深水嵌巖樁沖擊鉆施工技術

錢華偉

(中交二航局福州分公司，福建福州 350011)

深水嵌巖樁沖擊鉆施工技術

錢華偉

(中交二航局福州分公司，福建福州 350011)

針對深水樁基施工中回旋鉆在卵石層中容易發生卡管、在淤泥層容易發生塌孔等問題，以某跨江大橋深水樁基沖擊鉆施工為例，對其施工工藝進行了介紹。結合工程所處的水文、氣象、地質等環境條件，明確沖擊鉆施工的特點及難點，給出詳細的施工方案和工藝流程，并重點對鉆孔施工的步驟進行描述，最后分析了鉆孔功效。實踐證明:沖擊鉆有效地克服了回旋鉆施工中的問題，可為類似深水嵌巖樁沖擊鉆施工提供可借鑒的經驗。

深水;嵌巖樁;沖擊鉆;施工技術

0 引 言

隨著中國經濟的快速發展，城市間的距離不斷縮短，跨江跨河的公路橋梁越來越多，在這些工程中，水深一般比較大。為了確保施工安全，使基礎施工方便易行，減少施工干擾，降低工程成本，一般采用取鉆孔灌注進行樁基施工。采用回旋鉆鉆孔，在卵石層中易發生卡管，在淤泥層易發生塌孔，針對這些問題，本文結合工程實例介紹深水嵌巖樁沖擊鉆施工技術。

1 工程概況

某跨江大橋樁基礎分為端承樁和摩擦樁2類，端承樁樁底進入微風化巖層且不小于3倍樁基直徑;采用2.2 m樁236根、1．8 m樁26根，其中摩擦樁48根，端承樁214根;單樁長度為65～80 m;樁基永久鋼護筒和施工鋼護筒總質量8872.35 t;全橋樁基鋼筋籠總質量約為6734 t，聲測管總長59568 m;樁基采用 C35水下混凝土，設計方量為 68626.4m3。樁基構造見圖 1、2。

圖1 大橋主墩樁基

圖2 副墩樁基

本河段處于徑流和潮流的過渡段，既受徑流的作用，又受潮流的影響。該大橋橋址處設計水位見表1。

表1 大橋設計水位

橋址區域處于中亞熱帶，氣溫北低南高，多年平均氣溫為17℃～21℃;流域內年平均降雨量為1710 mm，變幅在1200～2200 mm之間;橋址附近的風向以東南為主，其次為北風及西北風，風力一般為5～6級，在6～9月份受太平洋臺風的影響，風力可達9～12級。

橋位區河床底面地勢起伏較大，第四系地層主要為沖積形成的砂土;從現場鉆探揭露的地層來看

2 施工難點

影響樁基施工質量的因素較多，本工程有以下難點。

(1)6～9月橋址附近受臺風以及氣候的影響，樁基混凝土澆注出現問題，對樁基施工進度有一定的影響。

(2)主橋基礎施工長度最長達到90 m，端承樁要求樁底進入微風化巖層深度不小于6 m，施工難度大、風險高，對鉆機的性能及鉆孔操作提出了很高的要求。

(3)鉆孔過程中影響較大的有淤泥層、卵石層以及孤石層，發生漏漿、坍孔幾率較大，成孔風險較高。

(4)高潮位與低潮位水位落差達到5 m左右，在鉆孔施工過程中極易發生塌孔。

3 樁基施工方案

由于當地卵石層和淤泥層較厚，回旋鉆施工在卵石層容易發生卡管、在淤泥層容易發生塌孔等［1］，且設計要求嵌巖深度不小于6 m，回旋鉆進入巖層進度較慢，并且護壁效果不好［2］，所以采用沖擊鉆成孔，二次清孔采用氣舉反循環［3-4］。

主墩配置鉆機14臺，副墩配置鉆機15臺，分3輪施工完成。第 1 輪施工墩號為 1#、2#、3#、4#、14#、15#、16#，第 2 輪施工墩號為 7#、8#、9#、10#、12#、13#、17#，第 3 輪施工墩號為 5#、6#、0#、11#、18#。跨江大橋樁基施工順序見圖3。

按照年齡分層研究發現男性冠心病患者的FH檢出率隨年齡增加有逐漸減低的趨勢(χ2=25.69，P<0.01)。見表3。

圖3 大橋樁基總體施工順序

3．1 主墩樁基施工

2個主墩同時開始施工，鉆機按“同時作業、隔孔開鉆”原則進行布設［5-6］，單個主墩的28根樁布設7臺鉆機，分4輪完成鉆孔施工，樁基按照1～28進行編號，具體鉆孔順序見圖4。

