上軟下硬地層旋挖鉆潛孔錘聯合套鉆成孔施工技術

摘 要：地鐵圍護結構施工，適用于上軟下硬地層中鉆孔灌注樁成孔施工，上軟下硬地層旋挖鉆潛孔錘聯合套鉆成孔施工技術了成孔質量、提高了施工安全性、降低成本、有效縮短圍護結構施工工期。

關鍵詞：上軟下硬地層；鉆孔灌注樁；施工工藝

中圖分類號：U452" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）09-0004-03

1 工程概況

青島地鐵15號一期工程，始發井（兼軌排井）位于金水路與黑龍江中路交叉路口東北側的公園內。起訖里程為：YK12+948.349～YK12+978.663。豎井基坑結構尺寸為32.7 m×24.95 m。基坑支護型式為：上部采用鉆孔樁+內支撐/錨索支護，下部采用鋼管樁+錨桿/錨索支護；上部吊腳樁樁外采用TRD止水帷幕。豎井主體結構為三跨折線拱形框架結構，尺寸為30.3 m×22.55 m，頂板埋深22.2 m。頂板厚度1.3 m，底板厚度1.2 m，墻厚度1.0 m，隔墻厚度0.5 m。

始發井大、小里程端雙線均接礦山法始發洞。盾構始發導洞采用C45P12混凝土襯砌。TBM始發洞初支完成后，TBM空推并拼裝管片通過礦山法段。豎井一期施工，主要施做豎井內結構，為盾構、TBM始發創造施工條件。鉆孔樁采用1000@1500/1400 mm，共80根，樁長19.5 m/28.1 m（因地質條件不同），樁身強度為C30水下混凝土。根據鉆探揭示地層情況，鉆孔灌注樁主要鉆進地層為素填土、粉質黏土、含粘性土礫砂、強-微風化花崗巖。地質剖面示意見圖1。

2 方案選擇

2.1 原方案

根據設計提供的地質資料及巖石強度采用旋挖鉆機進行鉆孔灌注樁施工。

2.2 優化方案

試樁過程中強風化花崗巖以上地層旋挖鉆鉆進速度快，進入中風化花崗巖巖層后鉆進速度迅速下降，按此推算將嚴重影響施工進度。

市場調研發現，潛孔錘對硬巖段鉆進速度快。采取旋挖鉆機潛孔錘聯合套鉆成孔施工技術，加快鉆孔灌注樁施工進度。

3 工作原理

在孔口先安裝短護筒，利用旋挖鉆機在第四系和強中風化巖層中直接鉆進成孔。當旋挖鉆機在巖層中鉆進困難時，移開旋挖鉆機，用拔樁機更換長護筒，將氣動潛孔錘鉆機就位進行沖擊鉆孔。在下部硬巖地質潛孔錘鉆進過程中，讓高壓空氣沿鉆桿輸送至鉆頭，高壓風驅動沖擊器內的活塞作高頻往復運動，鉆頭在大功率沖擊功的作用下，連續對孔底巖石進行沖擊成孔。以鉆頭沖擊破碎巖石取代切削巖石，形成體積破碎。在潛孔錘鉆進的同時，大部分被破碎下來的巖屑被高壓氣體吹離孔底，并排出孔口，其余部分鉆渣由旋挖鉆機清理干凈。

4 工藝流程

本工程采用干法作業成孔灌注樁工藝[1]。施工中采取跳樁施工，以免破壞相鄰已完成的樁。工藝流程如圖2。

5 施工方法

5.1 施工準備

具體準備工作有以下4點：①先調查施工范圍內有無地上、地下管線和構筑物，確認孔位無障礙物后方可施工。②進行施工專項技術安全交底，讓每一位參與施工的人員了解施工工藝、控制要點和施工風險。③施工現場采用反鏟挖掘機平整，承載力不足部位換填碎石，以滿足設備的承載力要求。④使用前對機械器具進行檢查，保證施工的順利進行。

