潛孔鉆掏孔輔助工法在水下硬質(zhì)巖樁基施工中的應(yīng)用

■肖世煜

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，福州350001）

潛孔鉆掏孔輔助工法在水下硬質(zhì)巖樁基施工中的應(yīng)用

■肖世煜

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，福州350001）

本文以南平延順高速公路百合大橋主墩樁基施工為例，針對(duì)其水中硬質(zhì)巖層樁基施工，探討了潛孔鉆掏孔輔助沖擊鉆施工工藝的應(yīng)用，并與常規(guī)鉆孔工藝進(jìn)行比較，驗(yàn)證了該工藝在水下硬質(zhì)巖層樁基施工中，具有成孔效率高，經(jīng)濟(jì)效益顯著的特點(diǎn)，可為同類(lèi)工程提供參考。

水下樁基硬質(zhì)巖沖擊鉆潛孔鉆掏孔功效

1 引言

硬質(zhì)巖層因其巖層完整性好、強(qiáng)度高、硬度大，施工難度很大，特別是水下硬巖質(zhì)鉆孔樁施工向來(lái)是樁基施工中的難點(diǎn)。因采用旋挖鉆工藝，成本大、效益低；采用常規(guī)沖擊鉆，進(jìn)尺慢、沖錘損耗大，所以目前較常使用的旋挖鉆、回旋鉆、沖擊鉆等常規(guī)的鉆進(jìn)成孔工藝難以滿(mǎn)足工程的施工要求。因而，如何高效的完成水下硬質(zhì)巖鉆孔裝施工成為眾多工程迫切需要解決的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，在南平延順高速公路百合大橋主墩樁基施工中引進(jìn)了潛孔鉆輔助沖擊鉆進(jìn)行施工，從實(shí)踐效果看，該輔助工法能夠明顯提升水下硬質(zhì)巖樁基的施工功效。

2 工程背景

百合大橋橫跨富屯溪，橋長(zhǎng)474.5m，橋型布置為4× 30m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)T梁+（83+150+83）m預(yù)應(yīng)力砼變高剛構(gòu)箱梁+1×30m預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支T梁。主墩（5#、6#墩）樁基位于河道中心，水深8～13m；樁基直徑2.2m，共18根，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)20～28m，均為嵌巖樁，入巖深度為14～20m。主墩處水流急、多裸巖，巖層完整、巖質(zhì)硬（強(qiáng)度在60MPa左右），施工難度大。

先行開(kāi)工的5-1和6-1樁基，使用常規(guī)沖擊鉆鉆進(jìn)成孔法，因巖層堅(jiān)硬，每日沖擊進(jìn)尺僅20～30cm，且錘頭破損嚴(yán)重，甚至發(fā)生爆錘現(xiàn)象。若按照常規(guī)的沖擊鉆進(jìn)工藝，水下樁基將無(wú)法按節(jié)點(diǎn)要求完成。而水中樁基能否順利完成，關(guān)系到到汛期來(lái)臨前承臺(tái)能否順利完成。

3 施工探索及實(shí)踐分析

為了盡快解決成孔進(jìn)尺困難、沖錘不斷破損的不利局面，保證全橋施工工期任務(wù)的順利完成，必須對(duì)施工工藝進(jìn)行重新選定和改進(jìn)。在查閱了國(guó)內(nèi)外相關(guān)施工資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際情況，提出利用潛孔鉆先掏孔，再用沖擊鉆進(jìn)行施工的方法，并在6-2#樁基中進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1 工藝原理

考慮到巖層強(qiáng)度高，硬度大，整體性好，在采用沖擊鉆鉆孔前，先利用潛孔鉆對(duì)樁孔內(nèi)的巖層進(jìn)行鉆孔，孔數(shù)根據(jù)樁徑的大小來(lái)確定。通過(guò)這樣的輔助形式，破壞巖層的整體性，將樁基巖層化整為散，降低巖層的硬度，減少破碎巖石的所需的能量，有利于加快沖擊鉆施工的鉆進(jìn)速度，如圖1所示。

