旋挖鉆與回旋鉆組合施工工藝在大直徑超長樁中的應用*

胡 堯，劉 注

(1.江蘇省交通工程建設局，江蘇 南京 210000； 2.中交路橋華東工程有限公司，上海 201210)

0 引言

隨著橋梁施工技術的不斷進步，大直徑超長樁基礎在大型橋梁中應用越來越普遍。目前成熟的樁基成孔施工工藝有人工挖孔施工、沖擊鉆成孔施工、回旋鉆成孔施工和旋挖鉆成孔施工4種施工工藝，大直徑超長樁基礎一般采用回旋鉆成孔施工和旋挖鉆成孔施工。回旋鉆成孔施工費用低、適用范圍廣、孔身垂直度高，但成孔效率低。旋挖鉆成孔施工效率高，成孔速度快，但在超長樁基礎中應用較少，容易出現斜孔，成孔質量不易保證[1]。如何充分發揮回旋鉆成孔和旋挖鉆成孔兩種不同施工工藝優點，在保證成孔質量的前提下提高成孔效率，對大直徑超長樁基礎施工具有重要意義。

本文以龍潭長江大橋北塔樁基礎施工為背景，對大直徑超長樁基礎分別采用回旋鉆成孔和“旋挖鉆引孔，回旋鉆接力鉆進至成孔”兩種施工工藝進行對比分析，最終確定了“旋挖鉆引孔50m，回旋鉆接力鉆進至成孔”的組合施工工藝，解決了大直徑超長樁基礎單一采用旋挖鉆成孔深度不足和成孔質量控制難度大，以及單一采用回旋鉆成孔效率低的問題，為類似工程的建設提供了參考。

1 工程概況

龍潭過江通道工程線路起自儀征境內江北長江大堤，向南跨江，經南京龍潭，止于與338省道交叉處，路線全長約5km，跨江主橋采用主跨1 560m 單跨鋼箱梁懸索橋。

北塔設計采用摩擦樁基礎，以弱膠結含礫砂巖作為基礎持力層，行列布置52根φ2.8m樁基，樁長92m，屬典型大直徑超長樁，如圖1所示。

圖1 北塔基礎構造(單位：cm)

本工程橋址位于長江灘涂區，地面以下130m范圍內均以中風化粉砂質泥巖為主，夾雜粉質黏土、中風化粉砂質泥巖、疏松砂巖、中風化砂巖、弱膠結含礫砂巖等，樁端持力層(標高-92.000m處)均為弱膠結含礫砂巖。北塔樁基頂面高程為±0.000， 地質柱狀如圖2所示。

圖2 北塔基礎地質柱狀示意

2 成孔方案比選

2.1 回旋鉆成孔

根據設備最大鉆進深度和孔徑，選擇投入5臺ZJD4000-350型全液壓氣舉反循環回旋鉆機進行成孔，回旋鉆采用刮刀鉆頭進行鉆進。首輪5根樁基最短成孔時間300h，最長成孔時間345h，具體成孔時間及成孔質量如表1所示。

表1 首輪樁基成孔時間及成孔質量

從首輪5根樁基成孔時間和成孔質量統計情況可知，回旋鉆成孔質量可靠，孔身垂直度偏差遠小于規范要求的1%。但回旋鉆成孔效率低，最短成孔時間也需300h，遠遠滿足不了10d灌注1根樁的計劃要求，故采用單一回旋鉆成孔方案不可取。

2.2 旋挖鉆與回旋鉆組合成孔

為提高樁基成孔效率，根據成孔直徑選擇投入一臺SWDM550旋挖鉆機進行引孔作業，引孔深度70m。旋挖鉆機引孔完成后，由回旋鉆接力鉆進至成孔。36號樁基采用組合成孔施工工藝后，旋挖鉆引孔時間27h，回旋鉆接力鉆進時間108h，合計成孔時間僅需135h，成孔垂直度偏差1.2%。

由首根36號樁基采用組合成孔施工工藝情況可知，組合成孔施工工藝能顯著縮短樁基成孔時間。但受旋挖鉆自身性能影響，在地面以下50m范圍孔身垂直度明顯下降，垂直度偏差超過了規范1%的要求，需要進行掃孔處理。掃孔大大延長了樁基施工時間，且帶來較大質量風險。為了兼顧成孔質量和成孔效率，項目最終采用了旋挖鉆引孔50m，回旋鉆接力鉆進至成孔的組合施工工藝。

3 組合成孔施工工藝流程及注意事項

組合成孔施工工藝重點在于成孔的連續性，旋挖鉆引孔后等待時間不宜過長，否則極易引起塌孔事故發生[2]。因此需合理安排旋挖鉆引孔時間，盡量在引孔完成2d內進行回旋鉆接力鉆進。

