大直徑全護筒嵌巖式樁基礎成孔施工技術

張盛

（中國土木工程集團有限公司，北京 100038）

1 工程概況

2 工藝選擇

2.1 常用成孔方式

根據不同類型地質條件，常用樁基成孔方式與適用條件見表1。

表1 常用樁基成孔方式與適用條件

2.2 成孔方式選擇

大橋位于海域，橫跨2 條航道，因澳門為旅游城市，環境保護要求嚴格，工程施工環保標準非常高。為避免施工對環境造成污染和破壞，樁基施工時避免使用泥漿護壁成孔工藝，采用清水成孔工藝（即干作業成孔）。所有樁基采取全護筒施工方式，護筒沉放至風化巖層或其他穩定巖層。

工程地質勘探資料顯示，大橋兩端場地為人工填海形成，砂類土層較厚，中間區域為海域，淤泥土層、砂土層、黏土層較厚，樁端要求嵌入中風化巖層。通過綜合考慮市場施工資源、設備施工效率、成樁質量等因素，樁基施工在中風化巖層以上覆蓋層部分采取沖抓方式鉆進，樁端進入中風化巖層部分采取反循環鉆進成孔（Reverse Circulation Drilling，RCD）方式。

3 主要施工工藝

3.1 鉆孔設備選型

樁基施工采取全護筒。常用沉放護筒設置包括振動錘、搖管機、全回轉鉆機，結合工程地質情況、環保要求和設備施工效率分析，考慮到工期緊張和樁基作業場地受限原因，項目選用搖管機來沉放鋼護筒，采用履帶吊配合抓斗和沖錘協同鉆進。待鉆孔至持力層基巖面時，使用RCD 機磨巖并達到設計嵌巖深度。

3.2 鋼護筒選材

由于樁徑大、樁身長，沉放鋼護筒需穿過較厚地層至穩定巖層，在鉆進過程中護筒所受扭矩大，容易發生變形和屈曲，故而護筒的材料、厚度及施工方法將直接影響成孔質量。根據護筒直徑（最大直徑3 m）、設備施工扭矩（最大扭矩11 000 kN·m）、沉放深度（最大深度103 m）、土體對護筒的摩擦阻力（土層平均重度19 kN/m3、均勻分部側阻力比0.99、底端阻力比0.01）等參數進行計算，并與施工經驗數值比較分析，可以得出鋼護筒各項參數取值。

在沉放鋼護筒時，由于底節鋼護筒需切割土體并鉆進，受力較大，故而底端1～1.5 m 鋼護筒壁做加厚處理，并在護筒底部設置合金刀頭。

3.3 主要施工步驟

3.3.1 臨時棧橋和平臺搭設

在海域作業區域沿橋梁方向搭設作業平臺和臨時棧橋，然后與陸地相連作為施工通道。臨時棧橋寬8 m，標準跨度15 m，使用800 mm 直徑鋼管樁、1.5 m×3 m 的標準貝雷片和型鋼搭設，橋面由拉森鋼板樁鋪設而成。樁基施工作業平臺所用材料與臨時棧橋用材料相同，橋面用10 mm 厚鋼板鋪設而成。

3.3.2 定位放線

依照設計圖測定樁位及地面高程，將基樁點位坐標值于現場使用全站儀進行放樣。在距樁位中心2 m 位置固定3 個坐標控制工具，以便在護筒鉆進時檢查護筒是否偏移。鉆進過程中用水平尺檢查套管壁垂直度。

3.3.3 鉆進取土

1）在已開出樁位坐標的位置安裝鋼護筒，使用重型液壓搖管機將第1 節護筒帶入足夠的深度直至風化花崗巖或其他穩定地層。在土層掘進過程中，鋼護筒底部應保持低于鋼護筒內的泥面2 m 以上的間距。

2）用吊機配合抓斗在鋼護筒內挖掘。鋼護筒以焊接方式連接。樁孔開挖施工過程中，護筒每鉆進5 m，即檢查套管偏移量及垂直度。如護筒偏移量和垂直度超出允許范圍，需將已開挖樁孔用合適的材料回填，拔出護筒，然后重復上述步驟。

3）挖掘過程中，遇有地下障礙或石塊，使用沖錘鑿除并用抓斗取出石渣。到達巖層以后，使用RCD 方法進行嵌巖鉆進，鉆頭從鋼護筒內安裝至巖面標高。RCD 鉆機安裝于套護筒頂部，用液壓夾或其他特殊連接件組裝鉆桿，鉆機頂部動力水頭通過重型鉆桿驅動底端鉆巖鉆頭鉆進，鉆出的石屑泥漿通過氣舉反循環系統泵送到地面水箱內進行沉淀，沉淀水再循環注入樁孔內以補充水壓。

