川滇金沙江特大橋干式旋挖樁成孔技術

王三文

摘要 金沙江特大橋云南岸樁基下穿巖層硬度較小，樁基下方鉆探揭露巖芯溶孔、溶隙較發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象明顯，地勘資料顯示樁基下方有多個全填充的溶洞；再加上云南岸施工場地狹小，考慮對周圍環(huán)境影響小、水電需求較少、縮短工期等方面原則，提出了一種干式旋挖樁專項施工技術方案。采用旋挖鉆機與鋼護筒相互配合，完成相應的鉆孔作業(yè)，再利用導管法完成混凝土灌注，并圍繞著施工準備、測量放樣、鋼護筒埋設、樁中心軸線檢查、鉆進作業(yè)、成孔檢查、鋼筋籠吊裝以及混凝土灌注等層面，梳理施工過程中應用的關鍵技術，實現(xiàn)對干式旋挖樁施工技術的精準控制。

關鍵詞 樁基礎；干式旋挖；鉆孔；關鍵技術

中圖分類號 U443.32文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0037-04

0 引言

近年來，隨著我國基礎設施建設的不斷加快，橋梁基礎施工經(jīng)常面臨著暗河、流沙、巖層、巖溶等復雜的地質條件。此外，在樁基施工中，易受到管理能力、周邊環(huán)境、施工技術等因素干擾與機械設備的限制，許多學者對摩擦樁、端承樁進行了對比分析，明確了不同樁基施工方案下地層承載樁周圍的摩阻條件，為樁基施工技術方案的選擇提供了思路[1-5]。該文依托金沙江特大橋建設，介紹了云南岸主橋樁基礎干式旋挖樁施工的關鍵技術，以期為同類型樁基的施工和技術管理提供參考。

1 概況

1.1 工程概況

金沙江特大橋主橋為1 060 m的單跨雙塔鋼桁梁懸索橋，四川岸無引橋，主橋直接與隧道連接，云南岸引橋為2×40 m的鋼混組合梁，大橋全長為40 m。主纜跨度布置為：172 m+1 060 m+230 m。四川岸為隧道式錨碇，云南岸為重力式錨碇。主塔為門式鋼筋混凝土橋塔；云南岸橋塔高為172 m，四川岸橋塔高為142 m。

索塔基礎采用樁基加承臺形式，單個承臺平面尺寸為25.5 m×25.5 m，高為7 m。每個承臺下布置16根直徑3 m的樁基礎，采用4×4行列式布置；按端承樁設計，樁頂段為鋼管混凝土組合構造；樁間中心距為6.7 m、凈距為3.5 m。現(xiàn)介紹云南岸主墩樁基礎采用干式旋挖樁成孔的關鍵技術。

1.2 樁基地質概況

根據(jù)金沙江特大橋云南岸主墩樁基鉆探資料以及地質調查，云南岸樁基下穿巖層為下伏上元古系震旦系上統(tǒng)燈影組白云巖、頁巖和泥灰?guī)r；巖體呈破碎狀，白云巖（中風化）frk=34.5 MPa、泥灰?guī)r（中風化）frk=29.5 MPa、頁巖（中風化）frk=11.6 MPa。整體產狀為背斜式，與樁軸線夾角為86.2 °。樁基下方鉆探揭露巖芯溶孔、溶隙較發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象明顯，地勘資料顯示樁基下方有多個全填充溶洞。

1.3 工程難點分析

（1）金沙江特大橋橋址區(qū)位于多條地震斷裂帶交匯處，地震烈度較大，近期地震活動頻繁，一旦發(fā)生地震，將對施工造成極大影響。

（2）生活、生產用水困難，對混凝土拌制影響較大。

（3）云南岸主墩樁基樁徑大，樁長較長，最長的樁長為56 m，超長樁基導致混凝土灌注時間長、方量大，在灌注過程中易出現(xiàn)混凝土初凝現(xiàn)象，造成導管堵塞、卡管等情況。

（4）永久性鋼護筒直徑高達3.35 m，最大長度為18 m，重量達41 t；樁基鋼筋籠采用雙層鋼筋籠設計，內外層鋼筋籠自重最大重量達105 t，安裝難度極大。

（5）山區(qū)施工場地狹窄，場地布置較為困難。

2 樁基施工關鍵技術

2.1 施工方案與工藝流程

將多種樁基礎施工方案進行比較，并進行了分析，確認該項目中的樁基采用干式旋挖樁專項施工技術方案。

干式旋挖樁原理。第一步：使用底部帶活閥的桶式鉆頭，回轉破碎的巖土，并將已破碎的巖土裝入鉆斗；第二步：使用鉆機提升裝置、伸縮鉆桿，將鉆斗提升到鉆孔外進行卸土，如此循環(huán)往復，不斷地提土、卸土，直至鉆至樁孔的設計深度。

