雙護筒法水中大直徑旋挖樁施工技術

■許東坡

(福建省交建集團工程有限公司，廈門 361021）

雙護筒法水中大直徑旋挖樁施工技術

■許東坡

(福建省交建集團工程有限公司，廈門 361021）

本文以濱海東大道(同安大橋-大嶝大橋段）道路工程1#橋樁基工程實例，介紹了雙護筒法水中大直徑旋挖樁施工工法的適用條件、施工工藝、施工方法及質量控制保證措施，為同類工程施工提供參考和借鑒。

雙護筒 大直徑 旋挖樁 施工技術

1 前言

橋梁工程的基礎通常采用大直徑灌注樁施工，而沿海地區通常會遇到呈流塑狀、粘度大、高壓縮性的淤泥質土層。為保證成樁質量，避免造成坍孔、縮頸、樁基移位等病害，采用大直徑灌注樁施工方法通常采用長護筒施工。因為長護筒施工用鋼量較大，多為一次性投入，施工成本非常高，因此根據工程實際情況，在護筒頂部設計樁基頂面以上超灌部位設置了一個內護筒，使外護筒與樁頂超灌混凝土完全隔離開，避免了護筒拔出后周邊淤泥對尚未初凝的混凝土的擠壓作用，保證了拔護筒時的成樁質量。

2 工程概況

濱海東大道(同安大橋～大嶝大橋段）道路工程1#橋上跨規劃海域，橋梁起止樁號為K5+695.0～K6+286.0，全橋長591m。根據地勘資料顯示，橋址處中風化巖層埋深較淺，樁基均按嵌巖樁設計，持力層為中風化花崗巖。嵌巖樁終孔原則按各樁基要求全斷面嵌入中風化巖層，橋臺樁基不少于3m，橋墩樁基不少于4m。樁基工程共有樁基礎164根，其中：Φ1.2m樁基40根，Φ1.5m樁基120根，Φ2.0m樁基4根。

3 工藝原理

本施工方法是在外護筒頂部設計樁基頂面以上超灌混凝土部位，設置了一個內護筒，使外護筒與樁頂超灌混凝土完全隔離開；通過旋挖鉆成孔灌注混凝土，在混凝土初凝前拔掉內護筒，保留外護筒，待灌注樁混凝土強度達到設計強度的75%～80%時，拔掉外護筒，這樣既保證了成樁質量，同時又使得內外護筒均能重復利用。

旋挖鉆進是利用旋挖鉆桿上的液壓馬達往下壓，并利用扭矩旋轉，使旋挖鉆頭擠壓并旋轉切入土體，使破碎的巖體直接裝入鉆頭內，然后再由鉆機提升裝置和伸縮式鉆桿提出孔外卸土，這樣循環往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設計深度。

具體結構示意如圖1所示。

圖1 雙護筒旋挖鉆成孔灌注樁示意圖

4 工藝流程

雙護筒旋挖鉆成孔灌注樁施工操作流程圖如圖2所示。

圖2 雙護筒旋挖鉆成孔灌注樁施工操作流程圖

5 施工要點

5.1 施工前準備

在開始施工前，需做如下準備：

(1）根據《地質勘察報告》詳細了解場地地層分布，踏勘施工現場、熟悉工程地質勘察資料及周邊的地下管溝、鄰近的建筑物；學習施工圖紙，做好圖紙自審；熟悉和掌握有關的圖紙設計和施工規范要求及圖紙會審記錄、設計變更通知單、巖土工程勘察報告等資料。

(2）做好現場圍擋及施工場內道路兩側的排水溝設置，使場內不積水，保證施工機械道路的暢通。施工污水須經沉淀池處理后，才可排入下水道。施工前根據需要安裝好水電、監控設施以及臨時生活設施，施工區和生活區分開設置。

(3）根據工程量及現場電力情況安排2臺旋挖鉆機進場施工，如電力不能滿足施工設備及進度要求，需采用柴油發電機發電進行施工。

(4）根據地質情況及設計要求選擇樁基施工機械，編制樁基施工技術方案，并對參與施工人員進行技術交底；尤其對工程設計重點、關鍵點、難點、主要變更及施工中應注意的特殊工序、交底要詳細，并嚴格按設計規范有關要求真正做到安全、文明施工。

