重慶寸灘長江大橋清水旋挖樁施工技術

劉曉濤，汪 渝

重慶寸灘長江大橋清水旋挖樁施工技術

劉曉濤1，汪 渝2

（1重慶對外經貿集團，重慶 401121；2重慶永鍵建設管理有限公司，重慶 400061）

通過重慶寸灘長江大橋主塔基礎群樁使用旋挖鉆機開展清水旋挖基礎施工的實例，進一步驗證了旋挖鉆機在重慶地區開展基礎施工具有安全性好、質量可控、施工迅速、綜合經濟性好的特點。同時也發現了用該工藝在施工中容易出現的問題，有利于繼續研究特大橋基礎群樁施工的技術和研究旋挖鉆機的技術改進方向。

橋梁；清水；旋挖鉆機；樁基礎；施工；運用

0 前言

重慶地區的橋梁樁基礎工程施工，通常情況下較多采用人工開挖或沖擊鉆開挖方式。人工開挖在特大型橋梁樁基礎深度大、地下水豐富的條件下，施工人員安全風險大，施工進度較慢，已經被明文禁止；沖擊鉆雖然安全性好、工藝簡單、施工質量穩定，但是鉆孔速度緩慢，往往不適應特大橋在枯水季節進行搶水施工的要求，否則將增設大型鋼圍堰，增大施工的成本。在重慶地區建筑工程普遍使用的旋挖鉆機施工中，對軟巖質樁孔施工具有安全性好、成孔質量高的特點，但是根據重慶市地方規范的規定：在地下水位以下的位置施工仍然需制備泥漿護壁，這既對施工場地有要求，同時對江河的污染仍然不能避免。如果能使用建筑工程中普遍使用的旋挖鉆機，而且清水旋挖開展特大橋樁基礎施工，這樣既能確保快速安全施工，保證成孔質量，保證水下混凝土澆筑質量，又能克服施工現場狹窄，防止江河污染的問題。在重慶寸灘長江大橋樁基礎施工中，對清水旋挖樁施工工藝進行研究，通過精心組織實施獲得成功。

1 項目概況

重慶寸灘長江大橋是重慶機場專用快速路工程南段的控制性工程，全長1.6km，主橋為主跨880m的鋼箱梁單跨雙塔懸索橋，主纜邊跨250m，主跨矢跨比1/8.8，兩根主纜中心距39.2m，橋面寬度38m，設計速度80km/h，雙向八車道，兩岸錨碇均為重力式錨碇，明挖擴大基礎，加勁梁采用扁平流線型封閉鋼箱梁，總寬42m，梁高3.5m，主塔為門式框架結構，主塔基礎采用分離式承臺，單個承臺下布置21根Φ2.0m的鉆孔灌注樁，其中北主塔樁基礎深度為45m，南主塔樁基礎深度為43m。長江北岸位于環山背斜西翼，線路總體走向359°，地質構造線走向約10～20°，巖層傾向270～290°，傾角40～50°，沿線未發現斷層通過，根據區域資料，受應力作用相對微弱。北岸主塔位置上覆土層依次為第四系人工填土、殘坡積粉質粘土、沖積粉土和江北礫石層，厚度3.2～11.4m。

2 主塔群樁基礎施工方案選擇

根據設計文件，通過研究工程地質資料，寸灘長江大橋樁基礎下伏基巖為侏羅系中下統自流井組砂質泥巖夾薄層狀灰巖，基巖為砂質泥巖，為軟巖～極軟巖，巖體質量等級為Ⅳ級。在該地質情況下有人式挖孔、沖擊成孔、傳統旋挖成孔三種成孔方式可供選擇。我們對幾種施工工藝進行了研究分析。

（1）人工挖孔樁：重慶市已禁止采用人工挖孔樁工藝。

（2）沖擊成孔：沖孔工藝對場地要求較高，需要較大的穩定液儲存池及循環池。本項目位于重慶市城區內，對于長江水體環保要求較高，并且位于寸灘長江大橋下游1km內有城市自來水廠取水口，而寸灘長江大橋1#、2#主塔樁頂高程分別為179.00m、174.00m，長江常年洪水位為175.00~180.00m，三峽工程10月份蓄水位逐步提升至175.00 m至次年4月份，因此為了保證穩定液不污染長江及城市自來水廠取水口，并在汛期前完成樁基作業，不宜選用施工進度較慢以及對環境有影響的沖擊成孔工藝。