圖1 工藝原理示意圖

3.2 工藝實(shí)踐

（1）結(jié)合實(shí)際施工情況，根據(jù)樁基長(zhǎng)度、樁徑、入巖深度等，確定潛孔鉆鉆孔的數(shù)量及深度。百合大橋6-2#樁基，樁徑2.2m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)28m，入巖深度20m，鉆孔間距控制在80cm左右，因此6-2#樁基需鉆孔12個(gè)如圖2所示。為避免破壞端承部巖層的整體性，鉆孔深度以樁基地標(biāo)高以上50～60cm處為宜。

（2）根據(jù)選用直徑為130mm的鉆桿，采用壁厚5mm，直徑150mm的鍍鋅鋼管作為導(dǎo)向管，如圖3所示。以8mm鋼板和I18工字鋼為材料，制作鉆孔定位架，如圖4所示。定位架高度為1m，設(shè)上鋼板和下鋼板，用5根1m長(zhǎng)的工字鋼相連，其中上鋼板直徑比護(hù)筒直徑大20cm，下鋼板直徑比護(hù)筒直徑小20cm。在兩塊鋼板對(duì)應(yīng)位置上割相應(yīng)數(shù)量的鉆孔，孔徑180mm（根據(jù)導(dǎo)向管直徑來(lái)確定，一般比導(dǎo)向管直徑大2～3cm）。

圖2 鉆孔布置示意圖（單位：cm）

圖3 導(dǎo)向管制作

（3）定位框架套進(jìn)護(hù)筒后，用吊機(jī)將制作好的導(dǎo)向管沿定位框架孔一直下放到裸巖面。安裝好導(dǎo)向管后，潛孔鉆機(jī)（型號(hào)為T(mén)H368Y）就位，鉆桿順著導(dǎo)向管開(kāi)始取孔，平均10min進(jìn)尺3m。取孔的碎渣由17m3/min的空壓機(jī)吹出。待取孔到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高50cm時(shí)停止取孔，然后開(kāi)始取第二個(gè)孔，如圖5所示。如此循環(huán)待一個(gè)樁基上所有的小孔取孔完成后，撤出潛孔鉆，拆除定位架，沖擊鉆機(jī)重新就位進(jìn)行沖孔。

3.3 實(shí)踐效果

百合大橋主墩6-2#樁基采用潛孔鉆輔助施工后大大加快了沖擊鉆鉆進(jìn)速度，實(shí)際平均進(jìn)尺106cm/d，較原先常規(guī)沖擊鉆30cm/d的速度有了極大的提升。實(shí)際施工記錄顯示，常規(guī)沖擊鉆完成一根28m的樁基成孔需耗時(shí)62d，而采用潛孔鉆掏孔輔助沖擊鉆完成一根28m的樁基成孔僅耗時(shí)20d，極大的縮短了樁基成孔周期，同時(shí)也減少了沖擊鉆錘頭的損耗，經(jīng)濟(jì)效益明顯。百合大橋5#、6#主墩共計(jì)18根樁基，從采用潛孔鉆取孔到樁基混凝土澆筑完成，僅耗時(shí)45d，較原施工計(jì)劃70d提前了25d，為后續(xù)在汛期前完成承臺(tái)施工爭(zhēng)取了充裕的時(shí)間。

3.4 工藝比較分析

結(jié)合百合大橋施工實(shí)際，從施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、施工安全、施工成本等幾方面著手，對(duì)分別采用常規(guī)沖擊鉆、潛孔鉆輔助沖擊鉆、回旋鉆工藝進(jìn)行水下硬質(zhì)巖樁基施工的效益做對(duì)比分析。根據(jù)表1得知，潛孔鉆輔助沖擊鉆在水下硬質(zhì)巖樁基施工中具有成孔周期短、效益高的優(yōu)勢(shì)。

圖4 鉆孔定位架

圖5 潛孔鉆掏孔

表1 工藝分析表

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)延順高速公路百合大橋主墩樁基的施工實(shí)踐證明，在水下硬質(zhì)巖鉆孔樁施工中，潛孔鉆掏孔輔助沖擊鉆較常規(guī)的沖擊鉆施工工藝具有入巖進(jìn)尺快，縮短工期，節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于類(lèi)似的工程施工。

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