(5）樁基施工場地應平整及土壤承載力必須滿足樁機施工要求。

5.2 測量放樣

根據樁位設計圖建筑坐標、高程控制點標高進行樁位放線，在場地內建立測量控制網，定出樁位并固實，樁位軸線采取在地面設十字控制網和基準點。采用全站儀，利用指定的坐標控制點進行樁定位，樁位誤差不大于10mm。隨后檢查，復核各樁位坐標，并經甲方、監理等有關各單位驗收合格。樁基施工的建筑物的引測點、軸線控制點、水準點應妥善保護；并應要有防止樁基施工過程中對控制點產生影響的措施。

5.3 鋼護筒施工

根據樁基尺寸及地質條件，利用熱軋卷板設計制作圓筒狀鋼質內護筒和外護筒，所選用的熱軋卷板厚度不宜低于10mm。外護筒設計長度應滿足護筒打設完成后，護筒底穿過軟弱流塑狀土層并深入下部土層≮1.5m的要求。將制作完成的外護筒利用震動設備，打設就位。內護筒長度視外護筒頂與原狀地面高差而定，內護筒頂端高出外護筒頂端0.1～0.3m，底端深入原地面0.1～0.3m。在內護筒外側距頂端0.1～0.3m處焊接限位板，用于搭設在外護筒上。

用粘性土或細砂回填內外護筒間的空隙，防止鉆孔時內護筒位移及灌注時有混凝土進入空隙。同時能夠保證內外護筒的整體性，防止內護筒在鉆機鉆進過程中發生偏位。

5.4 鉆機就位

在樁位復核正確、護筒埋設符合要求及護筒、地坪標高已測定的基礎上，鉆機才能就位。樁機定位要準確、水平、垂直、穩固，鉆機導桿中心線、回旋盤中心線、護筒中心線應保持在同一直線。旋挖鉆機就位后，利用自動控制系統調整其垂直度，鉆機安放定位時，要機座平整，機塔垂直，轉盤(鉆頭）中心與護筒十字線中心對正，注入和鉆進地質相匹配的泥漿漿液后，方可進行鉆孔。鉆機就位必須穩固、水平，定位鉆頭中心與樁位中心線誤差不大于10mm。

5.5 鉆進成孔

成孔前必須檢查鉆頭裝置，包括鉆頭直徑、鉆頭磨損情況，施工過程對鉆頭磨損超標的及時更換；根據土層情況正確選擇鉆斗底部切削齒的形狀、規格和角度；根據護筒標高、樁頂設計標高及樁長，計算出樁底標高，以便鉆孔時加以控制。

成孔中，按試樁施工確定的參數進行施工，設專職記錄員記錄成孔過程的各種參數，如加鉆桿、鉆進深度、地質特征、機械設備損壞、障礙物等情況。

鉆孔過程中根據地質情況控制進尺速度，鉆進時需要隨時不斷補充泥漿，使孔內始終保持高于地下水位1～1.5m的水頭高度，同時應根據土質情況調整泥漿配方和比重。另外，應觀察旋挖鉆機所在地面和支腳支承地面處的變化情況，發現沉降現象及時停機處理。因故停機時間較長時，應將套管口保險鉤掛牢。

鉆進過程中經常檢查鉆桿垂度，確保孔壁垂直。鉆進過程中必須控制鉆頭在孔內的升降速度，防止因漿液對孔壁的沖刷及負壓而導致孔壁塌方。鉆進成孔過程中，根據地層、孔深變化，合理選擇鉆進參數，及時調制泥漿，保證成孔質量。鉆進達到要求孔深停鉆后，注意保持孔內泥漿的漿面高程，確保孔壁的穩定。

5.6 成孔檢測

成孔深度達到設計要求后，對孔深、孔徑、孔位、孔形和傾斜度等進行檢查，檢查方法是用Φ25的鋼筋焊成直徑1.74m、長為9m的檢孔器，吊入孔內直放到孔底檢查孔深，如檢孔器放不到孔底，則說明樁孔有縮頸或局部偏孔現象；在檢孔器沉入孔底的工程中，根據懸掛著檢孔器的鋼絲繩的傾斜程度可判斷孔壁是否傾斜。確認滿足設計要求后，立即填寫終孔檢查報告，并經駐地監理工程師認可，方可進行孔底清理和灌注水下混凝土的準備工作。

