高鐵復雜地質條件下百米深孔樁施工綜合技術

寇青

摘要：在江西吉安昌贛鐵路白圻村特大橋樁基施工時，橋址區覆蓋層為圓礫土，巖溶強發育，溶洞多，規模大，相互連通，且存在深長樁基，施工難度極大，施工質量及進度難以得到保障。本項目通過經驗總結及施工工藝的創新，針對性地采取了全護筒套管跟進法、混凝土回填反壓法施工及深長樁基的全護筒套管跟進+搓管機法等多種施工鉆進措施，確保了本項目在復雜地質條件及深長樁基的順利鉆進，具有較強的推廣應用價值。

Abstract： During the construction of the pile foundation of Baiqi Village Bridge in Changgan Railway of Ji'an， Jiangxi Province， the cover layer of the bridge site is round gravel soil， with strong karst development， large number of caves， large scale， interconnected and deep pile foundation， so the construction difficulty is large and the construction quality and progress are difficult to secure. Through the experience summary and the innovation of construction technology， the project has adopted the full casing casing follow-up method， the concrete backfill counter-pressure method construction and the deep-tube pile follow-up + pipe-cutting machine method， which ensures the smooth drilling of the project in complex geological conditions and deep and long pile foundations and has strong promotion and application value.

關鍵詞：高鐵橋梁;深長孔樁;護筒跟進法;施工技術

Key words： high-speed rail bridge;deep-long hole pile;casing follow-up method;construction technology

中圖分類號：[U24] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）13-0140-03

0 ?引言

當橋梁樁基處地層較為穩定時，工程地質條件較好時，采用旋挖鉆干鉆，或是沖擊鉆施工，采用泥漿護壁，根據現場情況采用不同比重的泥漿，以與孔樁側壁的土壓力及地下水壓力相平衡，以確保樁壁穩定不坍塌。但是，在相當情況下，地質條件非常差，不能采用泥漿護壁或是泥漿護壁也不能使孔壁保持穩定狀態，則難以成功澆筑樁基，如果在地質條件差的情況下，深長樁的施工更是難上加難，為解決這一難題，則需要進行樁基鉆孔機械設置、施工工藝和方法的改進及創新。

1 ?工程簡介

昌贛鐵路白圻村特大橋位于江西省吉安市境內，中心里程為DK233+356.595，橋梁總長度為4659.05m，梁型為24m和32m簡支箱梁，共144個墩臺位，群樁基礎，直徑1.25m，樁長基本在50～80m之間，最大設計樁長101-E為99.5m，有14顆樁基鉆孔深度超過百米。

橋址區不良地質為巖溶，屬淺覆蓋型，覆蓋層主要為圓礫土。巖溶發育強度分級屬強發育，溶洞多，規模大，相互連通。基巖面附近土體黏結強度易受巖溶水破壞，土顆粒亦隨地下水搬運而流失，形成土洞，當土洞發育至一定規模時，在機械震動和真空虹吸作用下，容易引發地面塌陷。

2 ?復雜條件的深孔樁基施工技術

白圻村特大橋橋址處巖溶極為發育，地質條件極其復雜，巖溶柱樁施工難度極大。根據前期施工經驗，采用旋挖鉆或是沖擊鉆，過程中塌孔復鉆、埋錘卡鉆、漏漿塌陷、周邊下沉等異常事故時有發生，對成孔成樁質量影響極大，進度無法保證。采用常規的旋挖鉆、沖擊鉆難以完成孔樁的施工，故需對孔樁成孔技術進行改進及創新，方可完成白圻村特大橋復雜地質條件下的深樁施工。

結合以往施工經驗，經對類似樁基的成功施工工法進行總結、改進及優化，制定出適合本項目的樁基施工工法。根據地質情況及樁基深度的不同，采用了如下三種施工工藝及方法進行白圻村特大橋樁基的施工，有效地確保了復雜地質條件下百米深樁的順利進行，達到規范及設計要求的施工質量。

2.1 全套管跟進法

全套管跟進施工工藝與一般的樁基施工方案對比，不同之處在于鉆孔過程中，隨鉆進埋設特制套管，套管起到鋼護筒的作用，鉆孔是在套管的保護下進行施工的。跟進采用的套管內徑較樁徑大10cm，壁厚40mm。0～30m左右深的套管跟進采用旋挖鉆直接鉆進，30～80m左右深的套管跟進采用搓管機輔助跟進。如圖1及圖2（b）所示。