對于附著力好的巖土層，可以采用干式和清水兩種鉆孔工藝，兩種鉆孔工藝均不需使用泥漿護孔。但是，對于松散、易滑、易坍塌的巖土地層，或者地下水水位較高且分布廣泛、樁孔孔壁不穩(wěn)定的情況，則需在鉆孔過程中采用靜態(tài)泥漿保護樁孔孔壁，向樁孔內注入樁孔壁以保護泥漿（或穩(wěn)定液）。

干式旋挖樁施工流程大致為：

（1）施工準備與測量放樣。

（2）埋設臨時護筒。

（3）檢查樁中心抽線。

（4）鉆機就位。

（5）鉆孔。

（6）成孔檢查。

（7）吊裝鋼筋籠。

（8）灌注混凝土。

根據(jù)施工現(xiàn)場的勘察結果，進行了樁基礎間距的合理設計，并據(jù)此校核了單樁基礎的承載力，確認了專項施工方案的可行性。

2.2 施工準備與測量放樣

施工準備：對照項目設計合同、文件和圖紙，對橋梁結構尺寸、標高等參數(shù)完成審核，編制樁基施工方案，并開展施工技術交底，組織施工管理人員進行安全教育培訓。

測量放樣：首先將采用的測量儀器放出樁中，釘樁；然后以樁心為圓心，拉線畫圓，并撒上白灰，鉆機就位、鉆孔，其中單排樁、群樁位置的允許偏差分別為10 mm、20 mm；最后鋼護筒安裝就位，護筒中心與樁基中心的允許偏差＜50 mm。

2.3 埋設臨時護筒及檢查樁中心抽線

護筒選用厚度不小于10 mm的鋼板制作；護筒內徑宜大于鉆頭直徑200～300 mm；護筒上部宜開設1～2個溢漿孔；護筒頂端應高出地面≥300 mm；護筒埋設一般宜為2～4 m。

埋設好護筒后，對護筒的垂直度、偏移分別進行校核，確保護筒垂直度＜1%，允許偏差≤50 mm。

2.4 鉆機就位

（1）鉆機本身帶有水平調整裝置，用來校核鉆桿的垂直度。

（2）鉆具類型包括：錐螺旋鉆頭、筒式鉆頭、取芯鉆斗、撈渣筒、擴底鉆頭、旋挖鉆斗等。

2.5 鉆孔及成孔檢查

（1）旋挖前應通知現(xiàn)場監(jiān)理工程師及建設單位工程師，核對樁號及設計樁徑、樁長與超前鉆所對應的孔號，并記錄沖孔的開始時間。

（2）采用間隔成樁的施工順序。其中，新澆筑成型的樁基礎與相鄰樁基礎孔的安全距離≥4倍樁徑，或者成樁間隔時間≥36 h。鉆機鉆斗倒出的土石，距樁基孔口的最短距離應不小于6 m，并及時清除。

（3）在旋轉鉆機施工過程中，應始終確保鉆機處于穩(wěn)定、安全的作業(yè)狀態(tài)。必要時，可以在施工現(xiàn)場增設鋼板或墊板，以保證鉆機的作業(yè)和安全行走。

（4）在鉆進過程中應密切觀察護筒是否移位，鉆桿是否傾斜，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時進行糾正。

（5）對鉆進完成的孔（孔位、孔徑、孔深等）進行檢查，滿足要求后進行下一步流程。

2.6 制作與吊裝鋼筋籠

2.6.1 制作鋼筋籠

（1）加工鋼筋籠：鋼筋籠基本節(jié)長度為9 m，不足9 m的節(jié)段，則以實際測量的尺寸為準；鋼筋籠節(jié)段之間采用直螺紋鋼筋連接套筒的方式進行連接，每一截面上接頭數(shù)量不超過主筋接頭數(shù)量的50%，接頭錯開距離應＞35d（d為主筋的直徑）；按設計要求的鋼筋位置布置好箍筋，箍筋應與主筋連接緊密纏繞，將箍筋點焊在主筋上；樁基礎的鋼筋籠，應按設計長度劃分節(jié)段，并標注編號，以保證鋼筋籠相鄰分段，能夠在胎架上配對連接。鋼筋籠定位架示意圖見圖1所示。

（2）安裝聲測管、墊塊：按照樁基圖紙，將鋼筋籠綁扎定形后，在鋼筋籠的內側圓周布置聲測管（樁徑2.2 m樁徑布置4根、樁徑3 m布置6根）；每根聲測管管路均用管箍進行連接，并焊接牢固。安裝聲測管時，垂直度容許偏差＜0.5%，應保持接縫處孔壁過渡的部位圓順、光滑。聲測管安裝好后，在端口焊接2 m厚的鐵皮進行封堵，以防止在施工時水泥漿等雜物流入聲測管，堵塞聲測管管路。