5.7 清孔

鉆孔深度達到設計要求后，方可清孔。清孔分為兩次。

第一次清孔：鉆至設計標高時用帶有活門的筒形鉆清理沉渣，即一次清孔。當孔壁泥漿皮沉淀較厚時，可用掃孔鉆頭上下往復掃刷孔壁。

第二次清孔：在灌注混凝土導管安放完成后，對孔深、空底沉渣、泥漿比重等進行復測。如果孔底沉渣厚度及泥漿比重超出規定時，利用灌注導管采用反循環清孔，在鋼筋籠、導管下好后進行，第二次清孔時間不少于30min，測定孔底沉渣≤100mm，方可停止清孔。清孔標準除沉渣厚度不能超過規范要求≤50mm外，泥漿各項指標也應滿足清孔后的要求。

5.8 沉渣厚度檢測

測定孔底沉渣，用重錘測試，測繩讀數一定要準確，用3～5個孔必須校正一次，沉渣厚度不能超過規范要求的50mm。

5.9 移機

當一根樁旋挖鉆孔施工完畢后，鉆機要移位，再進行下一根樁的旋挖鉆孔。

5.10 安放鋼筋籠

(1）吊放鋼筋籠入孔時，實行“一、二、三”的原則，即一人指揮、二人扶鋼筋籠、三人搭結，施工時應對準孔位，保持垂直，輕放、慢放入孔，不得左右旋轉。若遇阻礙應停止下放，查明原因進行處理。嚴禁高提猛落和強制下入。

(2）鋼筋籠設置3個起吊點，以保證鋼筋籠在起吊時不變形；起吊鋼筋籠采用扁擔起吊法，起吊點在鋼筋籠上部箍筋與主筋連接處，吊點對稱。

(3）安放鋼筋籠時，要求有技術人員在場，以控制鋼筋籠的樁頂標高及鋼筋籠上浮等問題。

(4）鋼筋籠安裝入孔時，應保持垂直狀態。鋼筋籠按確認長度下入后，應保證籠頂在孔內居中，吊筋均勻受力，牢靠固定。

5.11 下導管

安放前認真檢查導管，保證它有良好的密封性。試驗水壓為1MPa，不漏水的導管方可使用。導管要定期進行水密性試驗，下導管前要檢查是否漏氣、漏水和變形，是否安放了“O”形密封圈并涂抹潤滑油等。

利用吊車將導管放入，導管直徑、長度應與孔深配套(距孔底0.5m左右）；全部下入孔內后，應放到孔底，以便核對導管長度及孔深，然后提起30～50cm，進行二次清孔。初灌量應保證混凝土擴散后，導管埋入深度不小于1.0m，為防止混凝土與泥漿混合，在灌注混凝土前，用充氣球膽浮于管內。下放導管時，絲扣要對正、扭緊，不得碰撞鋼筋籠，導管直徑250mm，標準節長3m，調整長度0.5m、1.5m、2.0m 各一節。

5.12 沉渣厚度測試

在澆筑混凝土之前應再次檢查空地沉渣，若超過設計要求的沉渣厚度50mm應重新清孔。

5.13 灌注水下混凝土

(1）灌注前首先檢查漏斗、測試儀器、量具、隔水塞等各項器械的完好情況。

(2）水下混凝土封底，必須有隔水栓，隔水栓應有良好的隔水性能并能順利排出。

(3）在水下灌注混凝土時，應根據實際情況嚴格控制導管的最小埋深，以保證樁身混凝土的連續均勻，不使其可能裹入混凝土上面的浮漿皮和土塊等，防止出現斷樁現象。對導管的最大埋深，則以能使管內混凝土順暢流初出，便于導管起升和減少灌注提管、拆管的輔助作業時間來確定。最大埋深不宜超過最下端一節導管的長度。灌注接近樁頂部位時，為確保樁頂混凝土質量，漏斗及導管的高度應嚴格按照有關規定執行。

(4）水下混凝土應連續澆筑，不得中途停止。首次澆灌時，初灌量應將導管底端能一次埋入不少于1.0m，并且導管內存留的混凝土高度，足以抵制鉆孔內的泥漿侵入導管。

(5）混凝土灌注過程中，應始終保持導管位置居中，提升導管時應有專人指揮掌握，不使鋼筋骨架傾斜、位移，如發現骨架上升時，應立即停止提升導管，使導管降落，并輕輕搖動使之與骨架脫開；混凝土灌注到樁孔上部6.0m以內時，可不再提升導管，直到灌注至設計標高后一次拔出。灌注至樁頂設計標高后必須超灌1.0m左右，以保證鑿去浮漿后樁頂混凝土的強度。

