橋梁樁基旋挖鉆成孔全護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)研究

收稿日期：2023-10-20

作者簡介：韓曉宇（1982—），男，本科，高級工程師，從事公路養(yǎng)護(hù)管理工作。

摘要 針對項(xiàng)目特點(diǎn)和急需解決傳統(tǒng)旋挖鉆施工的難題，對旋挖鉆在易坍塌地質(zhì)情況下旋挖鉆成孔全護(hù)筒跟進(jìn)施工研究及創(chuàng)新。通過全護(hù)筒在樁基作業(yè)中與鉆頭一起跟進(jìn)，全護(hù)筒可以對卵石層支護(hù)，減少了樁基對周圍卵石層的擾動，降低了旋挖鉆在易坍塌地質(zhì)情況下塌孔、埋鉆的施工風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)加快了施工進(jìn)度，降低了復(fù)雜地質(zhì)情況下樁基的施工成本。

關(guān)鍵詞 樁基；旋挖鉆；全護(hù)筒跟進(jìn)

中圖分類號 U455.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0080-03

0 引言

在河流及河床路段地質(zhì)情況復(fù)雜、巖體破碎、卵石層較厚的情況下，橋梁樁基的施工多采用沖擊鉆、旋挖鉆泥漿護(hù)壁成孔，該種工藝在環(huán)水保要求高及施工進(jìn)度壓力大的情況下，一方面施工工期長，另一方面樁基成孔及泥漿處理困難。針對施工工期緊迫，環(huán)水保要求極高的項(xiàng)目，采用傳統(tǒng)的施工工藝無法完成。在該種地質(zhì)情況下，研究了旋挖鉆成孔全護(hù)筒施工技術(shù)。

1 技術(shù)工作機(jī)理與特點(diǎn)分析

1.1 應(yīng)用范圍

該技術(shù)適用于工期緊、環(huán)水保要求高、氣候條件惡劣、地質(zhì)條件復(fù)雜（軟土層、淤泥層、砂土層、卵礫石層、回填土石較深及巖溶發(fā)育等不良地質(zhì)）、聚居區(qū)、野生動物保護(hù)區(qū)，采用傳統(tǒng)工藝施工無法成孔的地質(zhì)。

1.2 工作機(jī)理

其主要原理：一是鋼護(hù)筒上下采用承插式接頭可將護(hù)筒進(jìn)行任意加長；二是旋挖鉆在鉆進(jìn)過程中全護(hù)筒跟進(jìn)至砂巖層。總之，鋼護(hù)筒上下采用承插式接頭可將護(hù)筒進(jìn)行任意加長，利用旋挖鉆驅(qū)動裝置將鋼護(hù)筒通過驅(qū)動軸連接，與旋挖鉆鉆頭同步跟進(jìn)，使護(hù)筒穿過易坍塌地質(zhì)層，直至砂巖層，從而保證了旋挖鉆對易坍塌卵石層的損壞，避免了塌孔[1]。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）鋼護(hù)筒壁厚3 cm，上下護(hù)筒間采用螺栓連接。

（2）鋼護(hù)筒通過驅(qū)動裝置可以與鉆頭同時(shí)跟進(jìn)、同時(shí)拔出。

（3）樁身垂直度高，樁徑無誤差，無縮孔現(xiàn)象。

（4）全護(hù)筒在施工過程中，拆卸方便。

（5）機(jī)動性能高，采用干作業(yè)成孔，節(jié)地環(huán)保。

2 橋梁樁基旋挖鉆成孔全護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)

2.1 全護(hù)筒跟進(jìn)過程中鋼護(hù)筒的連接

該技術(shù)使用的鋼護(hù)筒由專用機(jī)械卷制30 mm鋼板成圓筒焊接而成，護(hù)筒的連接采用承插式接頭，接頭處設(shè)置間距60 cm直徑Φ5 cm的螺栓套絲孔，上下護(hù)筒采用直徑Φ5 cm長30 mm的螺栓并連接成一個(gè)整體[2]，見圖1。

2.2 旋挖鉆鉆進(jìn)過程中全護(hù)筒的跟進(jìn)