3.1 旋挖鉆引孔施工

1)旋挖鉆引孔前準備工作 ①準備成孔施工相關工具，如泥漿三件套、pH試紙、渣樣盒、鋼絲測繩等；②儲備造漿、調漿材料，如膨潤土(造漿)、CMC(增黏劑)、純堿(調節酸堿度)等；③對鋼護筒垂直度進行測量驗收，鋼護筒垂直度需≤1%；④旋挖鉆機就位，鉆機定位要準確、穩固，鉆機鉆桿中心線、回旋盤中心線、護筒中心線應保持在同一直線；⑤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，機座要平整，機塔要垂直，轉盤(鉆頭)中心與護筒十字線中心對正，就緒后注入合格的優質泥漿，開始鉆孔。

2)旋挖鉆引孔施工 ①旋挖鉆機配直徑2.8，2.0m鉆頭各一個，鉆頭高度1.0m，引孔作業首先采用直徑2.0m鉆頭進行鉆進，鉆進深度50m，然后更換2.8m鉆頭進行擴孔鉆進；②鉆進過程中采用孔外造漿對孔內泥漿漿液進行補充，確保水頭壓力；③旋挖鉆機工作時在原地作整體回轉運動，鉆進約3～5min提鉆一次傾倒鉆渣，施工平臺設置型鋼渣箱，渣箱裝滿后及時將鉆渣轉運至棄渣場。

3.2 回旋鉆接力鉆進施工

1)回旋鉆接力鉆進前準備工作 ①測量鉆頭直徑、鉆頭長度、鉆尖長度、鉆桿直徑、鉆機高度，并做好詳細記錄；②測量鉆孔平臺標高，作為測量孔深基準面；③回旋鉆機平面限位焊接，防止鉆進至堅硬巖層時，機身移動導致錯臺；④對鉆機和配套設備等進行全面檢查，確保設備平面位置、垂直度及設備性能等滿足設計、規范及使用要求后方可鉆進作業。

2)回旋鉆接力鉆進施工 ①采用ZJD4000型回旋鉆機配2.8m刮刀鉆頭接力鉆進，鉆進前緩慢掃孔至引孔標高，防止直接接力鉆進導致接頭錯臺；②鉆進過程中每6h檢測一次泥漿指標，若泥漿指標檢測不合格應停止鉆進，待泥調整合格后方可繼續鉆進；③鉆進過程中對照地質圖，每隔3m以及地層變化處進行巖樣取樣；④終孔后采用鉆機氣舉法換漿清孔，第1次清孔泥漿指標滿足要求后，提鉆進行超聲波檢孔。第1次清孔后泥漿性能指標應滿足設計及規范[3]要求，如表2所示。

表2 泥漿性能控制指標

3.3 組合成孔施工注意事項

1)旋挖鉆鉆進時產生的反力較大，須確保鉆孔平臺承載能力滿足要求。

2)開鉆前提前計劃樁基施工順序，相鄰2根樁不得同時開鉆，以免擾動孔壁，發生串孔事故。

3)開鉆前需儲備足夠數量的優質泥漿，如發生漏漿情況，及時補充泥漿，確保孔內水頭高度始終高于孔外水頭高度，防止坍塌事故。

4)砂巖地層鉆進時，需減壓鉆進，放慢鉆進速度，從而減小鉆機抖動，避免孔徑變大，防止混凝土灌注過多。

5)在地質變化處減速鉆進，反復進行掃孔，防止產生錯臺。

6)旋挖鉆引孔完成后，采用超聲波檢孔儀進行孔身垂直度檢測。若發現孔壁傾斜，回旋鉆接力時，需從傾斜處開始掃孔，糾正孔身垂直度，避免回旋鉆順著傾斜孔壁鉆進，導致傾斜度偏差超過設計及規范要求[4]。

7)旋挖鉆引孔須離已成孔樁基10m以上，防止旋挖鉆鉆進擾動地層，導致已成孔樁基發生塌孔，造成嚴重質量事故。

4 組合成孔施工工藝應用效果

采用回旋鉆成孔時，單根樁基施工時間需要15d，計劃需要130d才能完成全部樁基施工。采用旋挖鉆引孔50m、回旋鉆接力鉆進至成孔組合施工工藝后，單根樁基施工時間僅需8d，累計84d完成了全部樁基施工，較計劃工期提前46d完成了全部樁基施工，施工效率大大提高。

9號樁基采用了組合成孔施工工藝，孔身垂直度偏差為0.45%，滿足規范要求，成孔質量可靠。

5 結語

大直徑超長樁基礎在大型橋梁中扮演著重要的角色，其施工方法多樣，但無論是采用旋挖鉆成孔，還是采用回旋鉆成孔，均有其不足之處。龍潭長江大橋北塔樁基礎施工過程中通過對不同成孔工藝進行比較，取長補短，進行工藝組合，彌補了兩種成孔工藝的不足，充分發揮了旋挖鉆鉆進速率快、回旋鉆鉆進深度大和成孔質量高的特點，在保證超長大直徑樁成孔效率的同時保證了成孔質量，為今后類似大直徑超長樁施工提供了借鑒。