(6）混凝土灌注的上升速度不得小于2m/h。灌注時間必須控制在埋入導管中的混凝土不喪失流動性時間。必要時可摻入適量緩凝劑。

5.14 拔出導管

拔出導管時，應先測量混凝土面高度，根據導管埋深，確定撥管節數；要勤檢查，均勻撥管，保持埋深在2～6m。

5.15 拔出護筒

旋挖成孔灌注樁混凝土澆筑完成后，與常規工藝相同，在混凝土初凝前拔出內護筒，拔出時應均勻緩慢進行，當拔出困難時，可使用大功率振動錘配合浮吊進行拔出；當灌注樁混凝土強度達到設計強度的75%～80%時，拔出外護筒，方法同內護筒，混凝土的強度確定以現場同條件養護試塊為依據。

6 質量保證措施

質量控制標準遵照現行的規范、規程、標準執行；

灌注樁質量控制嚴格按灌注樁允許偏差控制執行。

6.1 旋挖成孔質量控制

(1）成孔中，按試樁施工確定的參數進行施工，設專職記錄員記錄成孔過程的各種參數，如加鉆桿、鉆進深度、地質特征、機械設備損壞、障礙物等情況。記錄必須認真、及時、準確、清晰。

(2）旋挖成孔過程中，泥漿的比重一般控制在1.2～1.3之間，泥漿在循環過程中在孔壁表面形成泥皮，它和泥漿的自重對孔壁起到保護作用，防止孔壁坍塌。

(3）在孔內安放鋼筋籠，安裝好灌漿導管后施行二次清孔作業，以使混凝土灌注前孔底沉渣厚度符合要求，保證混凝土的成樁質量。

(4）樁孔終孔后將鉆具提高20～50cm，采用大泵量泵入性能指標符合要求的新泥漿并維持正循環30min以上，直到清除孔底沉渣且使孔壁泥質、泥漿含砂量小于4%為止。

(5）鉆孔過程中根據地質情況控制進尺速度：由硬地層鉆到軟地層時，可適當加快鉆進速度；當軟地層變為硬地層時，要減速慢進；在易縮徑的地層中，應適當增加掃孔次數，防止縮徑；對硬塑層采用快轉速鉆進,以提高鉆進效率；砂層則采用慢轉速慢鉆進并適當增加泥漿比重和粘度。

6.2 雙護筒質量控制

(1）為確保汛期筒內不會由于水位上升而流入河內，一般情況下護筒比正常水位高出3.0m。

(2）水流作用在外護筒的沉入過程中會對其產生較大的作用力，容易出現傾斜或較大偏差，通常要借助導向架，在河床中下放導向架，利用振動錘的振動作用將導向架擊入河床中，其底部大約在河床1.5m以下，最好等待導向架狀態穩定。

(3）用裝設好的外護筒作為第一節的導向架，仍然采用振動錘向河床中壓入內護筒，其埋置深度與外護筒相比應至少深0.5m，而筒頂高度則超出0.5m，方便循環利用泥漿。

(4）為避免深水樁基礎施工中的護筒漏漿，施工中護筒的定位要準確，垂直度要好，嚴格按照計算的水頭差控制水頭高度；使用振動錘留振時間要滿足規范要求，預備大功率振動錘進行振動護筒，確保護筒嵌入河床深度。

(5）為減小內護筒與樁身混凝土之間的摩阻力，采用了對護筒內壁的凸起進行打磨、涂刷瀝青涂層的處理方案。

(6）護筒拔出過程中注意觀察混凝土下沉情況，如下沉量較大，應查明原因并處理后方可繼續進行。外護筒拔出時，必須滿足樁身混凝土已成形，有一定強度抗水流沖擊力，緩慢頂升，使外護筒松動后拔出，避免影響樁身混凝土質量。不得盲目起吊外護筒。

7 結束語

本施工方法采用的旋挖鉆孔工藝是在吸收各種成孔工藝優勢的基礎上發展起來的一種新型的灌注樁成孔工藝，該工藝由于采用非水介質取土成孔，鉆孔出土由鉆具直接帶出，不依靠泥漿輸送，大大減少了泥漿的使用，成孔速度快，工藝污染小，噪音低、振動小，大大減少了對環境的污染；而且，鉆機的安裝比較簡單，鉆頭拆卸方便，內外護筒的回收和循環利用，大幅減少了鋼材的消耗量，并避免了因殘留在水體或土體中的鋼材逐漸銹蝕而導致的環境污染，與當前整個社會所提倡的節能、環保精神相契合。