套管采用旋挖機鉆進埋設，套管起拔采用邊灌混凝土邊用撥管機（超過30m用搓管機）提拔方式施工至灌注完畢 ，優點是成孔有保障，垂直度高，成樁質量可靠，樁形規則，環保，功效高。缺點是施工工序復雜，配合設備多，施工成本高，樁深受限。

2.1.1 施工作業流程

樁心定位→安置鉆機→連接驅動器下設護筒→正轉取土→反轉壓土上提→接長護筒→入巖終孔→清碴→檢查→移機→下放鋼筋籠→澆砼→拔護筒。

全護筒套管跟進法關鍵工序施工順序及說明如圖1所示。

2.1.2 主要工序施工方法及關鍵技術

①樁心定位：全站儀定樁心，打下定位樁，置十字線讓交點通過中心樁，設置半徑確定4顆引樁位置，以便復核樁偏差;

②安置鉆機：放線前平整場地，用挖機壓實，確保旋挖鉆機能平穩工作;表土中孤石含量小而少可用雙底截齒鉆頭對準中心樁后直接開孔，否則應以樁半徑畫圓，用截齒筒鉆開孔;

③下設套管：鉆頭開孔后下設套管，露出地表高度 500mm左右，第一節套管下好后，接長套管繼續鉆進，直至鉆進有難度時，脫開驅動器，用鉆機鉆進取土至套管底口，根據地質情況，接長套管后繼續下放套管至預設深度;

④鉆進取土：鉆機再次對中、效核垂直度后正轉取土，反轉壓土后提土至終孔，采用慢進慢提以減少鉆頭對套管內壁的碰刮。

⑤清孔：根據地勘及設計圖紙要求達到嵌巖深度后即可進行成孔質量檢查，深度達要求后用清孔鉆清孔后終孔;下鋼筋籠前再次檢查孔底沉碴厚度，端承樁小于50mm，摩擦樁小于200mm，如不能滿足要求，重新清孔。

⑥拔套管：澆筑過程中套管底每埋深超過6-7m拔除一節套管，套管埋置不宜太深，用拔管機分節拔出套管，注意砼面下降情況，拔套管時，澆筑砼用的導管須固定好留在套管內，保持居中，以便在拔除套管后及時向孔內補充砼，連續灌注 。

封孔時，套管及混凝土封孔導管要根據混凝土埋深情況進行逐節拔除（套管4m/節，混凝土導管2m/節），為減少護筒壁外遇到較大溶洞造成斷樁的風險，導管埋深一般保持在6～10m。封孔時要認真研究地質鉆孔資料及鉆進記錄，遇有可疑非填充溶洞時，要把控好拔管標高，以免混凝土流進溶洞內混凝土導管露出混凝土面形成斷樁。

拆套管時，首先要拆除套管頂面的封孔平臺，采用吊機副鉤提住混凝土灌注導管，然后采用拔管機緩慢頂升拔除套管，待一節套管頂升到位后，吊機主鉤提住套管，拆除連接螺栓，將套管吊起。拆除節段的套管吊起1m左右，將活動式的混凝土澆筑平臺安裝至下節套管頂面用于支撐混凝土導管后，并摘除提住混凝土導管的副鉤，最后即可拆除上節套管。

混凝土導管拆除與常規混凝土水下灌注導管拆除方法類似。

2.2 半跟進護筒成孔法

全套管跟進法施工樁基雖然質量好，但具有施工效率低，施工成本高，樁深受限等缺點。為了加快施工進度，對于普通回填土層、砂卵層，密實度差，坍塌、縮孔嚴重的地層。采用比樁徑大100mm鉆具鉆進，遇塌孔地段采用回填混凝土反壓凝固了再鉆進至一定深度下全護筒鉆進至設計深度，再下鋼筋籠，灌注，如圖2（a）所示。

2.2.1 施工流程

對于鋼護筒下放至樁底時，施工流程為：樁心定位→安置鉆機→正轉取土→反轉壓土上提→回灌凝土→再次鉆進—終孔→移機→下套管→下放鋼筋籠→導管→澆砼→拔護筒。

如果護筒不是沉放至樁底，則在下放鋼護筒后再進行孔樁鉆進，直至樁底標高。

2.2.2 主要工序施工方法及關鍵技術

①護筒安裝：鋼護筒埋設：采用旋挖機配合反壓法鉆進至所需深度進行埋設，進入強風化層后使護筒口高出地面不小于300mm;