5.2 測量樁位

依據設計圖紙，計算出各樁位的坐標數據，然后采用電子全站儀，根據轉至場內并經復測的控制點位，利用十字放樣法測設出將要施工的樁位，并經三方及監理單位復核，施工樁位采用鋼筋節打點，確保樁位準確。

5.3 鉆機就位

將鉆機鉆頭中心與設計樁位中心對準，定位誤差不大于20 mm，調整鉆機垂直度參數使鉆桿豎直。鉆機就位后，測放鉆機平臺標高，用于鉆孔時孔深計算及測量。

5.4 鉆孔

安裝旋挖鉆機擴孔鉆頭鉆，埋設鋼護筒。開鉆前申請報驗，經測量人員對鉆頭直徑、鉆機對中及水平檢查驗收合格后方可開鉆。測量原始地面及鉆機平臺標高，計算出所需鉆桿長度從而控制孔底標高。

鉆孔時，起、落鉆頭的速度均勻，不過猛或驟然變速。當鉆頭下降到一個進尺深度后，旋轉鉆斗并施加壓力，將土擠入鉆斗內，儀表自動顯示筒滿時，鉆斗底部關閉，提升鉆斗將土卸于堆放地點。通過鉆斗的旋轉、削土、提升、卸土，反復循環直至成孔。

鉆孔作業要保持連續進行，并詳細填寫各地層鉆孔施工記錄，以備指導后續樁基施工。因故停鉆時，將鉆頭提出孔外，防止埋鉆。

在地層變化處抽取渣樣，判明地層情況并與地質剖面圖比較。如實寫入鉆孔施工記錄，當鉆孔地質與設計明顯不同時，及時向現場負責人報告。要經常注意檢查鉆機位置和鉆桿垂直度，保持在允許偏差范圍內。由運輸隊伍將多余渣土運輸到指定渣場。

5.5 長護筒埋設

旋挖鉆機鉆至硬巖地層無法鉆進時，更換長護筒，防止軟土地層塌孔，準備潛孔錘施工。

長護筒埋設應準確、穩定，護筒中心與樁位中心的偏差不得大于50 mm，傾斜度不大于0.5%。利用打拔機埋設鋼護筒，護筒內徑比樁徑大10 cm，護筒頂面高出施工地面30 cm。根據地質條件，為確保富水砂層施工質量，采用長護筒，護筒長度為11 m和15 m。若遇地質不良情況，護筒埋深根據現場地質實際情況進行調整，確保隔斷砂層地下水。

5.6 二次鉆進

旋挖鉆機鉆至截齒鉆頭無法鉆進時，立即更換潛孔錘頭接力沖擊成孔，即旋挖鉆機鉆進至中風化巖石，微風化巖石采用潛孔錘鉆進。

采用潛孔錘接力鉆進施工要點如下：準備型號為XR360E氣動潛孔錘鉆機1臺，空氣壓縮機4臺，單臺排氣量29 m3/min，單臺工作壓力2.5 MPa，滿足鑿巖排渣需要。先啟動空氣壓縮機，當氣壓達到10 MPa時（根據現場實際調整），潛孔錘邊旋轉邊振動，開動鉆機動力頭進行沖鉆。邊沖擊邊旋轉至設計樁底標高，鉆孔同時利用高壓風將沖擊后的巖渣吹出孔口。為防止偏孔，初入微風化花崗巖1 m內時采取慢速沖擊。在此成孔過程必須加強防護措施，確保鉆渣不能污染周邊環境。

5.7 清孔

鉆進到設計標高時，利用氣動潛孔錘產生的氣壓清孔5 min，將沖擊后的碎裂巖渣吹出孔口。委派專人在鉆進過程中及時清理孔口周圍碎渣，確保地面渣土不超過護筒頂進入孔內。移開潛孔錘，利用旋挖鉆斗齒清孔（見圖4），清孔后，孔底沉渣不大于10 cm。

