沖擊鉆機與旋挖鉆機聯合成孔在水下大漂石河床樁基施工中的應用

周 宇， 周 勇， 唐海平

(成都建工雅安建設有限責任公司，四川雅安 625100)

鉆孔灌注樁因具有承載力高、造價低、施工無振動、無噪音污染、無擠土效應、對各種土層的適應性強等優點，故在各類工程中受到了廣泛應用[1]。目前，鉆孔灌注樁常用的成孔方法有：長螺旋鉆機成孔法、沖擊鉆機成孔法、旋挖鉆機成孔法和人工挖孔成孔法等。因長螺旋鉆機成孔法和人工挖孔成孔法具有明顯的施工局限性，而旋挖鉆機成孔法和沖擊鉆機成孔法相對具有眾多優點，因而是當下灌注樁最主要的2種成孔方式[2-4]。對于存在大漂石及地下暗流的河床中進行的樁基工程，選擇正確的施工方法是確保施工順利開展的關鍵。如采用單一的旋挖鉆機成孔法或沖擊鉆機成孔法，大漂石將成為旋挖鉆機成孔的一大障礙，而地下暗流的存在將導致沖擊鉆機成孔無法正常推進。沖擊鉆機與旋挖鉆機聯合成孔的成功探索[4-7]，為解決前述問題指明了方向。

1 工程概況

四川雅安熊貓綠島公園位于雨城區新老城之間的水中壩島上，占地面積為20.36 hm2，整體規劃為“一軸、一環、一帶、六片區”的空間結構。女媧補天雕塑是該公園的一個重要景觀節點，雕塑屹立于青衣江與周公河相匯處的江中，距水中壩島頭最前端堤岸約30 m。

女媧補天雕塑的高度約28.6 m，重約100 t。雕塑基礎采用9根直徑1 500 mm的沖孔灌注樁，樁長約20 m，樁端持力層為中風化泥巖，單樁豎向承載力設計值為2 500 kN，樁頂承臺尺寸12 m×12 m×2.5 m。

2 工程地質條件及水文地質條件

2.1 工程地質條件

根據本工程巖土詳勘報告，場地地層自上而下的情況為：

①層(粉砂)：黃褐色、青灰色，飽和，呈松散狀態。以長石、石英、角閃石礦物顆粒為主，含少量云母碎片。該層由于處于河床沖積，局部含泥量稍大。該層在該河段均有分布，厚度4.90～5.50 m，平均厚度5.13 m。層底埋深：4.90～5.50 m，平均5.13 m。

②層(塊石)：雜色。母巖成分以花崗巖、閃長巖為主，砂巖、白云巖次之，中—微風化。磨圓度好，呈亞圓形。粒間由粉土及砂土充填。按骨架顆粒含量、排列方式、接觸關系及N120超重型動力觸探試驗錘擊數，劃分為松散、稍密2個亞層：②-1層松散塊石：粒徑在20～80 mm之間，大者150 mm以上，含量約占總重的50%～55%。骨架顆粒絕大部分不接觸，排列十分混亂。該層在該河段均有分布，厚度1.30～3.30 m，平均厚度2.43 m。層底埋深：6.20～8.30 m，平均7.57 m;②-2層稍密塊石：粒徑在20～100 mm之間，大者400 mm以上，含量約占總重的55%～60%。骨架顆粒大部分不接觸，排列混亂。該層在該河段均有分布，厚度2.20～3.60 m，平均厚度2.83 m。層底埋深：9.80～10.90 m，平均10.40 m。

③層(泥巖)：棕紅色，泥質結構，層理構造，以黏土礦物為主，含次生石膏礦物晶體，局部夾薄層泥質砂巖。根據巖石工程性質及風化程度分為2個亞層：③-1層強風化泥巖：節理、裂隙很發育，結構面不清晰，含次生石膏礦物。巖芯破碎，呈碎塊狀。遇水易軟化，錘擊無回彈。RQD值一般不大于50%，巖體較破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。該層在該河段均有分布，厚度2.00～3.00 m，平均厚度2.53 m。層底埋深：12.50～13.50 m，平均12.93 m；③-2層中風化泥巖：風化裂隙較發育，結構面清晰，含次生石膏礦物。巖芯多呈中長柱狀，錘擊聲啞，暴曬后可見裂紋，RQD值在75%～85%，巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級。該層未揭穿，最大揭露厚度17.5m。

