旋挖成孔工法在高強巖石地基中應用探析

冉旭，龐洪剛

（重慶建工集團股份有限公司，重慶 401122）

為更好地推動鉆孔灌注樁成孔工藝技術和設備的更新和改革，在重慶高家花園嘉陵江復線橋工程項目中使用了近年來橋梁工程大直徑鉆孔灌注樁施工中很少采用的旋挖成孔技術。該樁基成孔技術代表了當今先進的施工技術水平，具有施工工藝相對簡單，施工效率高，安全性能好等特點。

1 工程背景介紹

1.1 工程設計概況

重慶高家花園嘉陵江大橋復線橋主橋橋跨布置為140+240+140m的三跨預應力混凝土連續剛構，主橋全長528m，復線橋主橋設墩位P8#、P9#、P10#墩和P11#橋臺， 其中P9#、P10#主墩為連續剛構體系，P9#墩位于沙坪壩區域河漫灘，并臨近于嘉陵江中心地段，P9#主墩設樁基承臺基礎，該墩設12根Φ2.8m樁基，樁長18m，樁平面間距縱橫為6.5m，樁基混凝土強度等級C30（見圖1、圖2）。

圖1 主橋橋型圖

圖2 樁基平面布置圖

1.2 地質狀況

根據P9#墩位處地質勘察資料，原地面地貌較為平緩，地面標高為164.92～167.01m，平均地面標高為165.965m左右，地表面有砂卵石層覆蓋，厚度約0.7～3.8m，平均厚度約2.3m左右，卵石直徑5～10cm。以下為泥質砂巖和砂巖互層，原始地面以下6～10m左右為強風層，局部泥質較重，裂隙較為發育，巖層傾角較小，接近于水平狀態。

1.3 水文狀況

水文方面，每年10月底三峽蓄水至175m標高；11月至次年1月水位維持在174～175m之間，流速緩慢；2月底水位降至166m下，此時橋墩位所在河漫灘裸露；3月至6中旬，河道進入枯水期，6月下旬開始漲桃花水，至此開始，橋位水位呈天然河道狀態，進入嘉陵江汛期，一直持續到9月底。

2 設備選擇與成孔原理

根據橋址區域工程地質、水文地質及水文情況，p9#墩基礎施工需在三月至六月枯水期完成施工，而且需在承臺外先組織土圍堰施工，在土圍堰保護下進行承臺基坑開挖和樁基礎施工，考慮到承臺基坑處巖層裂隙較發育，采用人工挖孔樁排水困難，而采用沖擊鉆成孔速度較慢，進度難以保證，而旋挖鉆孔進度快，安全性能好，但墩位基礎處巖層強度較高，設計樁徑較大，小型旋挖鉆機難以鉆進。對此，經多方對比論證，最后決定采用400t大型旋挖鉆機進行樁基旋挖成孔。

該鉆機由機身主體、液壓桿、導向架、鉆桿、鉆頭等組成，每臺鉆機自重約80t。可完成自行行走、對中、調整垂度、鉆進、出碴、清孔等全部成孔動作。

其造孔原理是采取鉆桿的旋轉帶動鉆頭的旋轉，將樁孔內巖體進行切削磨碎，對磨碎的巖體碎碴通過進入鉆頭套筒內，隨鉆桿提升孔外后進行卸碴，如此反復鉆進、出渣等施工循環，最后形成樁基的造孔。

3 工藝流程

4 施工工藝及常見問題處置

下面以高家花園嘉陵江大橋復線橋主橋P9#樁基施工為例，介紹旋挖鉆機在巖石地層中的主要施工工藝及常見問題的應對措施。

4.1 孔口護筒

旋挖成孔灌注樁護筒采用鋼護筒，根據P9#墩樁基斷面尺寸，P9#墩鋼護筒規格采用Φ3000X10mm（面板厚10mm）。旋挖鉆機埋設鋼護筒時，宜先采用稍大口徑的鉆頭鉆至預定位置，提出鉆頭后，再用鉆斗將鋼護筒壓入到預定深度。

4.2 造孔鉆機布置

該次施工的P9#墩12根樁基，P9#墩縱向布置共三排，每排4根。由于鉆機工效較高，該次使用一臺旋轉鉆機即可，采取分排一次完成后再進行第二排樁基鉆孔，鉆孔順序從嘉陵江下游至上游方向依次進行。

4.3 旋挖造孔

旋挖鉆機布置就位后應穩定牢靠，防止位移沉降，確保鉆孔質量。鉆機位置定位準確后，在樁孔中心位置上安裝鉆頭。

針對該墩位處巖層整體情況，P9#墩先采用Φ1.5m齒板筒鉆頭進行套孔鉆進及出碴，當鉆孔深度距設計孔底0.5m時可停鉆，然后采用Φ2.0m齒板筒鉆頭進行鉆進及出碴，再采用Φ2.5m齒板筒鉆頭進行鉆進及出碴，最后采用Φ2.8m齒板筒鉆頭進行鉆進及出碴，最終完成0.5m深度樁孔形成。

