卵石夾漂石層灌注樁鉆孔施工方法的優化

曹 龍 濱， 魯 金 貴， 鄭 愛 國

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

杭州市臨安區苕溪南街下穿隧道范圍西起五岔路口西側，東至五岔路口東側，隧道全長約370 m(西口U型槽段長140 m，明挖暗埋段長100 m，東口U型槽段長130 m)。隧道采用閉合矩形框架結構，凈空高5 m，凈寬19.1～19.9 m，隧道結構采用外包防水。

隧道采用明挖順作法施工，圍護結構采用鉆孔灌注樁，內支撐采用混凝土支撐+鋼支撐，圍護結構外側采用高壓旋噴樁止水帷幕，鉆孔灌注樁尺寸為φ800@1000，樁長分別為：10 m 、11 m、13 m與14 m。下穿隧道圍護結構標準斷面見圖1。

苕溪南路下穿隧道工程地層自上而下主要為碎石填土、卵石夾漂石層、強風化泥質粉砂巖、中等風化泥質粉砂巖。其中卵石夾漂石層卵石粒徑一般以5～10 cm為主，局部夾漂石，最大粒徑達30 cm以上，卵礫石質地堅硬，呈亞圓形，部分為扁平狀，母巖成分以凝灰巖、石英砂巖為主，層厚1.8～4.8 m；強風化泥質粉砂巖結構大部分已破壞，巖芯呈塊狀，局部呈短柱狀，手可折斷，局部夾中等風化巖塊，層厚0.8～4.3 m；中等風化泥質粉砂巖為中厚層狀構造，局部孔段水平層理較明顯，巖芯呈柱狀、短柱狀，節理裂隙較發育，遇水易軟化、失水干裂，屬軟巖。

2 施工方法的選擇

圖1 苕溪南路下穿隧道圍護結構標準橫斷面圖

通常采用的鉆孔灌注樁施工工藝及方法比較成熟，但考慮到鉆孔灌注樁要穿越卵石夾漂石層、強風化泥質粉砂巖層、中等風化泥質粉砂巖層，成孔難度較大，因此，成孔方式的選擇既決定了鉆孔灌注樁施工的成敗，又直接影響到下穿隧道圍護結構的施工進度，進而制約著下穿隧道的直線工期。考慮到成孔的重要性，在進行鉆孔灌注樁施工前，項目部技術人員根據以往的施工經驗并經多方咨詢、調查，制定了兩套成孔方案并進行了對比分析，具體分析情況見表1。

表1 鉆孔灌注樁成孔方法比選表

因灌注樁穿越的卵石夾漂石層層厚較大并有一定的入巖要求，且沖擊鉆對各種地層的適用性較強，初步選定采用沖擊鉆成孔試樁；另外選定一處樁位采用旋挖鉆成孔，確定其適用性，以對兩種方案進行最終的確定與比較。

3 試樁結果及分析

成孔初步方案確定后，項目部技術人員對試樁過程進行了全面跟蹤、旁站，試樁結果見表2。

由試樁結果得出以下結論：采用旋挖鉆+單底雙開門斗齒鉆斗進行灌注樁施工，單樁施工速度偏慢，無法滿足隧道圍護結構施工進度需求，在成孔過程中塌孔比較嚴重，造成灌注樁混凝土超灌嚴重，需優化施工工藝；而采用沖擊鉆進行灌注樁施工時，單樁施工速度太慢，耗電量大，不經濟且塌孔嚴重，造成灌注樁混凝土超灌極其嚴重。由此可見，沖擊鉆對苕溪南路下穿隧道鉆孔灌注樁施工不適用，予以淘汰。

4 成孔方法的優化

表2 試樁結果表

由下穿隧道灌注樁試樁結果可知：采用旋挖鉆成孔工藝適用于苕溪南路下穿隧道灌注樁施工，但需優化施工工藝，即：需提高單樁施工速度并減少成孔塌孔率，以降低混凝土超灌系數。項目部技術人員經查閱相關資料并經多方咨詢、踏勘后決定采用短螺旋鉆施工工藝，該工藝成孔屬于干作業法，鉆機仍采用旋挖鉆機，只是在臨近鉆頭2～3 m內裝置帶螺旋葉片的鉆桿并安裝單頭單螺旋鉆頭(圖2)，在樁位處切削土層，被切土塊、鉆屑隨鉆頭旋轉、沿著有少量螺旋葉片的鉆桿上升，積聚在短螺旋葉片上形成“土柱”(圖3)，此后靠提鉆、反鉆、甩土將鉆屑撒落在孔周，一般每鉆進0.5～1 m需提鉆甩土一次。

另外，為降低塌孔頻率，減少灌注樁水下混凝土的灌注量，采用鋼套筒護壁，鋼套筒直徑為800 mm，長度為8 m，筒壁厚2 cm。護筒采用液壓振動錘安裝就位，待混凝土澆筑完成后拔出。采用短螺旋鉆進行鉆孔灌注樁施工的工藝見圖4。

圖2 單頭單螺旋鉆頭示意圖

5 方案優化后取得的效果

采用“短螺旋鉆成孔+鋼護筒護壁”法進行苕溪南路下穿隧道鉆孔灌注樁施工后，灌注樁的施工效率得到大幅度提升，最大施工速率達到了14根/d，混凝土超灌系數由1.9降到1.2，既節約了成本，又使下穿隧道圍護結構得以提前完工，為隧道全面進行基坑開挖施工打下了堅實的基礎。

圖3 短螺旋鉆施工形成的“土柱”圖

圖4 短螺旋成孔法灌注樁施工工藝框圖

6 結 語

采用短螺旋鉆成孔法進行苕溪南路下穿隧道鉆孔灌注樁施工雖然取得了成功，但在進行成孔方法選擇的過程中存在施工經驗欠缺、思路狹窄等不足；另外，受地勘資料的局限性，部分灌注樁底部入巖時較困難，在更換了巖石鉆頭后方達到設計樁位。但是，可以相信，隨著市政地下工程領域圍護結構施工技術的不斷成熟，先進的施工工藝、工法將會大量涌出，需要我們共同探索、學習、進步與提高。