旋挖鉆機(jī)干作業(yè)成孔的橋梁鉆孔灌注樁施工

張立家，張金橋

(中鐵大橋局集團(tuán)有限公司東北分公司 沈陽(yáng)市 110179)

1 工程概況

四道柳煤炭集運(yùn)站鐵路專(zhuān)用線工程位于鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾召鎮(zhèn)四道柳村，設(shè)計(jì)為雙線鐵路專(zhuān)用線，線路長(zhǎng)度4.59km，本項(xiàng)目共包含5座橋梁，基礎(chǔ)全部采用鉆孔灌注樁，全線共330根，樁徑分別為1.0m和1.25m，樁長(zhǎng)在14～33m之間，均為摩擦樁,采用旋挖鉆機(jī)干作業(yè)成孔施工。

表1 橋梁鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)表

2 方案選擇

2.1 方案優(yōu)點(diǎn)

樁基位置地質(zhì)自上到下分別為：粉砂、碎石土、砂巖夾泥巖、煤、鈣質(zhì)砂巖；鑒于該地層多為強(qiáng)風(fēng)化泥巖、砂巖，巖層穩(wěn)定性較好，地下水位在樁底標(biāo)高以下，不易產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象；采用旋挖鉆機(jī)干作業(yè)成孔施工具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)干作業(yè)成孔施工不需要制拌泥漿，可減少施工用水；

(2)施工中不會(huì)產(chǎn)生泥漿、沉渣等廢棄物，鉆渣可直接回填利用，有利于環(huán)境保護(hù)；

(3)鉆孔過(guò)程中可直觀監(jiān)控各層地質(zhì)結(jié)構(gòu)及擾動(dòng)變化情況，有利于樁身幾何尺寸控制；

(4)對(duì)機(jī)械資源依賴(lài)程度小，成孔后不需要控制泥漿指標(biāo)，可多根樁連續(xù)施工，加快施工進(jìn)度，節(jié)約施工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 方案缺點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

(1)孔口防護(hù)要求高。由于上層地質(zhì)為粉砂，在沒(méi)有泥漿護(hù)壁的情況下容易坍塌，施工時(shí)增加護(hù)筒長(zhǎng)度至該層以下。

(2)孔底沉渣控制難度大。在旋挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后立即采用鉆頭進(jìn)行清孔，如封孔前孔底沉渣不滿(mǎn)足要求，采用撈渣筒鉆進(jìn)行二次清孔，確保滿(mǎn)足質(zhì)量要求。

(3)安全要求高。成孔后如果不能及時(shí)進(jìn)行后續(xù)工序施工，應(yīng)立即采用剛性蓋板對(duì)孔口進(jìn)行防護(hù)，避免進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的人員或牛羊等牲畜跌落孔內(nèi)。

根據(jù)以上方案的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施分析，選擇干作業(yè)成孔的施工方案。

3 施工工藝

本項(xiàng)目樁基均為群樁布置，采用ZR250B旋挖鉆干作業(yè)成孔，鋼筋籠在鋼筋加工場(chǎng)區(qū)分節(jié)段加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝，混凝土采取在混凝土拌和站集中拌和、混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸、導(dǎo)管法灌注混凝土。

3.1 工藝流程

場(chǎng)地平整→樁位測(cè)量放樣→埋設(shè)鋼護(hù)筒→鉆機(jī)就位→測(cè)量復(fù)核→鉆機(jī)對(duì)中及鉆桿垂直度檢查→鉆進(jìn)成孔→成孔檢測(cè)→清孔→鉆機(jī)撤離→安裝鋼筋籠→孔底檢測(cè)→二次清孔(如孔底沉渣厚度超標(biāo)采用撈渣筒進(jìn)行清孔)→安裝導(dǎo)管→灌注混凝土。

3.2 主要施工方法

3.2.1護(hù)筒埋設(shè)

(1)護(hù)筒按照施工圖設(shè)計(jì)的樁徑采用直徑1.2m和1.45m兩種規(guī)格，長(zhǎng)度均為3.0m；

(2)鋼護(hù)筒測(cè)量定位采用全站儀坐標(biāo)法設(shè)站+極坐標(biāo)法放點(diǎn)方法施工，鋼護(hù)筒的定位采用2臺(tái)全站儀交叉放樣互相復(fù)核完成，放出護(hù)筒中心十字線后，進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)；