(3)旋挖成孔：根據 《旋挖成孔灌注樁工程技術規程》DBJ50-156-2012規定，旋挖鉆孔施工分干作業與濕作業兩種工藝[1]。

圖2 濕作業工藝流程圖

干作業：地下水位以上的填土、粘土、粉土、砂土、碎石土、軟質巖等巖土層應采用干作業旋挖成孔，施工工藝如圖1。

濕作業：地下水位以下的填土、粘土、粉土、砂土、碎石土、軟質巖等巖土層應采用濕作業旋挖成孔，工藝流程如圖2。

寸灘長江大橋主塔樁基位于長江岸邊，樁基本處于長江水位以下，不宜采用干作業，而濕作業又需要制備穩定液，如前所述也不適用于本工程。因此，我們必須對傳統工藝進行創新，以滿足本項目施工對環保、 安全、質量、工期、成本控制等方面的要求。

經過綜合研究，我們創新了旋挖成孔工藝，創新點有兩個方面：一是采用不制備穩定液的旋挖鉆孔，即清水旋挖鉆孔工藝，在樁孔中充注清水，旋挖鉆機利用鉆桿和鉆頭的旋轉及重力使土屑進入鉆斗，土屑裝滿鉆斗后，提升鉆頭出土，這樣通過鉆斗的旋轉、削土、提升和出土，多次反復而成孔，鉆頭在砂質泥巖中通過反復摩擦，清水便成為具有一定稠度的泥漿，對砂質泥巖孔壁具有一定的穩固作用，鉆進過程中不再需制備泥漿等穩定液，對環境的污染最大程度的減少，滿足了城市水體的環保要求；二是在土層中采用雙鋼護筒的孔壁穩定工藝，由于施工中不制備穩定液，土層中孔壁的穩定是一個問題，為此需要采用鋼護筒護壁工藝，在土層中采用全部鋼護筒護壁，樁基混凝土澆筑完成后立即拔出鋼護筒，鋼護筒能夠重復使用，既確保了孔壁的穩定，又控制了樁基施工的成本；同時考慮到鋼護筒過長導致護筒壁與土體摩擦力過大護筒難以拔出的情況，我們采用雙鋼護筒的工藝，即采用大小不同的兩節鋼護筒，每一節長度控制在6m以內，大鋼護筒在上面，小鋼護筒在下面，相應配套不同大小的鉆頭。我們選用SR280型旋挖鉆機開展試樁施工，試樁獲得成功，最終確定了清水旋挖鉆孔施工的方案。主要作業內容有：準備工作、鉆機就位、首次鉆進、埋設（插打）護筒、第二次鉆進、插打護筒、鉆進成孔、終孔驗收、清孔、鋼筋籠制作及安裝、超聲波檢測管預埋、混凝土拌制及灌注、樁基檢測等。

3 寸灘長江大橋清水施工挖樁施工工藝

寸灘長江大橋群樁基礎采用五次鉆進的施工方法，用不同直徑的鉆頭和不同直徑的鋼護筒跟進，具體方法如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

3.1 第一次鉆進及插打鋼護筒

旋挖鉆機使用2.3m直徑鉆頭，采用干式鉆進工藝鉆進6m，然后埋設6m長、直徑2.3m鋼護筒并定位。鉆孔作業要求。

（1）鉆機就位前，對鉆孔的各項準備工作進行檢查，包括場地與鉆機坐落位置的平整和加固，主要機具的檢查和安裝。

（2）及時填寫施工記錄表，交接時應交代鉆進情況及下一班應注意的事項。

（3）鉆機底座和頂端要平穩，在鉆進和運行中不應產生位移和沉陷，轉盤中心和樁位中心三者應在同一條鉛垂線上，偏差不超過2cm。

（4）每班檢查孔體偏差情況，及時采取糾偏措施。

（5）鉆機鉆孔時安排兩相鄰樁跳開施工，確實無法錯開時，則要等到相鄰鉆孔樁混凝土強度達到2.5MPa以上后方可開鉆，避免擾動相鄰已施工完畢的樁基。

圖4 鉆孔樁鉆進施工步驟圖

（6）護筒用16㎜厚的鋼板加工而成。護筒內徑加工成直徑2.3m和直徑2.15m兩種。護筒的頂部應開設1～2個溢漿口，并高出地面至少300㎜。護筒在加工廠加工，護筒長度基本模數為6m、3m兩種。

（7）埋設護筒前，準確放樣出樁位中心，先用旋挖鉆機鉆5.5m深，然后根據設計樁位，按縱橫軸線中心埋設6m直徑2.3m的鋼護筒，施工中采用護筒跟進的方式進行鉆孔，護筒插入中風化巖石至少50cm。

