旋挖成孔施工技術在高強度巖石地基大直徑鉆孔灌注樁中的應用

摘 要：在高強度巖石地基橋梁大直徑鉆孔灌注樁樁基施工中，推廣應用先進的旋挖成孔施工工藝具有較為顯著的施工效益。文章主要闡述了包括旋挖鉆機的技術性能及特點，以及在高強度巖石地基旋挖鉆機成孔施工中出現(xiàn)的相應問題的分析總結，并對旋挖鉆機在類似地層施工時出現(xiàn)的問題提出了相應的應對措施。

關鍵詞：巖石地基；大直徑鉆孔灌注樁；旋挖成孔；存在問題；應對措施

1 背景工程介紹

1.1 工程設計概況

該工程為重慶某在建跨嘉陵江大橋工程，主橋橋跨布置為140+240+140m的三跨預應力混凝土連續(xù)剛構，主橋全長528m，復線橋主橋設墩位P8#、P9#、P10#墩和P11#橋臺，其中P9#、P10#主墩為連續(xù)剛構體系，P9#墩位于河漫灘，并臨近于嘉陵江中心地段，P9#主墩設樁基承臺基礎，該墩設12根Φ2.8m樁基，樁長18m，樁平面間距縱橫為6.5m，樁基混凝土強度等級C30。

1.2 地質狀況

根據P9#墩位處地質勘察資料，原地面地貌較為平緩，地面標高為164.92～167.01m，平均地面標高為165.965m左右，地表面有砂卵石層覆蓋，厚度約0.7～3.8m，平均厚度約2.3m左右，卵石直徑5～10cm。以下為泥質砂巖和砂巖互層，巖石以下4～6m左右為強風層，局部泥質較重，裂隙較為發(fā)育，巖層傾角較小，接近于水平狀態(tài)。地勘時其涌水量為13.24立方米/天，但在基坑開挖過程中或受江水水位增高的影響，其涌水量將大大增加，為可挖狀態(tài)。

2 設備選擇與成孔原理

根據橋址區(qū)域工程地質、水文地質及水文情況，P9#墩基礎施工需在3～6月嘉陵江枯水期完成施工，而且需在承臺外先組織土圍堰施工，在土圍堰保護下進行承臺基坑開挖和樁基礎施工，考慮到承臺基坑處巖層裂隙較發(fā)育，采用人工挖孔樁排水困難，而采用沖擊鉆孔速度較慢，進度難以保證，而旋挖鉆孔進度快，安全性能好，但墩位基礎處巖層強度較高，設計樁徑較大，小型旋挖鉆機難以鉆進。對此，經多方對比、論證，最后決定采用400噸大型旋挖鉆機進行樁基旋挖造孔。該鉆機由機身主體、液壓桿、導向架、鉆桿、鉆頭等組成，每臺鉆機自重約80噸。可完成自行行走、對中、調整垂度、鉆進、出碴、清孔等全部成孔動作。其造孔原理是采取鉆桿的旋轉帶動鉆頭的旋轉，將樁孔內巖體進行切削磨碎，對磨碎的巖體碎碴通過進入鉆頭套筒內，隨鉆桿提升孔外后進行卸碴，如此反復鉆進、出渣等施工循環(huán)，最后形成樁基的造孔。

3 施工方法

3.1 孔口護筒

旋挖成孔灌注樁護筒采用鋼護筒，根據P9#墩樁基斷面尺寸，P9#墩鋼護筒規(guī)格采用Φ3000×10mm（面板厚10mm）。旋挖鉆機埋設鋼護筒時，宜先采用稍大口徑的鉆頭鉆至預定位置，提出鉆頭后，再用鉆斗將鋼護筒壓入到預定深度。

3.2 造孔鉆機布置

本次施工的P9#墩12根樁基，P9#墩縱向布置共三排，每排4根。由于鉆機工效較高，本次使用一臺旋轉鉆機即可，采取分排一次完成后再進行第二排樁基鉆孔，鉆孔順序從嘉陵江下游至上游方向依次進行。

3.3 旋挖造孔

旋挖鉆機布置就位后應穩(wěn)定牢靠，防止位移沉降，確保鉆孔質量。鉆機位置定位準確后，在樁孔中心位置上安裝鉆頭。

針該墩位處巖層整體情況，P9#墩先采用Φ1.5m齒板筒鉆頭進行套孔鉆進及出碴，當鉆孔深度距設計孔底0.5m時可停鉆，然后采用Φ2.0m齒板筒鉆頭進行鉆進及出碴，再采用Φ2.5m齒板筒鉆頭進行鉆進及出碴，最后采Φ2.8m齒板筒鉆頭進行鉆進及出碴，最后完成0.5m深度樁孔形成。旋挖造孔的成孔孔徑和垂直度，全部由機械自身進行控制，通過操作室內的水平垂直儀觀察到鉆孔垂直度情況。成孔鉆進過程中密切進行目測觀察，發(fā)現(xiàn)問題好及時糾正。在造孔過程中，跟蹤檢查碴樣以確定各種巖石層厚度和標高，及時記錄整理完善隱檢資料。經工藝性生產試驗，每孔樁基造孔從開始到結束共需兩天時間，完全滿足施工進度計劃要求。