2.2 水文地質條件

勘察期間測得江水水位標高568.40 m，鉆孔位置江水水深2.00～2.90 m。由于受場地下游大興電站的影響，水位跌漲頻率高，漲落幅度約1.00～2.00 m。場地地下水類型為基巖中的裂隙水，基巖裂隙水賦存于白堊系上統灌口組(K2g)泥巖節理裂隙中，受青衣江江水補給。

3 工藝流程及操作要點

本工程灌注樁施工前，已從江岸向基礎施工區域搭設了鋼棧橋，并沿基礎四周搭設了棧橋平臺，沿樁基承臺四周布設了拉森鋼板樁圍堰，樁基施工作業主要在棧橋平臺面上完成。本工程采用沖擊鉆機與旋挖鉆孔相結合的成孔方法，其工藝原理為：旋挖鉆機成孔過程中遭遇大漂石時，利用沖擊鉆機將大漂石擊碎成小塊，再用旋挖鉆機繼續旋挖成孔。若再次遭遇大漂石，則再利用沖擊鉆機擊碎大漂石，如此反復進行，直至達到設計要求深度。在成孔過程中，同時使用3臺150 mm口徑大功率的抽水泵往孔內注水，減少失水率，保持孔內水位高度，降低塌孔風險。

3.1 工藝流程

本工程樁基成孔工藝流程為：①施工準備—②測量放樣—③埋設護筒—④安裝旋挖鉆機—⑤旋挖鉆機鉆進—⑥安裝沖擊鉆機(旋挖鉆進受阻時)—⑦沖擊鉆機擊碎大漂石—⑧安裝旋挖鉆機—⑨旋挖鉆機鉆進(若再次遇阻，則返回第⑥步)—⑩成孔。

3.2 操作要點

3.2.1 施工機具選擇

施工機具的配置對樁基施工的順利推進起著至關重要的作用，選擇合適的施工機具是實現各項施工目標的前提。綜合考慮本工程的場地條件及工期要求，配備了2臺沖孔鉆機、1臺旋挖鉆機、1臺50 t吊車裝載機，并按要求配備了泥漿泵、鋼護筒、導管、儲料料斗等設備。

3.2.2 樁位的測量放樣

采用全站儀坐標法來進行樁的中心位置放樣，放樣后四周設護樁并復測，測量放樣誤差控制在5 mm以內。

3.2.3 護筒的埋設

護筒的作用為固定樁位，引導鉆頭方向，隔離施工層面水流入孔內，保證孔內水位高出地下水位或施工水位，增加水頭高度，保護孔壁不坍塌，確保成孔質量。

護筒選用整體式鋼制護筒，壁厚10 mm，高度11～18 m。為了增加護筒的剛度，防止周轉使用中的變形，在護筒的上口和中部外側各焊一道加勁肋。在埋設護筒時，護筒的頂端均高出地下水位2.0 m以上，以增加孔內水頭壓力。

護筒的埋設采用振動錘來完成。在護筒下埋施工過程中，振動錘必須平穩，并確保護筒頂面的平面位置居中，盡可能避免因偏心造成護筒產生偏斜。同時采用水平尺嚴格控制好護筒的垂直度，根據相關規范，灌注樁成孔的垂直度允許偏差為1%[8]，故應力求鋼護筒垂直埋入。若一旦發現有偏斜的趨勢，應馬上進行糾正，將可能發生偏斜的不利因素消除在萌芽狀態。由于鋼護筒的埋設對成孔質量的影響極大，且規范要求護筒中心與樁位中心的偏差不得大于50 mm[8]，故鋼護筒埋設作業應在白天進行，便于發現問題及時校正和處理。