(3)護(hù)筒在埋設(shè)定位時(shí)，護(hù)筒中心與樁中心的平面位置偏差應(yīng)不大于50mm，護(hù)筒在豎直方向的傾斜度不應(yīng)大于1%。

3.2.2鉆機(jī)就位、鉆進(jìn)

鉆機(jī)就位，調(diào)整鉆機(jī)底盤(pán)水平度和鉆桿豎直度，將鉆頭中心線對(duì)準(zhǔn)樁孔中心,其開(kāi)孔位置必須準(zhǔn)確，誤差應(yīng)控制在20mm以?xún)?nèi)。

(1)鉆機(jī)底盤(pán)為伸縮式自動(dòng)整平裝置，利用操作室中的電子儀表讀數(shù)，使鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位中心線時(shí)鎖定各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

(2)護(hù)筒復(fù)測(cè)完成后，鉆機(jī)就位開(kāi)始鉆進(jìn)，鉆進(jìn)后每次回尺控制在0.6m左右。

(3)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，采用少鉆勤提的方式，避免因進(jìn)尺過(guò)快造成塌孔埋鉆事故的發(fā)生。

(4)控制鉆頭升降速度，防止發(fā)生孔壁縮頸、坍塌事故。在鉆進(jìn)過(guò)程中要經(jīng)常檢查鉆頭通氣孔，必須保證鉆頭通氣孔的暢通無(wú)阻；干作業(yè)成孔過(guò)程中及時(shí)沿著外鉆桿適當(dāng)澆水以便給鉆頭降溫、潤(rùn)滑。鉆頭升降速度宜控制在0.75m/s；在粉砂層，鉆頭升降速度宜小于0.4m/s；提出鉆頭時(shí)要平穩(wěn)，盡量減少鉆頭對(duì)孔壁碰撞沖擊。

(5)弱風(fēng)化砂巖巖層強(qiáng)度低、穩(wěn)定性好。在此巖層進(jìn)尺較慢時(shí)，換用截齒筒鉆，鉆渣可附著于鉆斗內(nèi)，整體取出。

(6)正常情況下每2m取鉆渣一次，并經(jīng)常注意地層變化，在地層變化處留取鉆渣，判明后記入記錄表中并與地質(zhì)剖面圖核對(duì)。

(7)成孔過(guò)程中，發(fā)生偏孔、塌孔和地面沉降等情況時(shí)，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，鉆機(jī)后撤至穩(wěn)定地方，然后采取有效處理措施后再繼續(xù)施工。

3.2.3終孔

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度和要求時(shí)報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收即可終孔。當(dāng)與地勘資料有出入時(shí)應(yīng)經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計(jì)代表同意后方可進(jìn)行下一步工作。終孔檢查應(yīng)符合設(shè)計(jì)和技術(shù)規(guī)范要求，樁孔垂直度和孔徑檢測(cè)采用探籠進(jìn)行檢測(cè)。

3.2.4鋼筋籠安裝

成孔經(jīng)檢驗(yàn)合格后，可開(kāi)始鋼筋籠安裝施工。鋼筋籠根據(jù)長(zhǎng)度分1～3節(jié)加工制作，最后一節(jié)為調(diào)整節(jié)。

鋼筋籠吊裝作業(yè)時(shí)用攬風(fēng)繩沿遠(yuǎn)離既有線方向張拉，防止晃動(dòng)量過(guò)大而侵入限界。下放前檢查鋼筋籠垂直度，確保上、下節(jié)鋼筋籠對(duì)接時(shí)中心線保持一致，主筋對(duì)位后使用焊接接頭。焊接時(shí)保證搭接長(zhǎng)度、焊縫質(zhì)量，保證鋼筋籠的豎直度。鋼筋籠安裝到位后將鋼筋籠固定牢固。

3.2.5灌注混凝土

樁身混凝土灌注采用導(dǎo)管法施工，施工工藝同水下混凝土施工工藝相同。灌注設(shè)備主要由鋼導(dǎo)管、混凝土儲(chǔ)料斗、溜槽、漏斗等組成。

(1)開(kāi)始灌注首批混凝土前，現(xiàn)場(chǎng)有2輛裝滿(mǎn)混凝土的攪拌運(yùn)輸車(chē)后開(kāi)始灌注。導(dǎo)管下口至孔底的距離控制在0.4m左右，首灌完成后導(dǎo)管埋深不小于1.0m。