3.3.4 氣舉清孔

當鉆至符合要求的孔底時，用氣舉清孔方法結合護筒內持續注入強大水壓來清除樁孔底部巖屑。清孔過程中，收集水樣以判斷清孔是否干凈，氣舉清孔的導管底部距離樁底距離100～200 mm。清孔過程中注意觀察護筒頂部標高是否變化，仔細檢查護筒內水位是否維持在正常標高以內。

3.3.5 超聲波測試

鉆孔灌注樁在安裝鋼筋籠前必須對樁孔進行超聲波測試，超聲波測試儀器探頭沿樁孔垂直下降至樁孔底，過程中發射超聲波至樁孔壁并接收反射波，以測定樁孔的直徑、垂直度及整樁尺寸等。

3.3.6 鋼筋籠制作與安裝

1）為減少樁基上部結構施工時鑿除樁頭工作量，在制作鋼筋籠時，鋼筋籠頂部伸入上部結構的鋼筋均采用PVC 管包裹，避免鋼筋與混凝土接觸。鋼筋籠內徑每2 m 設置1 個加強箍筋，與縱向主筋用U 形加強筋連接加固，每根縱向主筋至少有4 個加強箍筋與U 形加強筋連接加固，以加強鋼筋籠的整體穩定性。

2）鋼筋搭接受拉區采用機械連接方式、受壓區域采用U形加強筋搭接。綁扎好的鋼筋籠用吊機吊運組裝，2 節鋼筋籠之間每根鋼筋用4 個U 形加強筋連接加固。

3）鋼筋籠內的聲測管和取芯管應固定在鋼筋籠加強箍筋上，聲測管距離樁底0.2 m，取芯管距離樁底1 m，測試管底部用2.5 mm 厚鋼板燒焊密封。所有預埋管都應在澆筑混凝土之前進行水封，聲波管及取芯管間以焊接方式連接。

3.3.7 混凝土澆筑

1）混凝土澆筑采用水下導管澆筑法，導管直徑273 mm。

2）安裝灌漿導管時，導管底部下至距樁底≥200 mm 位置，灌漿導管頂部與灌漿漏斗牢固連接，導管及灌漿平臺需安全固定在鋼套管頂部。

3）在初次混凝土澆筑時，在護筒內灌注2 m 高度與樁身混凝土相同等級的水泥漿，灌完水泥漿在導管上部使用隔離球隔離導管內水與水泥漿，之后開始澆筑混凝土。

4）澆筑過程中，灌漿導管底部埋深應保持＞2 m，每次拆管時要迅速連貫。要準確測定孔內混凝土上升速度，控制好導管提升速度。嚴禁把導管底端提出混凝土面，避免造成斷樁。

5）每澆筑一攪拌車混凝土應測量孔內混凝土面標高，提拔導管時要準確測算埋管深度。混凝土澆筑工作接近完成時，要加強樁頂標高的測定，可用測錘尺量度混凝土面標高，以＞1 m樁頂標高為宜。混凝土澆筑完畢，立即拆除導管并清洗管內殘留物，做好保養[1]。

4 成孔過程中孤石及地質夾層處理方法

4.1 施工過程中在樁基中上部位置遇到孤石的處理方法

1）當孤石體積小于樁徑且厚度較薄時，采用沖錘破碎法。利用沖擊動能破碎巖層，再用抓斗把護筒底部的碎石清走，繼續下放護筒。

2）當孤石巖層體積和厚度較大，則采用RCD 鉆機鉆進和沖錘相互配合方法施工。先用RCD 機鉆孔鉆進，然后采用沖錘將巖石破碎，使用抓斗清除碎石后，繼續下放護筒。

4.2 臨近入巖段出現夾層處理方法

1）有夾層出現且厚度薄，鉆機操作員需留意鉆巖速率的變化，收集此處清出的巖樣，石質正常不會出現跳鉆現象。鉆進速率和巖樣取樣無異常、無流沙，則無須處理，繼續鉆巖。此種工況，鋼護筒入夾層上部硬巖30 cm，不繼續跟進，不穿過夾層。為保證工程質量，鋼護筒底部與巖石界限之間的距離應控制在4 m 范圍內。

2）有夾層出現且厚度較大，鉆機操作員需留意鉆巖速度的變化，加密巖樣收集頻率，每隔0.5～1 m 取巖樣觀察。若鉆進速度突然加快及收集的巖樣石質變差并伴有泥沙涌入的情況，經確認后停止鉆巖。移走RCD 鉆機，進行水泥漿灌注封閉夾層，將夾層空隙填滿，目的是有效封堵夾層，阻斷樁孔外泥沙的流入。待24 h 水泥漿凝固后重新鉆巖。此種工況，鋼套管入夾層上部硬巖30 cm，不繼續跟進，不穿過夾層。

5 結語

嵌巖式樁基承載能力要優于摩擦型樁基，可有效減少樁的數量，有利于控制工程成本。樁基施工中采用全護筒方式，可避免樁基常規泥漿護壁鉆孔工藝中易出現的塌孔情況，樁身施工質量顯著提高。