②安置鉆機：放線前平整場地，用挖機壓實，確保旋挖鉆機能平穩工作;表土中孤石含量小而少可用雙底截齒鉆頭對準中心樁后直接開孔，否則應以樁半徑畫圓，用截齒筒鉆開孔;

③鉆進取土，塌陷區回填混凝土反壓凝固再鉆進，反復進行;

④下鋼護筒，或者再進行鉆進（根據地質情況變動）至所需深度，驗孔;

⑤砼澆筑完畢后，用吊車配合振動錘一次性拔鋼護筒，如孔深鋼護筒太長可分段焊拔。注意砼面下降情況，拔護筒時，及時向孔內補充砼。

2.3 混凝土回填反壓法施工

對于回填土層，密實度差，易塌陷，有大塊石間隙大，有空洞及溶蝕地層。還選用了混凝土回填反壓法施工。其施工關鍵技術如下：

①用旋挖鉆機鉆進至塌陷段時回填混凝土，8～12小時再鉆進，反復多次進行直至終孔。

②采用一次性多個樁位施工，間段隔開鉆進。

③要有足夠場地空間。

④成孔要求及時驗孔，灌注，不可長時間停放。

3 ?復雜地質條件下超長樁基施工工藝

40、101、102、114#等墩位巖溶強發育，周邊水系復雜，設計樁長均超過95m，最長樁101-E為99.5m，應鉆孔深度達102m。

地勘地質描述為0-2.7m回填土;2.7-4.7m粉質粘土;4.7-46.5m細圓礫土;46.5-50.8m粉質粘土;50.8-71.2m溶槽（含礫粉質黏土填充）;71.2-73.6m灰巖;73.6-74.6m溶洞;74.6-75m灰巖;75-76.2m溶洞;76.2-76.5m灰巖;76.5-98.2m溶洞;98.2-柱底灰巖。灰巖硬度達90MPa。

由于地質條件差，為了確保成樁質量，在施工條件允許的情況下，采用全套管跟進法鉆設樁基，為滿足此設計，聯合廠家對SH46A型旋挖鉆機進行如下改進：①對鉆桿進行定制，以達到施工要求;②對鉆機桅桿進行加長，要求達到鉆進要求;③對鉆機配重進行改進，保護鉆桿重心一致。

因樁長及地質條件需要繼續跟進鋼套管時，因摩擦力太大影響，旋挖鉆無法直接鉆進鋼護筒，需要采用搓管鉆機配合進行護筒下放，如圖3所示。

搓管鉆最深跟管深度為72m，大于72m孔深范圍無法跟進，采用旋挖鉆直接鉆進。70m以下遇到溶洞時，采用拋填粘土、河卵石進行回填擠壓密實。

由于地質條件復雜，假如由于其它人力不可控原因造成旋挖鉆機無法完成鉆進。將采用備用方案：使用沖擊鉆機打接力，由于上部一定深度內有全護筒不易塌孔，上部鉆進速度快，樁形好，垂直度好，可以有助于沖擊鉆機更好施工。減少漏漿，在沖擊鉆擊施工中，有可能會出現偏孔時，應選擇15-30cm的石塊回填校正樁孔垂直度。石塊太大在回填層中會對旁邊已澆注樁產生輕微破壞，因此盡量避免大塊石回填。

4 ?結束語

①施工是要避免大力沖撞套管，特別是套管的接頭處不能磕碰。在套管連接銷的安卸操作時，須認真清理干凈，以避免出現安裝困難。

②在驅動套管鉆進地層中，如遇到鉆進困難時，在采用搓管機前可優先采用旋挖鉆斗或是短螺旋鉆頭在套管內取土。

③套管法施工時，樁基澆筑時間要盡可能的縮短，避免耗時過長導致拔管困難，引起施工質量事故。

參考文獻：

[1]黎中銀.旋挖鉆機與施工技術[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]劉世鋒.旋挖鉆機在大直徑深孔鉆孔樁中的應用 [J].山西建筑，2009（12）.

[3]肖瑞冬.砂卵石地層深孔樁基施工質量控制要點淺析[J].科技風，2017（17）.

[4]祝良紅，程平階.金沙江大橋大直徑深孔樁基沖擊法施工技術[J].市政技術，2012（6）.