3.2.4 旋挖鉆機就位

旋挖鉆機底盤為伸縮式自動整平裝置，并在操作室內有儀表準確顯示電子讀數，當鉆頭對準樁位中心十字線時，各項數據即可鎖定，勿需再作調整。鉆機就位后，鉆頭要垂直、對中，鉆頭中心和樁中心應力求對正、重合，誤差控制在20 mm以內。

3.2.5 沖擊鉆機就位

沖擊鉆機平整、穩固地架設在鉆孔的一側的鋼棧橋平臺上，鉆機支承墊木不得壓在樁基承臺四周的鋼板樁圍堰之上。為防止施工過程中鉆機移位，設置多個木楔子進行限位。

3.2.6 旋挖鉆機鉆進

鉆孔施工過程中，必須如實填寫鉆孔施工記錄，并注意地層變化，若發現地質情況與地勘報告不符，應及時通知監理單位和設計單位，以便做出相應處理。

控制初期鉆進速度，在孔深4.0 m以內時不超過2 m/h，以后不超過3 m/h。隨時檢查鉆孔的垂直度和護筒、鉆機的位置，防止孔位偏斜。鉆進過程中還要注意泥漿高度，缺漿時應及時補漿，防止孔壁坍塌。同時，應確保鉆孔連續進行，因故停鉆時，應將鉆頭及鉆桿提出至孔外以防埋鉆，并注意保持孔內泥漿比重。如發生塌孔等異常情況，應仔細觀察，分析并查明原因，及時與監理、設計、地勘等單位取得聯系，采取有效措施予以處理。

鉆至設計深度時，要與監理工程師在現場共同判斷是否停止繼續鉆進，并準確測定孔深，以此作為終孔標高的依據。

3.2.7 沖擊鉆機施工

本工程沖擊鉆機的主要作用為擊碎旋挖鉆機施工中可能遇到的大漂石，協助旋挖鉆機順利成孔。因此，在沖擊鉆機施工時應著重控制鉆機的沖程，宜用小沖程，防止沖程過大引起孔底振動過大而塌孔，并適當提高泥漿的粘度。同樣，因故停鉆時，嚴禁鉆錐留在孔內，以防埋鉆。

3.2.8 清孔

鉆孔的深度、直徑、位置和孔形直接關系到成樁質量。為此，除了鉆孔過程中密切觀測、監督外，在鉆孔達到設計要求深度后，應及時對孔深、孔位、孔形、孔徑等進行檢查。在終孔檢查完全符合設計要求時，應立即進行孔底清理，避免隔時過長以致泥漿沉淀，引起鉆孔坍塌。

4 結束語

本工程位于青衣江中，樁基施工面臨大漂石及地下暗流等不良地質情況，采用沖擊鉆機與旋挖鉆機聯合成孔的施工工藝，順利完成了樁基成孔作業，為后續樁基混凝土澆灌、承臺及上部雕塑主體結構施工奠定了基礎。樁基混凝土澆灌后，按規范要求進行了承載力和樁身完整性檢測，所有基樁均達到了合格及以上標準。本工程沖擊鉆機與旋挖鉆機聯合成孔的施工工藝體現了特點：本施工工藝是結合了沖擊鉆 機成孔與旋挖鉆機成孔工藝的優勢得到的一種新型施工工藝。利用本施工工藝，成功地在河道中實施了存在大漂石及地下暗流的大直徑鉆孔灌注樁工程施工，既確保了施工安全，又保證了施工進度和質量，還節省了大量人工和材料，取得了良好的經濟效益和社會效益。由于本施工工藝安全可靠，且施工速度快、施工質量好、土層適應性廣，并具有良好的經濟性，因此可供具有類似地質條件的房屋建筑工程、公路工程、鐵路工程等各類鉆孔灌注樁基施工時參考與借鑒。