復雜環境樁基成孔施工實踐

林桂明

（福建第一公路工程集團有限公司，福建泉州362000）

0 引言

海靈橋橋梁中心樁號HLK0+895.000，橋梁長度32.04m，斜交角度115o，上部結構設置為預制混凝土簡支空心板梁。本橋橋梁寬度19.5m，樁基共有19 根，樁徑為1.2m，起點臺、1#橋墩、終點臺有效樁長均為10m，嵌巖深度5.4～10m，樁底巖層為微風化花崗巖，巖石表面層斜度較大，角度45～60o。橋面縱橫坡通過蓋梁、臺帽橫坡及橋面鋪裝的厚度共同調整，橋臺處設置D-40 伸縮縫，兩橋臺處設置L=6m 搭板。泉州臺商投資區內地形起伏復雜，地貌類型依次有花崗巖低山、紅壤臺地、圍墾地和沿海灘涂等。擬建橋址位于濱海沉積平原地帶的海靈大道舊路，路改橋，該橋左臨門頭溪，右臨海靈保通路，上空有高壓線，周圍有高壓鐵塔；地層地下水位較高，主要由現有道路路基結構層、雜填土、粉質黏土、中砂、微風化花崗巖。

1 復雜地質及環境施工難點

該工程特點：一是本項目為路改橋，海靈橋左臨門頭河溪，右臨保通路，橋梁寬度19.5m，場地狹小，工期緊，無法滿足多臺沖擊鉆等大型機械同時施工。二是地層中砂層的地下水位高，采用普通的人工挖孔施工方案在穿越砂層時，容易出現塌孔、不進尺現象，人工挖孔難于成孔；泥漿護壁鉆孔時間長時容易造成縮孔。三是斜巖夾角45～60o，在穿越土石交界面時，微風化巖面斜度在45～60o，斜度很大，大型沖錘沖擊巖面時，容易產生偏向偏孔。四是右臨海靈保通路，周邊有高壓鐵塔，孔樁上有高壓電線，限制了爆破作業及大型機械的安裝。五是嵌微風化花崗巖深度較長，強度高，施工難度大。六是右側為路改橋，修筑了海靈大道保通路，車輛密集，交通量大，道路太近，容易影響道路沉降及增加噪聲。

該項目的環境復雜，因此需要在施工前不斷探索適合該工程的成孔辦法。

2 成孔遇到的技術難點及解決問題技術方案比選

通過對復雜地質及環境存在的問題進行分析研究，提出幾種解決方案。經過分析與實踐，找到符合該項目的成孔施工方案，可以順利通過各地質層最終成孔。

2.1 開挖穿越砂層技術方案選定及施工結果

采用人工開挖很容易挖除2～6m 的雜填土、粉質黏土。到1～3m 厚度砂層，常規的開挖方法容易產生流砂現象；通過多種方法試驗，均未能順利通過，無法向下繼續開挖，致使無法成孔，甚至造成塌孔危險。面對該問題選擇了三個解決方案進行對比。一是注漿帷幕法工藝，優點是在干燥環境下能有效地固結地質，起到隔水封水作用，施工安全可靠；缺點是造價高，且在地下水位高的砂層地段注漿，滲透效果差，達不到預期效果。二是鋼護筒護壁工藝，優點是成樁時免受不良地質的影響，使成樁工作得以順利進行；但本項目周邊有高壓鐵塔，上有高壓電線，大型設備凈空不夠，限制了施工條件。三是沖擊鉆鉆孔工藝，優點是沖擊形成的泥漿孔壁堅固穩定，設備簡單，沖擊方便；缺點是在砂地質層較厚地段施工容易造成縮徑，本項目砍巖長度占樁長的55%以上，且圍巖強度高，鉆進成孔時間長，會造成砂層地段極易造成縮孔，甚至清孔時塌孔[1]。經過多種解決方案對比，選定采用人工挖孔加輔助工藝措施，即仿照鋼板樁對扣工藝，通過在護壁外環施打半竹片樁，使半竹片樁形成對扣，有效制止了流砂滲出，最后成功穿越了砂層，再用常規方法開挖。

2.2 穿越斜巖

本工程項目處在斜巖角度45～60o，斜巖段的成孔方案選擇是攻克孔樁成孔的重要因素。方案對比：

2.2.1 沖擊鉆鉆孔工藝，優點是在鉆錘的錘擊直徑內，在同一種地質層中，能有穩定的鉆進進度。缺點是在遇到地質條件巖面斜度太大時，孔樁在鉆進到土石交界面軟硬區別很大時，鉆頭面受力不均，極易產生偏孔，造成卡錘甚至掉錘，施工時間長，難度大；本橋橋址上有高壓線，鉆機擺設后安全高度不足，且斜巖角度在45～60o，鉆錘在同一深度軟硬區別很大，擊穿斜巖效果差，砍巖高成本、低效益，無法滿足施工進度要求。

2.2.2 人工挖孔工藝：具有施工機具簡單、無噪聲、無振動、造價低、能直接判斷持力層地質情況等優點，有效解決了場地小和高空限制的難題，同時大大改善周邊保通路的運行環境，又能把斜巖直接整體暴露在外，處理斜巖問題簡單、經濟、快速。