旋挖造孔的成孔孔徑和垂直度，全部由機械自身進行控制，通過操作室內的水平垂直儀觀察到鉆孔垂直度情況。成孔鉆進過程中密切進行目測觀察，發現問題好及時糾正。

在造孔過程中，跟蹤檢查碴樣以確定各種巖石層厚度和標高，及時記錄整理完善隱檢資料。

經工藝性生產試驗，每孔樁基造孔從開始到結束共需2天時間，完全滿足施工進度計劃要求。

4.4 清孔

對隱檢確認后的樁孔按規定進行孔底清理。根據鉆孔樁樁底的設計標高和護筒頂標高，計算出鉆孔深度，用測繩檢查孔深，到位后進行清孔。對孔底沉渣用沉渣儀檢測，確認端承樁孔底沉渣厚度滿足不大于50mm的規范要求后，方可進行下一道工序施工。

4.5 存在的問題及應對措施

（1）旋挖鉆機在巖石地基施工大直徑樁基時，由于巖石強度較高，導致鉆機鉆進破碎壓力大。對此，如直接采用設計樁徑的鉆頭施工，施工負荷大，難以鉆進，應先采取小直徑鉆頭鉆芯，大直徑鉆頭逐級擴孔的方式分次鉆進，該工程P9#墩設計采用2.8m樁徑，施工分4種鉆頭鉆進，分別為1.5m、2m、2.5m、2.8m。

（2）旋挖鉆機成孔存在的弊端是難以直觀反應地層巖性變化。對此，旋挖鉆進過程中，必須及時收集渣樣以確定各層巖石厚度和標高。

（3）P9#墩基礎為巖石地基，施工中不采用泥漿進行護壁。對于巖石地基上存在砂卵石覆蓋層，施工中采用鋼護筒安裝至覆蓋層以下，以避免覆蓋層坍塌。

（4）本次P9#墩樁基旋挖工藝成孔的重點難點在于孔底成渣的處理，主要表現為P9#墩基礎巖層裂隙較發育，河床透水夾帶泥沙和旋挖鉆頭磨碎的巖體鉆渣部分沉淀，導致終孔后孔底沉渣厚度超標，且采用專用清孔底板鉆筒無法滿足清孔質量要求。對此，沉渣的清理成為樁基成孔質量控制的關鍵。

（5）P9#墩樁基采用水下混凝土澆筑，因樁孔巖壁分布的水平裂隙與嘉陵江河床連通，樁孔內存在河床透水情況，無法采用造漿、循漿、懸渣的方法進行沉渣處理。對此，經多種處理方法分析、比選、論證，決定采用氣舉法進行孔底沉渣清理，經實踐證明沉渣清理效果良好，清孔后沉渣厚度完全滿足設計及規范要求。

（6） 清孔

第一次清孔采用旋挖鉆機清孔鉆頭進行初步清孔，第二次采用氣舉法進行徹底清孔。

采用氣舉法進行清孔是通過空壓機送風作用在導管底端形成負壓，將沉渣在負壓作用下上升并排除孔外，需使用空壓機、導管、高壓風管等設備。

將吸渣導管頭置于沉渣面，沿孔邊到中心依次圓周作業進行吸渣，保證孔底全斷面吸渣到位；當吸出的沉渣量減少，導管出水口的水質顏色由濃變淺時，表明沉渣在逐漸減少，最后達到徹底清孔目的。

在吸渣過程中必須連續補水、保持孔內水位，采用多臺潛水泵同時抽取江水進行補水，以確保負壓吸渣效果。

當孔底吸渣清渣徹底后，進行沉渣檢測，檢測部位在孔邊4點和圓中心點，共計檢測點位5個，每點測2次以上，時間間隔1h，沉渣厚度符合設計及規范要求后進行鋼筋籠吊放。

5 應用實效分析

（1） 復線橋P9#墩12根樁基自2013年2月28日開始旋挖成孔施工，兩臺鉆機分次鉆進后采用氣舉法清孔。3月25日樁基澆筑完成，施工周期僅25d。樁長與樁型完全相同的P10#墩12根樁基，采用沖擊成孔施工，4臺鉆機同時作業，施工周期為110d。與沖擊成孔相比，旋挖成孔工效優勢明顯。

（2）旋挖成孔的樁基全部采用超聲波檢測樁身完整性，結果全部為一類樁，質量合格。

（3）因樁基施工周期極大縮短，項目部原定6月底才可施工完成的橋梁承臺，在4月5日即施工完成。為保證在嘉陵江漲水期間可施工基礎及承臺，項目原定采用雙壁鋼圍堰渡洪。樁基施工時間縮短后，鋼圍堰高度由18m減至8m，節約措施費約300余萬。

6 結語

旋挖鉆機作為一種新型鉆孔設備，具有功率大、鉆孔速度快、自動化程度高、移動靈活方便、定位準確、節約勞動力、生產安全、工作方便、環保性能好、噪聲小、工作效率高、工期效益顯著、降低施工成本等特點。但它也有因自身工藝特點帶來的一些問題，且其施工工藝環節多，孔底沉渣厚難以清除，施工控制稍有不慎，便會導致質量問題出現。根據旋挖成孔的施工作業特點，通過對旋挖成孔技術適用性的分析、論證，在施工過程中應建立針對其工藝特點的環節控制體系及應對處理措施，充分發揮其施工優勢，可全面確保成樁質量。