反循環配合旋挖鉆在樁基工程中的應用

文/ 楊樂 蔣冬芹

引言

中山東路（新津河-蓮鳳路）道路橋梁及配套工程PPP項目為2021年汕頭亞青會主會館與城市區的主干道，中砂大橋為該項目的控制性工程，橋梁樁基的順利施工顯得尤為重要。國內外學者對樁基成孔工藝、清孔工藝等已展開了較多的探討。裴迎春介紹了旋挖鉆的技術優劣及注意事項，并以之與反循環工藝進行對比分析。雷斌分析旋挖鉆孔工藝樁底沉渣過厚的原因，介紹了6種清孔工藝，并對比分析各種工藝的特點，提出了旋挖樁清孔工藝的優化選擇方法。單慧川對比分析了正循環沖擊鉆和反循環回旋鉆的鉆孔工藝及施工效果，就成孔質量、成孔效率、成本消耗等進行了詳細論述。

目前，對樁基鉆孔工藝及清孔工藝的研究較多，但對不同鉆機結合使用的研究較少。本文著重分析反循環配合旋挖鉆工藝的應用。該工藝較常規施工工藝能有效提高施工效率，保證成樁質量，為類似工程施工提供參考。

工程概況

中砂大橋全長1325m，主橋跨徑布置為80+180+80m=340m，全橋樁基共212根，其中φ1.2m樁基28根，φ1.8m樁基48根，φ2m樁基112根，φ2.5m樁基24根（主墩樁基），基礎型式均為群樁，樁基類型以嵌巖樁為主。

方案比選

樁基鉆進方案主要有三種：沖擊鉆、旋挖鉆、反循環；清孔方案主要有四種：泥漿正循環、泵吸反循環、氣舉反循環、無泥漿循環。將上述工藝優缺點列表1。

因旋挖鉆進尺速度最快，反循環鉆機自帶有氣舉反循環清孔設備，經綜合考慮工程的工期、造價要求，最終采用反循環配合旋挖鉆的施工工藝，由反循環鉆進土層，旋挖鉆進巖層，再由反循環清孔。

施工工藝

施工流程

1.施工準備。主墩樁基位于外砂河河道中，在樁基施工前，采用“釣魚法”打設鋼管樁基礎，并搭設鋼平臺。鋼平臺為上承式結構，為后續主墩樁基及承臺施工提供工作平臺。

2.測量放樣。根據設計圖紙要求，用全站儀坐標放樣法確定樁中心位置，為后續鋼護筒打設提供依據。

3.鋼護筒打設。主墩樁基直徑為2500mm，采用外徑2800mm，壁厚22mm，長度30m的鋼護筒，通過打樁船進行打設。

4.鉆機就位。受現場條件影響，鋼護筒定位時存在誤差，鉆機就位前需重新復核樁中心位置，及時做好標記，保證鉆頭中心與樁中心重合。

5.泥漿制備。樁基施工采用輕質環保化學泥漿。為提高泥漿的化學性能，適當添加相應材料，不同土質應采用不同性能指標的泥漿，泥漿比重、粘度應隨土樣大顆粒的增多而增加。

丙種球蛋白是一種由健康人血漿分離提取并經過病毒滅活處理的免疫球蛋白制品，屬于血液來源的生物制品。生物制品是很容易導致嚴重過敏反應的一類藥品。另外，一旦制造這種藥品的血漿受到污染，注射后感染傳染病如乙肝、丙肝等的概率極大，而且臨床中也不斷發現由于注射受污染的血液制品而感染的病例，所以，現代傳染病學認為丙種球蛋白不能大量、廣泛地在臨床上應用于免疫預防，更不能用于感冒這類小病的預防。臨床上對它的使用非常嚴格，僅用于某些嚴重疾病的治療，例如免疫缺陷病、大面積燒傷、嚴重創傷感染以及敗血癥等。

6.反循環鉆進。在鉆機安裝就位后，要檢查鉆機是否安裝平穩。采用減壓鉆進的方式施工，要根據不同地質情況，控制鉆機進尺和轉速，及時撈取鉆渣樣品，核實是否與地質剖面圖相符，同時關注護筒內水壓，保持護筒內水頭差，確保孔壁穩定。反循環鉆進至強風化巖層時，要進行鉆機設備更換，采用旋挖鉆繼續鉆進，采用反循環設備進行下一樁位的鉆進。