2.3 穿越長微風化硬質圍巖

本工程項目所在地微風化硬質圍巖長度長，嵌巖段的成孔工藝的選擇是樁基成孔的重心。方案對比：

沖擊鉆施工工藝在嵌巖地段的優點是在有裂隙或軟質花崗巖的沖擊進度效果好。海靈橋嵌巖為微風化花崗巖，硬度高，8.5～10m 嵌巖深度長，沖擊鉆沖擊時，錘牙磨耗極大，成本高，微風化花崗巖整體性強，巖石強度高，砍巖時無臨空面，鉆孔進度慢。而普通的人工挖孔工藝，優點是無噪聲、無振動、造價低。缺點是微風化圍巖強度高，人工開采不動，通常配合爆破作業成孔工藝。本項目上有高壓線，右臨車輛密集的保通路，限制了爆破作業，該工藝不能滿足施工條件[2]。

通過解決方案對比，采用水磨取芯施工工藝，即通過小型機具，沿樁基直徑外環連續取芯，在樁外側形成臨空面后，砍斷中間石柱成孔工藝，能有效地克服高強度、嵌巖深度長的微風化地層問題。如此循環操作至終孔，工期進度安全可控，同時也節約施工造價。

通過分析對各地層的施工方案的反復對比，最終選擇采用多種工藝相結合的人工挖孔工藝，即通過參考鋼板樁對扣工藝，采用半竹樁對扣輔助法施工工藝穿越砂層；將斜巖暴露在表面，直接破除；最后用水磨鉆孔取芯施工工藝通過硬質微風化花崗巖，最終成孔。

3 復雜地質成孔的作業技術要點

施工主要工藝包括：測量放樣，施工準備，孔樁開挖（半竹片樁對扣和水磨取芯結合工藝，要點詳述），出渣，單節成孔，護壁鋼筋安裝與支模，澆筑護壁混凝土，繼續循環開挖至孔底，樁底驗收，鋼筋籠制作與安裝，澆筑樁身混凝土，成樁。其中最主要的環節是混凝土成孔工藝和澆筑工藝。復雜地質成孔要點：

半竹片樁對扣工藝：在流砂層地段，為確保樁徑長度在進入砂層前的土層1.5m 范圍內，將護壁的直徑由D+300mm 慢慢過渡到D+400mm，澆筑好護壁。在進入砂層時先沿樁外以外斜角10o向下施打1m 長半竹樁（注意不占護壁位置），并使半竹樁與半竹樁形成對扣，有效制止了流砂流出問題；根據現場流砂及工人的配合情況，調整每環進尺縮短到0.3～0.5m，保證工人在孔內作業時成模，工人離開孔內后，安全穩定，及時安裝護壁鋼筋，澆筑護壁混凝土并用插搖鋼釬振搗密實；在半竹片樁地段，控制砂層開挖每循環到0.9m 深度時，必須及時鋼筋混凝土護壁成環，及時施打下一階段半竹片樁成環，防止與上一環半竹片樁存在空擋，保證半竹片樁與上一環的有效搭接，如此循環開挖直至穿越砂層段，每環及時復核樁孔垂直度和直徑并及時修正。

水磨取芯鉆工藝：第一步，取芯內直徑150mm，以樁基為中心點，以到取芯機中線為樁基的半徑，沿孔樁外徑以外一定斜角向下鉆孔后成環取芯[水磨機具高度1000mm，鉆機操作外緣超鉆芯80mm，計算斜交角度為（80+150/2）/1000=0.155,TAN(0.155)-1=8.8o]，確保合理的操作空間，同時不縮孔，取芯角度控制在10o內，固定支牢固。每孔每次取芯進尺長度0.6m，沿樁半徑取芯完后，中間形成獨立石柱。第二步，沿樁外圈取芯后的臨空面，連續4 處取芯孔，在孔1/5 下端放入鋼墊塊，再插入鋼楔，用大錘依次錘擊鋼楔，使巖體獲得一個水平沖力，進而拉裂獨立石柱，再通過葫蘆吊將其吊出。由于鉆孔取芯在樁基孔壁形成鋸齒狀條，為保證樁徑，通過復測孔位直徑，將侵占到孔內徑的鋸齒狀條鑿除進行糾偏。如此循環操作，直至孔底成孔，微風化巖石段落孔壁穩定，節約造價，免護壁支護。

人工挖孔工藝：為確保樁徑在進入砂層前的土層1.5m 范圍內，將護壁的直徑由D+300mm 慢慢過渡到D+400mm，澆筑好鋼筋混凝土護壁。按半竹片樁對扣工藝方法通過砂層后，露出圍巖斜巖角度45～60o，微風化花崗巖硬度高，用其他施工工藝處理起來復雜、成本高，選用多種工藝相結合的人工挖孔工藝將地下的斜巖露出在外，處理方式多、快、準；不僅解決了場地狹小問題，同時隔樁開挖，工作面多，進度快，人工挖孔無噪聲、無振動，為周邊的車輛運行提供了良好的環境。

圖1 輔助法人工挖孔立面示意圖

圖2 半竹片樁對扣示意圖

4 結語

在復雜環境條件下，通過方案對比解決場地條件和復雜地質條件困擾，優化施工方案，選擇采用半竹片樁對扣工藝穿越砂層，采用水磨取芯施工工藝通過硬質圍巖等多種工藝相結合的人工挖孔工藝，成功地攻克流砂層，高效地推進硬度高的圍巖層，同時人工挖孔有效地把很難處理的斜巖顯露出來而使問題得到解決。既順利地在復雜環境下通過各層地層成孔，又保證了周邊道路的穩定和降低噪聲，有效地克服了諸多復雜環境的施工難題。本方案施工進度快、施工安全、經濟效果好，在本工程實踐中切實可行，經檢驗獲得成功，灌注樁身質量優良，故此方案可為樁基施工提供參考。