在復(fù)雜地質(zhì)情況下，利用旋挖鉆驅(qū)動裝置將鋼護(hù)筒通過驅(qū)動軸連接，與旋挖鉆鉆頭同時(shí)旋轉(zhuǎn)，同步跟進(jìn)，使護(hù)筒穿過易坍塌地質(zhì)層，直至砂巖層，從而保證了旋挖鉆對易坍塌卵石層的損壞，避免了塌孔，見圖2。

（1）加工鋼護(hù)筒驅(qū)動裝置，準(zhǔn)備與鋼護(hù)筒同樣材質(zhì)的鋼板，在專業(yè)廠家制作而成，該裝置頂部采用與旋挖鉆鉆頭同樣材質(zhì)的銷子固定，該驅(qū)動裝置四周設(shè)直徑20 cm的可視窗孔，以便于鉆進(jìn)過程中觀察護(hù)筒周圍的土體情況，該裝置在鋼護(hù)筒的連接處采用旋轉(zhuǎn)式自鎖裝置，將鋼護(hù)筒的頂部孔口對準(zhǔn)中驅(qū)動裝置后，采用旋轉(zhuǎn)式自鎖裝置將鋼護(hù)筒與驅(qū)動裝置固定，見圖3。

（2）鋼護(hù)筒采用30 mm厚的高強(qiáng)度鋼板加工而成，與鋼護(hù)筒驅(qū)動裝置連接的第一節(jié)是底面帶刀鋼護(hù)筒、護(hù)筒頂面預(yù)留間距60 cm、孔徑50 mm的圓形孔口，該圓形孔口與鋼護(hù)筒驅(qū)動裝置承插式連接，旋轉(zhuǎn)式自鎖裝置固定，鋼護(hù)筒之間的連接采用承插式接頭連接，鋼護(hù)筒對中就位后，采用Φ50 mm的螺栓連接，連接孔間隔60 cm[3]，見圖4～5。

2.3 準(zhǔn)備工作

2.3.1 測量放樣

橋位平面高程控制網(wǎng)布設(shè)完成后，對橋位樁基準(zhǔn)確放樣并進(jìn)行復(fù)測，確保待施工樁位準(zhǔn)確。

2.3.2 場地平整

施工準(zhǔn)備完成，首先對場地進(jìn)行平整、清除雜物，把低洼不平的場地填筑墊高，使旋挖鉆工作面平整，避免鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)鉆機(jī)失穩(wěn)、傾斜等情況。

2.3.3 鉆機(jī)就位

依據(jù)測量放樣的樁位，旋挖鉆機(jī)就位時(shí)，機(jī)體垂直投影、鉆桿垂直投影和樁位應(yīng)為同一點(diǎn)；鉆機(jī)就位后，采用吊車將護(hù)筒驅(qū)動裝置吊放至鉆孔位置，旋挖鉆鉆桿安裝鋼護(hù)筒驅(qū)動裝置后，試拼第一節(jié)鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒的連接應(yīng)緊密，不得出現(xiàn)松動。

2.3.4 護(hù)筒鉆進(jìn)

依據(jù)施工放樣的樁位，旋挖鉆先安裝鉆斗，在原地面鉆進(jìn)50～100 cm后，安裝鋼護(hù)筒驅(qū)動裝置，連接第一節(jié)帶刀鋼護(hù)筒同時(shí)鉆進(jìn)。當(dāng)?shù)谝还?jié)護(hù)筒安裝就位后，旋挖鉆護(hù)筒驅(qū)動裝置夾持第二節(jié)護(hù)筒與第一節(jié)連接，連接時(shí)應(yīng)注意Φ50 mm的螺栓應(yīng)與鋼護(hù)筒面齊平，保證護(hù)筒鉆進(jìn)過程中不受任何阻力，隨著不斷鉆進(jìn)，鋼護(hù)筒隨地質(zhì)情況跟進(jìn)至硬質(zhì)砂巖為止。

2.4 鉆孔技術(shù)分析

2.4.1 鋼護(hù)筒全跟進(jìn)

