φ325mm厚壁鉆桿；加強鉆塔結構、天車及游動滑車；在水龍頭上添加了導向裝置，以保證開孔垂直度。鉆頭采用四翼板雙護圈刮刀鉆頭，錐形角120°，前角30°，上下導向圈間距2.0m。該鉆頭穩定性好，剛度大，在鉆進過程中，不產生移動和搖晃。

2、護筒埋設

為固定樁位、導向鉆頭、隔離水、保護孔口及提高內水位，增加對孔壁的靜壓力以防坍塌，應于鉆孔前埋設護筒。孔口護筒采用鋼板制作，內徑比設計樁徑大200MM，護筒高度宜高出地面0.3M，水中施工護筒高出水面1M并高出筑島面0.3M。底部入土深度不小于3M，穿過淤泥層進入圓礫卵石層。其位置坐標垂直度和高程由全站儀控制，護筒垂直下沉，頂面中心與設計樁位偏差不得超過50MM，豎直線傾斜不大于1%。

3、鉆機就位及鉆孔

該工程鉆機采用了履帶式旋挖鉆機，可自行到達另一施工地點。因地表土比較松散，在施工前先由鉆機靠自重進行壓實，壓實完成后再鋪設厚度為20mm的鋼板，有效地防止了鉆機在鉆進過程中的位移或沉陷。鉆機就位完成后，用全站儀穿線法定出樁中心位臵，并將鉆機的鉆頭準確地對準中心點進行定位，通過鉆機自身的數控系統，較好地控制了在鉆進過程中的傾斜度及孔位偏差，但操控系統不足的地方就是測量孔深不準確，在驗孔時一般控制在大于計算孔深0.3-1.0m的范圍內，因此在鉆孔接近設計標高時，應用測量繩進行校正，防止鉆孔深度過淺而不滿足設計孔深，或鉆孔深度超深而浪費混凝土。

鉆機定位完成后，鉆孔作業采用減壓鉆進開始進行鉆孔。本工程地質調教較復雜，穿越多層土層，鉆孔時應根據不同土層選擇與之相適應的進尺和轉速。對于黏土層，采用抵擋慢速、優質泥漿、大泵量鉆進的方法鉆進，對于細砂層采用輕壓、低檔慢速、大泵量、稠泥漿鉆進，每小時進尺不大于0.5m，一面孔壁不穩定，發生局部擴孔或局部塌孔，并充分浮渣、排渣，以防買鉆現象。護筒底口和不同地層交界處附近，采用低檔慢速、小進尺鉆進，防止擴孔、塌孔和偏斜孔，每小時進尺不大于0.5m。鉆進時應先慢后快，待導向部分全部進入地層后方可快速鉆進。

4、連續砼灌注

考慮到樁徑較大，樁長較長，完成水下混凝土的灌注的樁基混凝土頂面標高比設計高1.5m以上，以保證樁頭混凝土質量。

砼灌注注意事項：（1）首批砼一定要夠數量，以滿足灌注后導管埋入砼面1.0m以上的要求，灌注后及時測量砼面的高度，以確定首批砼埋管深度，如不符合要求，則立即使用空壓機通過導管吸去已灌注砼，準備好后重新灌注。（2）在砼灌注過程中，設專人測量孔深，準確掌握砼面上升高度，以便嚴格控制導管埋深在2.0～6.0m之間，防止埋管過深，上層部分砼初凝，導管提不起來的事件發生，同時作好砼灌注記錄備查。（3）由試驗人員值班，確保砼拌和按監理工程師認可的配合比拌制，經常抽查砼工作性指標，嚴禁將不合格的砼灌注入孔。（4）提升降落導管時，動作要慢，以免鉤掛鋼筋籠或提空導管。提管時利用汽車吊或履帶吊提管。

參考文獻

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