(2)首批混凝土灌注后，采用混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)直接往小料斗卸料。

(3)灌注過(guò)程中及時(shí)用測(cè)繩探測(cè)孔內(nèi)混凝土面標(biāo)高，并測(cè)算混凝土上升高度和導(dǎo)管埋深，以便及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深，將導(dǎo)管埋深控制在2～6m之間。混凝土導(dǎo)管不宜埋置過(guò)深，并保證導(dǎo)管有足夠的安全埋管深度。

(4)灌注混凝土過(guò)程中，嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，檢測(cè)混凝土坍落度，現(xiàn)場(chǎng)取樣制作混凝土試塊，留作強(qiáng)度檢驗(yàn)。

(5)混凝土灌注標(biāo)高要超過(guò)樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5～1.0m。

4 質(zhì)量控制措施

為了確保工程優(yōu)質(zhì)、高效地完成，施工時(shí)對(duì)各工序，尤其關(guān)鍵工序應(yīng)嚴(yán)格控制，干作業(yè)成孔施工重點(diǎn)控制的環(huán)節(jié)及措施見(jiàn)表3。

(1)干作業(yè)成孔在松散易坍孔粉砂地層鉆進(jìn)時(shí)，要控制進(jìn)尺，輕壓，低檔慢速，減少對(duì)粉細(xì)砂的擾動(dòng)，同時(shí)為避免出現(xiàn)局部塌孔，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備部分黏土，以保證成孔過(guò)程中回填護(hù)壁，防止坍孔繼續(xù)或者擴(kuò)大。鉆進(jìn)過(guò)程中每進(jìn)尺5～8m，用與設(shè)計(jì)樁徑相同，長(zhǎng)度為樁徑4倍的鋼筋籠，吊入孔內(nèi)檢查孔徑和垂直度。

表3 干作業(yè)成孔質(zhì)量控制重點(diǎn)

(2)為減少對(duì)鋼筋籠的沖擊，灌注過(guò)程中，適當(dāng)減小導(dǎo)管埋深，降低上浮力，防止鋼筋籠上浮。

(3)勤測(cè)混凝土面，確定導(dǎo)管埋深與導(dǎo)管拆除長(zhǎng)度；當(dāng)混凝土灌注后期接近孔頂時(shí)，加大測(cè)量頻次，保證不少灌不超灌太多。

(4)鉆孔樁混凝土澆注高程應(yīng)比設(shè)計(jì)高程高出0.5m以上，以保證樁頭混凝土密實(shí)并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求；在灌注結(jié)束后，提升導(dǎo)管時(shí)，要緩慢進(jìn)行，避免突然受力導(dǎo)管在接口脫開(kāi)。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

本項(xiàng)目通過(guò)干作業(yè)成孔施工，減少了泥漿池開(kāi)挖、泥漿制拌、泥漿排放等工序；通過(guò)對(duì)項(xiàng)目成本分析，本施工工藝極大節(jié)約了施工成本，同時(shí)縮短了施工工期，有利于節(jié)能減排，達(dá)到了施工環(huán)保目標(biāo)。根據(jù)成本分析，本工藝比常規(guī)施工工藝共節(jié)約成本900200元。

表4 節(jié)約成本分析表

6 結(jié)語(yǔ)

本工程采用旋挖鉆機(jī)干作業(yè)成孔鉆孔灌注樁施工，取得了預(yù)期的效果。施工方案的選擇、施工工藝控制充分地利用了地質(zhì)條件和場(chǎng)地資源；經(jīng)過(guò)成本分析，干作業(yè)成孔比常規(guī)施工工藝的施工成本共節(jié)約了90余萬(wàn)元；施工安全、質(zhì)量、環(huán)保均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；方案滿(mǎn)足了施工中不同樁徑、不同樁長(zhǎng)的鉆孔樁施工，保證了施工工期，鉆孔灌注樁經(jīng)檢測(cè)全部為I類(lèi)樁。