當(dāng)鋼護(hù)筒鉆進(jìn)至硬質(zhì)基巖后，旋挖鉆按照正常的施工速度鉆進(jìn)，旋挖鉆機(jī)底盤為伸縮式自動整平裝置，并在操作室內(nèi)有儀表準(zhǔn)確顯示電子讀數(shù)，當(dāng)鉆頭對準(zhǔn)樁位中心十字線時(shí)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)即可鎖定，無須再作調(diào)整。機(jī)位回轉(zhuǎn)中心距孔位應(yīng)控制在3.8～4.4 m之間，變幅油缸盡可能將桅桿縮回，可以減小由鉆機(jī)自重和提升所產(chǎn)生的交變應(yīng)力對孔的影響。檢查在回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)是否有影響回轉(zhuǎn)的障礙，鉆進(jìn)時(shí)每循環(huán)進(jìn)尺控制在60 cm左右，剛開始要放慢旋挖速度并注意放斗要穩(wěn)，提斗要慢，特別是在孔口5～8 m段旋挖過程中要注意通過控制盤來監(jiān)控垂直度，如有偏差及時(shí)進(jìn)行糾正[4]。

2.4.2 后續(xù)工作

（1）混凝土灌筑。當(dāng)成孔及鋼筋籠驗(yàn)收合格后，方可開始灌注樁基混凝土，混凝土采用導(dǎo)管灌注，導(dǎo)管的直徑為30 cm，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為3 m，底部1節(jié)4 m，調(diào)整節(jié)分別為2節(jié)1.5 m、2節(jié)1 m和1節(jié)0.5 m，用來調(diào)節(jié)導(dǎo)管長度，導(dǎo)管的連接采用絲扣式，絲扣之間安裝橡膠密封圈且在鉆孔灌注樁澆筑距設(shè)計(jì)標(biāo)高5～10 m位置時(shí)，進(jìn)行二次復(fù)核定位并將樁基鋼筋籠偏位縮小到30 mm以內(nèi)。

（2）拔出護(hù)筒。當(dāng)混凝土連續(xù)澆筑至樁基頂面50～100 cm時(shí)，旋挖鉆應(yīng)立即就位，對準(zhǔn)鋼護(hù)筒驅(qū)動裝置中心位置，連接鋼護(hù)筒，在驅(qū)動裝置下，慢慢地轉(zhuǎn)動鋼護(hù)筒，使鋼護(hù)筒慢慢拔出。

3 技術(shù)先進(jìn)性分析

易坍塌地質(zhì)情況下旋挖鉆成孔全護(hù)筒跟進(jìn)施工技術(shù)主要有以下先進(jìn)性：

（1）該技術(shù)采用了一種承插式（壁厚30 mm）的鋼護(hù)筒，上下護(hù)筒之間采用與鋼護(hù)筒壁厚一致Φ50 mm螺栓相連接，拆卸方便，在不同地質(zhì)情況下，護(hù)筒可以隨地質(zhì)變化情況，不斷增加護(hù)筒在不同巖層的跟進(jìn)長度。

（2）該技術(shù)在XE550旋挖鉆驅(qū)動軸上改裝了護(hù)筒驅(qū)動裝置，鋼護(hù)筒可以與鉆頭同時(shí)跟進(jìn)、同時(shí)拔出。

（3）旋挖鉆全護(hù)筒跟進(jìn)能有效防止塌孔，極大地提高了樁身垂直度，且能夠確保樁徑無誤差。與傳統(tǒng)鉆孔樁相比，該施工工藝樁身質(zhì)量可控，承載力顯著提高。

（4）全護(hù)筒隨鉆頭跟進(jìn)至硬質(zhì)砂巖層，施工過程中無縮孔現(xiàn)象，樁身直徑能夠得到保證。

（5）在淺水河道及河床地段，旋挖鉆全護(hù)筒跟進(jìn)成孔機(jī)動性能高，水流不易流入孔內(nèi)，不需要修筑圍堰及截?cái)嗨鳎@孔施工采用干作業(yè)成孔，節(jié)地環(huán)保，避免了傳統(tǒng)施工工藝泥漿護(hù)壁成孔對環(huán)境產(chǎn)生的污染。

（6）減少安全隱患，該技術(shù)采用了壁厚30 mm的鋼護(hù)筒，護(hù)筒本身強(qiáng)度較高，不容易變形，在卵石層地段能有效避免塌孔等一系列安全隱患。