3.2 第二次鉆進及插打鋼護筒

直徑2.3m鋼護筒埋設完畢后，旋挖鉆機換直徑2.2m鉆頭，地下水位以上采用干式鉆孔，地下水位以下采用清水鉆工藝鉆至中風化巖石頂面。埋設2.15m鋼護筒，采用75t履帶吊機配合振動打樁錘插打鋼護筒至入巖深至少50cm。插打過程中要精確定位、跟蹤監測、調整，滿足規范要求，保證插打施工順利進行。待鋼護筒插打至中風化巖石至少50cm后，再進行旋挖鉆清水鉆工藝繼續施工鉆進作業。

3.3 第三次鉆進

待直徑2.15m鋼護筒插打完畢后，旋挖鉆機換直徑1.5m鉆頭，此種鉆頭上帶直徑2.0m定位環形鋼板，采用清水鉆鉆進中風化巖石約2m深，主要起定位導向作用。

3.4 第四次鉆進

旋挖鉆機換直徑1.5m筒式取芯鉆頭(無定位環)，因地質情況主要為中風化砂質泥巖，不需泥漿護壁，采用清水鉆鉆進施工。筒式鉆頭回轉破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內，然后再由鉆孔機提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設計深度。

3.5 第五次鉆進成孔

旋挖鉆機換直徑2.0m擴底鉆頭，采用清水鉆鉆進中風化巖石直至設計樁底標高。若第四次鉆進中1.5m鉆頭未鉆至設計孔底標高，發現鉆孔進尺緩慢、鉆進困難，則采用直徑2.0m擴底鉆頭鉆進；之后若發現擴底鉆頭鉆進困難，則再換用直徑2.0m雙開斗齒鉆頭鉆至設計孔底標高。

鉆至設計孔底標高后，旋挖鉆機換用直徑2.0m撈砂切齒鉆頭，將孔底碎石土渣取出，將孔底清理干凈。

旋挖鉆機鉆進整體施工步驟詳見圖4。

4 清水旋挖鉆的適應性分析

（1）清水旋挖鉆適合對水體環保要求較高的城市橋梁施工，具有環保、安全、施工成本較低的特點，具有較大推廣參考價值。

（2）旋挖鉆鉆孔快速，能自動控制鉆孔垂直度，成孔精度高，施工安全快速，適合于大型橋梁群樁、深樁的快速施工。

（3）旋挖施工需要較大的施工平臺，平臺具有一定的承載力，設備進場要求較好的道路條件，適合城市橋梁的施工。

（4）旋挖鉆對硬質巖層的鉆進進度較慢，鉆頭磨損大，施工成本較高，適合砂巖、泥巖等軟質巖層。鉆頭及鉆孔工藝值得進一步研究發展，利用多批次鉆進、不同成孔直徑、改進的鉆頭等技術，在硬質巖石中鉆孔的難題有望得到解決。

（5）對地層中砂卵石層較厚且卵石較松散的地區鉆進及孔壁防護困難較大，鉆孔速度慢，需要全鋼護筒跟進且鋼護筒難以拔出，施工成本較高，適合地質及地下構筑物簡單的地區。

5 結束語

地下水位以下的填土、粘土、粉土、砂土、碎石土、軟質巖等巖土層，且對環境要求高的樁基采用清水旋挖成孔能充分發揮旋挖鉆鉆孔快速、能自動控制鉆孔垂直度、成孔精度高的優勢，施工成本較小，適合于大型橋梁群樁、深樁的快速施工。避免了人工開挖樁基礎在安全上的巨大風險，避免了沖擊鉆施工速度的緩慢，隨著旋挖鉆機的科技進步，以及樁基護筒技術的進步，旋挖鉆機對不同地質、不同巖性、不同交通狀況地區的適應能力將大大提高。因此，利用旋挖鉆進行清水鉆孔施工的技術值得進一步研究和推廣。

[1]重慶市建設工程質量監督總站.DBJ50-156-2012旋挖成孔灌注樁工程技術規程[S].重慶市城鄉建設委員會，2012：16-17.

責任編輯：孫蘇，李紅

Construction Technology of Water Rotary Drilling Bored Pile in Yangtze River Bridge of Cuntan,Chognqing

Based on the practical application of rotary drilling rig to carry out water rotary drilling foundation construction in the foundation pile groups of the Yangtze River Bridge in Cuntan of Chongqing,it is proved that the application of rotary drilling rig in foundation construction in Chongqing is safe, quality-controllable,fast construction and comprehensively economic.And some problems of this technology in construction are also identified for future improvement.

bridge;water;rotary drilling rig;pile foundation;construction;application

TU997

A

1671-9107（2014）04-0057-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.04.057

2013-12-17

劉曉濤（1969-），男，重慶人，本科，高級工程師，主要從事建筑施工和建設管理工作。

汪渝（1983-）男，重慶人，專科，工程師，主要從事建筑施工和建設管理工作。