在安放過程中，應控制樁孔孔壁與鋼筋籠骨架之間的凈距，保證鋼筋籠骨架的保護層厚度符合設計要求。根據(jù)設計要求，可采用5 cm厚的預制混凝土墊塊。在布設墊塊時，應沿著樁體橫向圓周布置4個；沿樁基長度方向進行布置，間距為2 m。

（3）鋼筋籠骨架存運：鋼筋籠制成后，應標注鋼筋籠段號與對接定位鋼筋，拆開所有接頭，將鋼筋籠骨架運輸至各樁；鋼筋籠骨架在存運過程中，應在支撐箍周圍安裝等高墊木，防止鋼筋骨架水銹污染、油污污染。

2.6.2 吊裝鋼筋籠

將鋼筋籠分節(jié)，并按順序吊放至樁孔內；調節(jié)各鋼筋籠的位置，避免與樁孔孔壁碰撞，使鋼筋籠穩(wěn)定下放，并在鋼筋籠頂部設定相應的位筋，與鋼護筒焊接固定。鋼筋籠吊裝示意圖見圖2所示。

2.7 灌注混凝土

由于導管法澆筑無水或少水孔的混凝土施工工藝，具有可視性好、效率高、安全性好、質量可控、施工問題易處理等優(yōu)點，可以大大節(jié)約施工成本，因此該項目樁基混凝土澆筑采用導管法，步驟如下：

第一步：拌制混凝土。

無水灌注法所采用的混凝土有特定要求，混凝土配合比應采用C35水下混凝土的配合比進行設計。

第二步：開球。

在初次澆筑混凝土時，管口應與樁孔底部保持有40～50 cm的距離，在開球時無須考慮導管的埋深，只要求連續(xù)供應混凝土，確保上層的混凝土一直處于未初凝狀態(tài)。

第三步：控制澆筑埋深。

無水灌注樁混凝土的密實，主要通過自重與混凝土下沖力實現(xiàn)。在澆筑混凝土時，若導管埋深過大，則會導致導管外部混凝土因自重過大，出現(xiàn)翻漿困難的現(xiàn)象，產生堵塞導管；若導管埋深過小，上層混凝土會因導管內部灌注混凝土的沖擊力過大，產生離析的現(xiàn)象，該方法的導管埋深應控制在2～5 m。

第四步：無/有振搗的轉換。

在澆筑過程中，存在無/有振搗澆筑工藝的轉換，這是因為在混凝土澆筑至樁孔口附近時，由于導管內部混凝土下沖的高差縮小，下沖力相應變小，而且導管外部混凝土埋深相應較淺，上層混凝土自重產生的壓實力相應變小，導致樁孔孔口附近混凝土不能自密實，因此在干樁施工過程中，需要進行人工振動。

第五步：處理澆筑樁頭。

樁頂混凝土澆筑屬于樁頂澆筑區(qū)，是與上構（如承臺）直接相連的關鍵部位。在澆筑過程中，需要精確把控，以保證后期樁頭混凝土質量與下構的有效銜接。混凝土澆筑示意圖見圖3所示。

3 結語

通過該項目樁基的施工經(jīng)驗，考慮該項目的交通運輸、不良地質、工程地質條件等條件，最終確認了鋼護筒與干式旋挖鉆機配合成孔的技術，并對干式旋挖樁在施工過程中的關鍵技術進行了詳細梳理，最終促進了施工質量與樁基管理水平的協(xié)同提高。但現(xiàn)階段樁基的研究成果主要集中在技術和管理方面，今后應注重質量保證體系的建設，加強施工過程的控制，全面推行“三檢”制度，嚴格把控設備和材料關口，始終貫徹綠色文明的施工理念，為后續(xù)樁基施工提供良好的示范經(jīng)驗。

參考文獻

[1]商治， 傅志強， 宗雷， 等. 巖溶空洞軟弱地基穩(wěn)定性分析與加固處理[J]. 施工技術（中英文） ， 2021（22）： 78-83+101.

[2]王鑫， 閆宇， 周生建， 等. 近海淺覆蓋層中橋梁基礎設計與施工關鍵技術[J]. 城市道橋與防洪， 2023（11）： 134-138+320-321.

[3]趙多蒼. 跨海大橋大直徑鉆孔樁全回轉鉆機施工關鍵技術研究[J]. 鐵道建筑技術， 2021（1）： 128-133.

[4]馬輝. 公路橋梁樁基礎鉆孔灌注樁施工的關鍵技術研究[J]. 工程建設與設計， 2023（17）： 174-177.

[5]叢炳剛， 姜金鳳， 王兆剛， 等. 高速鐵路跨黃河大橋超百米級鉆孔灌注樁成孔技術[J]. 施工技術（中英文）， 2023（13）： 49-53+59.