7.旋挖鉆入巖。由現場實踐可知，對于中風化巖層，同設備進尺效率比約為：旋挖鉆:反循環:沖擊鉆=1:0.33:0.25；三種設備每米進尺的單價比約為：旋挖鉆:反循環:沖擊鉆=1:1.15:0.39；反循環擴孔系數最小，約為1.04；旋挖鉆次之，約為1.06；沖擊鉆最大，約為1.16。

考慮工期的影響，要優先采用旋挖鉆鉆進巖層。旋挖鉆采用牙輪或截齒筒鉆取芯鉆進成孔，由于主墩樁徑為2.5m，需采取分級擴孔，擴孔級數為2級，按Φ1m、Φ2m和Φ2.5m分級成孔。

8.終孔、反循環清孔。經實踐證明，相同條件下正循環清孔時間約為反循環清孔時間的4倍。另，由于旋挖鉆鉆進過程中會產生較大的顆粒，所以采用氣舉反循環進行清孔。

當孔深達到設計標高后，旋挖鉆繼續進行下一樁位鉆進，要更換反循環進行清孔，下放反循環鉆桿，同時在反循環鉆頭上加設4根鋼絞線，以發揮掃渣的作用，保證清孔效果良好。沉渣厚度及泥漿指標滿足設計要求后，撤出反循環設備進行鉆孔復測。

9.孔徑、孔深、傾斜度復核。清孔完成后需對孔深、孔徑、鉆孔傾斜度進行再次復核，采用專用勘探設備進行檢測，檢測無誤后進行鋼筋籠下放。

10.鋼筋籠安裝。鋼筋籠采用長線法加工制作，分節倒運至施工現場。鋼筋籠下放前需再次復核樁中心，并通過樁基中心坐標反算樁頂鋼筋籠定位筋的長度，確保鋼筋籠安裝時，鋼筋籠中心與樁中心重合。

12.灌注水下混凝土。依據《JTGT/F50-2011公路橋涵施工技術規范》里首灌公式進行計算，確保首批灌注混凝土的方量應能滿足首次埋深（≥1m）和填充導管底部的需要。經計算，首灌方量約為8m3。

為保證首灌方量，首次灌注混凝土時，采用兩輛罐車同時灌注，單罐車放料速度為4m3/min；經現場實踐，當灌注1min時，料斗內混凝土不再滿布料斗底，料斗尺寸為5m。經計算可知，采用兩罐車同時灌注時，當料斗內混凝土不再滿布料斗底時，所灌注方量總為5+4*2=13方，滿足首灌方量要求。

首灌完成后按照導管埋深2～6m的要求繼續灌注混凝土，需保證混凝土灌注的連續性，直至灌注超出樁頂標高0.5～1m，此時完成樁基施工。

施工中的創新點

樁基礎系橋梁結構的隱蔽性工程，且是橋梁的主要受力結構，其高質量對整個橋梁工程尤為重要。本橋梁主橋樁基通過優化鉆孔、清孔工藝，保證了成樁質量及工程進度，改進首灌方式，提高了灌注混凝土的靈活性：

1.對于中風化巖層，旋挖進尺效率為反循環的3倍，故采用反循環配合旋挖的鉆進工藝，由反循環鉆進樁基上部的軟弱土層，旋挖鉆進以中風化為代表的堅硬巖層，保證進尺效率，提供進度保障。

2.旋挖終孔后，采用反循環鉆機并于鉆頭加鋼絞線的方式對樁底進行掃孔清孔，以控制沉渣厚度，保證成樁質量。

3.采用兩罐車同時放料的方式保證首灌方量，間接地減小了料斗的體積，提高了混凝土灌注的靈活性。

4.采用旋挖鉆進中風化，進尺深度5m需要約27h；采用反循環鉆進鉆機中風化，進尺深度5m需要約76h。對于主橋樁基，采用旋挖鉆替代反循環鉆進中風化，至少可節約工期約25天。

結語

樁基礎是橋梁工程的承重部位，其施工工藝的優質、高效十分重要。本工程通過采用旋挖鉆配合反循環的施工工藝，對樁基鉆進及清孔進行優化，同時改進了首灌方式，提高了混凝土灌注的靈活性，保證了工程進度，提高了工程質量，為后續類似工程施工提供了參考。