4 工程實(shí)例分析

4.1 工程位置、起訖樁號、里程

該項(xiàng)目位于朔州市右玉縣境內(nèi)，路線全長13.285 km，

起訖里程為K39+080～K52+356.313。路線起點(diǎn)位于右衛(wèi)鎮(zhèn)殺虎口村南100 m處，終點(diǎn)設(shè)于朱家窯村東南側(cè)800 m處。路線主要控制點(diǎn)為殺虎口村、二十五灣村、沙梁村、胡四窯村、朱家窯村。路線范圍內(nèi)相關(guān)河流主要有蒼頭河。沿線主要公路情況：路線于起點(diǎn)K39+080處與長城板塊旅游公路二十一至殺虎口段順接，并與G241形成平面交叉；項(xiàng)目沿線于K40+788處下穿準(zhǔn)池鐵路海子灣大橋2#、3#墩；于K41+114處下穿大呼高速公路，從高速橋北側(cè)第二孔穿過，公路凈空及坡腳線與橋墩的安全距離均滿足要求。出露地層及巖性為新生界第三系上新統(tǒng)（N2）、新生界第四系中更新統(tǒng)（Q2）、上更新統(tǒng)（Q3）、全新統(tǒng)（Q4）粉質(zhì)黏土、粉土等。植被發(fā)育以刺灌木、農(nóng)作物為主，水土流失較嚴(yán)重，屬于易坍塌地質(zhì)，所以適合采用此技術(shù)。

4.2 等級規(guī)模、合同價(jià)、合同工期

該項(xiàng)目是長城板塊旅游公路朔州市右玉縣境內(nèi)旅游公路工程的重要組成部分。路線按三級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為30 km/h，路面寬度7.5 m，設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅱ級。施工總里程為13.285 km，中標(biāo)價(jià)為73 861 680元，合同開工日期為2020年8月1日，完工日期為2022年1月22日，工期共540 d。共設(shè)橋梁188 m/2座，其中大橋112 m/1座、中橋76 m/1座，具體情況見表1。

4.3 技術(shù)產(chǎn)生的效益分析

易坍塌地質(zhì)情況下，旋挖鉆成樁全護(hù)筒跟進(jìn)施工技術(shù)和傳統(tǒng)旋挖鉆造漿成孔施工費(fèi)用對比（以樁徑1.8 m為例），旋挖鉆全護(hù)筒跟進(jìn)成孔：每延米單價(jià)1 500元；旋挖鉆泥漿護(hù)壁成孔：每延米單價(jià)1 250元；泥漿運(yùn)輸費(fèi)為500元/10 m3，每根樁基需配備2個(gè)鋼制泥漿箱（6 m×

3 m×1.5 m），1個(gè)泥漿防外濺裝置，泥漿箱加工運(yùn)輸費(fèi)為30 000元/個(gè)，泥漿防外濺裝置加工運(yùn)輸費(fèi)為5 000元/個(gè)，泥漿箱及泥漿防外濺裝置可重復(fù)供50根樁基使用，每延米鉆孔造漿體積約為每延米鉆孔體積的2倍。綜述以上兩種施工工藝，旋挖鉆全護(hù)筒跟進(jìn)成孔每延米施工費(fèi)較泥漿護(hù)壁成孔施工費(fèi)高8元左右。

5 結(jié)束語

樁基鉆進(jìn)全護(hù)筒跟進(jìn)工藝作為一種新型技術(shù)，適用于各種地層，施工全程采用機(jī)械驅(qū)動護(hù)筒鉆進(jìn)成孔，保證了成孔質(zhì)量，且鉆孔過程中對周圍建筑物無震動影響，干作業(yè)成孔方式又避免了泥漿護(hù)壁帶來的環(huán)境污染問題。因此在灌注樁施工精細(xì)化發(fā)展的背景下，全護(hù)筒跟進(jìn)工藝具有廣闊的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)主要從理論分析、模型試驗(yàn)、工程應(yīng)用三個(gè)方面對全護(hù)筒跟進(jìn)工藝的整個(gè)施工過程進(jìn)行研究，研究范圍較廣。該技術(shù)重點(diǎn)從工程應(yīng)用方面進(jìn)行研究，技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

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