圖4 大橋主墩樁基鉆孔順序

3．2 副墩樁基施工

南、北岸副墩樁基按4個作業面同時開始施工，每個墩布設3臺鉆機，4輪完成鉆孔施工，樁基按照1～12進行編號，具體鉆孔順序見圖5。

圖5 大橋副墩樁基鉆孔順序

鉆孔灌注樁施工工藝流程［7］見圖6。

4 設備選擇

根據地質情況，主橋樁基均選用CK2200型沖

圖6 鉆孔灌注樁施工工藝流程

擊鉆進行成孔作業，鉆機性能參數見表2，主要配套機具見表3。

表2 CK2200沖擊鉆機性能

5 鉆孔施工步驟

(1)鉆機通過履帶吊吊裝就位，鉆錘中心與樁位中心位置偏差不得大于2 cm。鉆進過程中鉆進時間超過4 h或懷疑鉆機有歪斜時，均要進行基座檢測和調平，保證鉆機在鉆進過程中不產生位移或沉陷［8-9］。

表3 單臺鉆機主要配套機具

(2)鉆機就位后要對鉆機鉆架進行調整，以保證鉆架吊點中心與孔位中心在同一鉛垂線上，開動卷揚機，檢查卷揚機及導向滑輪系統是否正常。

(3)采用沖錘沖擊成孔，泥漿沉淀池沉淀除渣，正循環鉆進配合氣舉反循環清孔施工［10］。開鉆前向孔內注入泥漿，以沖擊錐小沖程反復沖擊造漿。在通過護筒底口及底口以下2～4 m時，采用濃泥漿、低沖程、高頻率反復沖砸，使孔壁堅實、不塌不漏［11］。鉆進成孔過程各類地層中的沖程及泥漿比重選用值［12-13］見表 4。

表4 各類地層鉆進中的沖程及泥漿比重選用值

(4)根據工程地質勘察報告及現場渣樣判斷樁基是否全斷面進入持力巖層，并通知設計代表及監理人員現場確認巖層標高。當鉆頭鉆至設計標高、樁基全斷面嵌入持力巖層的深度達到設計要求后，停止鉆孔，撈取渣樣，待監理、地質、設計、施工各方代表現場確認后方可進行下步施工［14-15］。

(5)當鉆機成孔后，先用測繩進行孔深檢查，檢查前測繩必須經過鋼尺校核，然后利用孔徑檢測儀進行孔徑和孔垂直度檢查［16-17］。成孔后對孔的質量進行自行檢測，要求樁孔徑不小于設計孔徑，傾斜度不大于1%。

(6)清孔采用氣舉反循環工藝，所需設備為12 m3空壓機、風管、ZX250泥漿凈化器、振動篩。首次清孔在終孔檢查后迅速進行，清孔后的泥漿指標見表5。鋼筋籠和混凝土澆注導管安裝下放完畢后，測定孔底沉渣和孔內泥漿指標，如超過規范及設計要求則進行第2次清孔。

表5 清孔后孔內泥漿指標

6 鉆孔樁施工控制措施

控制護筒內鉆進時基本處于制漿階段，可將打碎的黏土直接投入護筒內，使用沖擊錘沖擊制漿，待黏土已沖攪成泥漿時，即可進行鉆孔。護筒內鉆進宜采用50 cm小沖程，直至穿過護筒底口1 m后逐步進入正常鉆進施工。在通過高液限黏土、含砂低液限黏土層時，采用75 cm沖程沖擊鉆進。

當遇有流沙現象或較厚的松散砂層時，應按2∶1的比例向孔內投入黏土和粒徑不超過15 cm的片石，并用錐鉆頭以50 cm的小沖程反復沖擊，使黏土、片石擠入孔壁，此過程可以反復進行，力求孔壁穩定。

在通過堅硬密實的卵石層或基巖的巖層時，始終保持孔內充滿泥漿懸浮鉆渣，采用l00 cm高沖程沖擊鉆進。

鉆頭的鋼絲繩與鋼護筒中心位置偏差不大于2 cm，升降鉆頭時要平穩，不得碰撞護壁和孔壁。

每鉆進1～2 m應檢查鉆孔直徑和豎直度，在地層變化處撈取渣樣并標識，與現場地質勘測隊伍所出具的地質剖面圖核對，根據實際地層變化采用相應的鉆進方式。

深測管在每一節焊接完后，要向孔內灌水，如果灌水含泥量超過1%，則需經過較長時間的沉淀，故施工時用來灌深測管的水要經過凈化處理后才能使用，以達到預防探測管底部堵塞、超聲波檢測不到位等問題的目的。