3.4 清孔

對隱檢確認后的樁孔按規(guī)定進行孔底清理。根據鉆孔樁樁底的設計標高和護筒頂標高，計算出鉆孔深度，用測繩檢查孔深，到位后進行清孔。對孔底沉渣用沉渣儀檢測，沉渣厚度滿足端承樁的不大于50mm規(guī)范要求后方進行下一道工序施工。

4 旋挖鉆機在巖石地層中存在的問題及應對措施

4.1 旋挖鉆機在巖石地基施工大直徑樁基，由于巖石強度較高，鉆機鉆進破碎壓力大。對此，如直接采用設計樁徑的鉆頭施工，施工負荷大，難以鉆進，應先采取小直徑鉆頭鉆芯，大直徑鉆頭逐級擴孔的方式分次鉆進，本工程P9#墩設計采用2.8m樁徑，施工分四種鉆頭鉆進，分別為1.5m、2m、2.5m、2.8m。

4.2 旋挖鉆機成孔存在的弊端是難以直觀反應地層巖性變化。對此，旋挖鉆進過程中，必須及時收集渣樣以確定各層巖石厚度和標高。

4.3 P9#墩基礎為巖石地基，施工中不采用泥漿進行護壁。對于巖石地基上存在砂卵石覆蓋層，施工中采用鋼護筒安裝至覆蓋層以下，以避免覆蓋層坍塌。

4.4 本次P9#墩樁基旋挖工藝成孔的重點難點在于孔底成渣的處理，主要表現(xiàn)為P9#墩基礎巖層裂隙較發(fā)育，且整個巖盤分布有水平裂隙并與嘉陵江河床連通，形成透水通道，河床透水夾帶泥沙和旋挖鉆頭磨碎的巖體鉆渣部分沉淀，導致終孔后孔底沉渣厚度超標，且采用專用清孔底板鉆筒無法滿足清孔質量要求。對此，沉渣的清理成為樁基成孔質量控制的關鍵。

（1）P9#墩樁基采用水下混凝土澆筑，因樁孔巖壁分布的水平裂隙與嘉陵江河床連通，樁孔內存在河床透水情況，無法采用造漿、循漿、懸渣的方法進行沉渣處理。對此，經多種處理方法分析、比選、論證，決定采用氣舉法進行孔底沉渣清理，經實踐證明沉渣清理效果良好，清孔后沉渣厚度完全滿足設計及規(guī)范要求。

（2）清孔

第一次清孔采用旋挖鉆機進行初步清孔，第二次采用氣舉法進行徹底清孔。

◇采用氣舉法進行清孔是通過空壓機送風作用在導管底端形成負壓，將沉渣在負壓作用下上升并排除孔外，需使用空壓機、導管、高壓風管等設備。

◇將吸渣導管頭置于沉渣面，沿孔邊到中心依次圓周作業(yè)進行吸渣，保證孔底全斷面吸渣到位；當吸出的沉渣量減少時，導管出水口的水質顏色由濃變淺時，表明沉渣在逐漸減少，最后達到徹底清孔目的。

◇在吸渣過程中必須連續(xù)補水、保持孔內水位，采用多臺潛水泵同時抽取江水進行補水，以確保負壓吸渣效果。

◇沉渣檢測。當孔底吸渣清渣徹底后，進行沉渣檢測，檢測部位在孔邊4點和圓中心點，共計檢測點位5個，每點測2次以上，時間間隔1小時，沉渣厚度符合設計及規(guī)范要求后，進行鋼筋籠吊放。

5 結束語

旋挖鉆機作為一種新型鉆孔設備，具有功率大、鉆孔速度快、自動化程度高、移動靈活方便、定位準確、節(jié)約勞動力、生產安全、工作方便、環(huán)保性能好、噪聲小、工作效率高、工期效益顯著、降低施工成本等特點。但它也有因自身工藝特點帶來的一些問題，且其施工工藝環(huán)節(jié)多，施工控制稍有不慎，便會導致質量問題出現(xiàn)。因此，根據旋挖成孔的施工作業(yè)特點，通過對旋挖成孔技術適用性的分析、論證，在施工過程中應建立針對其工藝特點的環(huán)節(jié)控制體系及應對處理措施，充分發(fā)揮其施工優(yōu)勢，可全面確保成樁質量。

參考文獻

[1]JTG/T F50-2011.公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

[2]公路施工手冊-橋涵[S].

[3]DBJ50-156-2012.旋挖成孔灌注樁工程技術規(guī)程[S].

作者簡介：李宏偉，男，本科學歷（道路橋梁專業(yè)），工程師，一級建造師（公路工程），從事工程項目管理工作。