5.8 成孔檢查

鉆孔完成后，立即利用測繩對孔深進行檢查，利用超聲波對成孔質量進行檢測，主要檢測指標有孔徑、垂直度、周邊光潔度及沉渣厚度，如有情況及時處理。

6 質量控制

6.1 成孔質量控制

質量控制措施有以下4點：①為確保成樁質量，施工中采取跳樁施工。②護筒埋設深度要穿越富水砂層，避免地下水流入孔內。如有孔內積水，抽排干凈后再澆筑。③在鉆孔過程中，為了控制鉆桿垂直度，進尺速度不能太快，以避免鉆頭空轉孔壁造成擾動而塌孔。④下放鋼筋籠要保持孔位居中，速度不能太快，避免碰撞孔壁，增大沉渣厚度。鋼筋籠下放之后再次檢查沉渣厚度，確保符合要求。

6.2 樁位質量控制

一是樁位地面放樣采取十字交叉法，經技術員二次復核確認。

二是將樁機站位場地壓實平整，確保打孔時樁機平穩不晃動。

7 安全措施

具體安全措施有以下5點：①鉆孔灌注樁施工過程中要在施工區域設置護欄，設有專人對施工全過程進行指揮，無關人員禁止進入施工作業區域。②樁錘在施打過程中，操作人員必須在距離樁錘中心5 m以外監視。鉆機在轉場行走時，提前對陡坡等道路進行平整，必要時制定加固措施，防止鉆機碰撞結構物、翻車等事故發生。③安裝樁錘時，將樁錘運到立柱正前方2 m以內，并不得斜吊。吊樁時，應在樁上拴好拉繩，不得與樁錘或機架碰撞。④遇風速10.8 m/s以上的大風和雷雨、大霧、大雪等惡劣氣候時，應停止作業。當風力超過七級或有風暴警報時，應將樁機順風向停置，并應增加纜風繩，必要時應將樁架放倒。⑤根據孔口大小制作專用防護蓋板，覆蓋后每邊比孔口大300 mm，防止覆蓋不嚴密。蓋板周圍采用可移動式護欄進行防護（請改變、可搬運）警示標識，刷黑黃相間防護色，網目≥30 mm鋼絲網片。

8 環保措施

8.1 防止噪聲污染

為保護施工人員的健康，遵守《中華人民共和國環境噪聲污染防治法》，要依據GB/T50087-2013《工業企業噪聲控制設計規范》安排操作人員倒班施工，空壓機等采取防噪聲隔離板的降噪措施。使用防護耳塞等有效措施對距噪聲源較近的施工人員進行保護，且合理縮短其勞動時間。根據施工機械和運輸車輛的具體情況及時對其進行維修保養，夜間22：00至次日6：00不得施工。

8.2 止大氣污染

8.2.1 控制二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳排放

通過新型設備及多種工器具的使用，減少燃油燃燒產生二氧化硫等空氣污染物。

8.2.2 減少鉛及其化合物

所有施工車輛全部使用無鉛汽油，減少排出廢氣中鉛及其化合物含量。盡量使用施工電源，選用低噪聲發電機。

8.3 固體廢物處理

施工產生的垃圾工點專人收集，由垃圾清運單位運送至指定地點處理。進行環保宣傳，增強環保意識，避免垃圾隨地亂扔的現象。

9 結束語

在上軟下硬地層中，樁基施工加快了施工進度，減小了對旋挖鉆機及鉆頭的磨損，提高施工效率，保證了樁基施工的有序推進及施工節點的順利實現，可為輸水工程、市政工程等類似工程提供參考和借鑒。

在上軟下硬地層中采用本技術進行混凝土灌注樁的施工，質量滿足要求，對施工場地要求低，施工現場整潔文明，無揚塵、噪聲等污染。利用長短護筒交替更換護壁方式，可防止水土流失，提高了現場施工環境保護。加快了現場施工進度，減少了對周邊道路的占用時間，也減少了對周邊居民的生活干擾，社會評價良好。

參考文獻

[1] 建筑樁基技術規范JGJ94-2008[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.