7 鉆孔樁工效分析

對該跨徑大橋鉆孔樁施工原始記錄進行整理、分析，按照地層對統計樣本大于10個的地層進行工效匯總，結果見表6。

8 結語

本文以某跨江大橋深水嵌巖樁沖擊鉆施工為例，對沖擊鉆施工工藝進行了介紹，并對施工控制措施進行了總結，對施工工效進行了分析，為類似深水嵌巖樁沖擊鉆施工提供了可借鑒的經驗。

表6 各地層鉆進工效匯總

［1］ 單慧川．復雜地層沖擊鉆和反循環回旋鉆樁基成孔工藝比較［J］．筑路機械與施工機械化，2014，31(9):86-89．

［2］ 左明福．公路橋梁深水樁基礎施工［J］．土工基礎，1999(2):1-5．

［3］ 張文慶．氣舉反循環鉆進工藝選用原則及建議［J］．西部探礦工程，2014，26(2):46-48．

［4］ 倪 俊，原海霞．氣舉反循環清渣方法的應用［J］．探礦工程:巖土鉆掘工程，2000(6):28-30．

［5］ 王 彥，苗 權，唐建林．超長、大口徑、密集型鉆孔灌注樁施工—哈爾濱松花江斜拉橋9#墩基礎鉆孔樁施工［J］．黑龍江交通科技，2003，26(9):6-7．

［6］ 柏萬祿，韓洪亮．鉆孔樁水下混凝土灌注工藝流程的比較［J］．煤炭科學技術，1997(7):32-35．

［7］ 祝靖華．橋梁深水樁基礎鉆孔灌注樁施工技術分析［J］．科技與企業，2014(15):274．

［8］ 劉剛亮，王中文．虎門大橋輔航道橋大直徑深水樁基施工工藝［J］．橋梁建設，1998(4):38-40．

［9］ 劉忠友，王振紅．沖擊鉆在斜孔嵌巖鉆孔中的開發利用［J］．水運工程，2007(12):131-134．

［10］ 徐月松．沖擊鉆進工藝在復雜地層鉆孔樁施工中的若干技術問題［J］．探礦工程:巖土鉆掘工程，2001(2):10-11．

［11］ 胡建國．沖擊鉆嵌巖灌注樁沉渣厚度測量方法［J］．西部探礦工程，2003，15(3):130．

［12］ 張發杰．橋梁鉆孔灌注樁孔徑與傾斜度現場檢測新方法［J］．山西建筑，2009，35(17):281-282．

［13］ 胡朝彬，王寶勛，羅冬華，等．鉆孔灌注樁成孔質量檢測技術開發應用研究［J］．探礦工程:巖土鉆掘工程，2014(8):46-49．

［14］ 唐頂峰，劉學青，楊大偉．水中樁基礎沖擊鉆施工清孔工藝研討［J］．湖南交通科技，2017，43(1):141-144．

［15］ 李南平，邵海悅．松散卵石地層鉆孔中沖擊鉆的應用［J］．筑路機械與施工機械化，1990，7(6):15-16．

［16］ 高玉良，谷詩洋，張蕭牧．沖擊鉆進鉆孔灌注樁卡鉆、埋鉆事故處理方法［J］．西部探礦工程，2012，24(8):43．

［17］ 肖光軍．藏木水電站尾水渠防沖墻施工工藝及施工效果分析［J］．低碳世界，2015(1):77-78．

Construction Technology for Deepwater Socketed Piles with Hammer Drill

QIAN Hua-wei
(Fuzhou Branch Office of CCCC Second Harbor Engineering Co．，Ltd．，Fuzhou 350011，Fujian，China)

Given that the rotary drill is prone to be stuck in the pebble bed and the holes are easy to collapse in the mud and other problems occur during the construction of deepwater pile foundation，by taking the construction of the deepwater pile foundation of a cross-river bridge as an example，the construction technology of hammer drill was introduced．Combined with the hydrological，meteorological and geological conditions of the project，the characteristics and difficulties of the construction with hammer drill were pointed out．The detailed construction scheme and the process were put forward．The steps of the drilling construction were described．Finally，the drilling effect was evaluated．Practice has proved that the hammer drill effectively overcomes the problems emerging in the construction of deepwater socketed piles with the rotary drill，which can provide a reference for similar projects．

deepwater;socketed pile;hammer drill;construction technology

U443．15

B

1000-033X(2017)09-0093-05

2017-02-19

錢華偉(1969-)，男，江蘇宜興人，高級工程師，研究方向為路橋施工。

［責任編輯:杜衛華］