新型鉆孔灌注樁基施工技術研究

楊 成 君， 稅 寧 波

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620806)

1 概 述

金堂縣某新建跨江雙塔雙索面斜拉橋位于沱江上游600 m處，連接趙鎮和三星鎮。橋梁總長度為1 289 m，其中主橋長度為860 m，主跨跨越江心雙島，長度為430 m，邊跨跨越北河、毗河，長度均為215 m；引橋長度為269 m+160 m，為長聯現澆連續箱梁橋。該工程全橋共布置樁基170根，采用沖擊鉆與旋挖鉆共同施工。斜拉橋索塔總高度為137.5 m，下部基礎采用2.8 m的大直徑樁基，每根樁基深度為54 m，全橋共設48根樁；引橋全長429 m，下部基礎采用的是2 m、1.5 m、1.2 m直徑的樁基，其中2 m直徑的樁基48根，單根樁基長度最大為40 m,1.5 m直徑的樁基48根，單根樁基長度最大為36 m；1.2 m直徑的樁基26根，單根樁基長度最大為33 m(圖1、2)。

工程所在地位于沖積區，地表均被第四系土層所覆蓋，基底主要由紅層組成。主塔樁基位于江心島內，覆蓋層主要為卵石層，以中等風化巖層為持力層，進入中等風化巖層約30 m；東岸邊墩E1位于北河河道內，覆蓋層主要為卵石層，東岸引橋E2-E5覆蓋層主要為卵石層；東岸引橋E6-E8覆蓋層依次為填土、卵石層；西岸邊墩W1覆蓋層依次為細砂、卵石層，西岸引橋W2-W5覆蓋層依次為細砂、卵石層。該工程樁基為嵌巖樁[1]，持力層均為中等風化巖層。

樁基施工技術的發展無疑是設備的更新。就目前的技術而言，應用最為廣泛的設備有兩種：沖擊鉆和旋挖鉆。沖擊鉆機是一種利用鉆頭的沖擊力對巖層沖鑿鉆孔的機械，它能適應各種不同的地質情況，特別是卵石層中的鉆孔，較之其它型式的鉆機其適應性強。而旋挖鉆機是一種適合于建筑基礎工程中成孔作業的施工機械，主要適用于砂土、黏性土、粉質土等土層施工。兩種機械在該工程不同地質環境中的應用、輔之以其它設備，使該工程樁基能夠快速、安全、環保地完成，同時亦創造了幾項新工藝。

圖1 斜拉橋全橋立面布置圖

圖2 斜拉橋索塔樁基平面布置圖

2 施工方法

該工程針對不同類型的樁基，選用了不同類型的機械進行施工。索塔樁基所處地層的砂卵石層深達十幾米且樁基直徑較大、長度較長，采用的是沖擊鉆成孔方式，輔之新型泥漿清孔設備，可使成孔時間較傳統沖擊鉆孔時間縮短近7 d。引橋段的樁基直徑均小于2 m且長度均較短，為提高 施工效率，均采用旋挖成孔方式，輔之新型泥漿清孔設備，可以達到最快為1根/2 d的效率。

兩種樁基成孔方式與新型泥漿清孔設備相結合，不僅加快了樁基施工的進度，而且促進了該工程樁基施工技術的進步。

2.1 鋼筋籠新型施工工藝

為保證樁基鋼筋籠的制作與成型質量，該工程自制了鋼筋籠主筋、箍筋胎架，在胎架上設置卡槽用于保證鋼筋間距均勻，在主筋焊接完成后直接滾動至滾絲機上進行箍筋安裝，采用小電機帶動滾筒轉動纏繞箍筋，成型良好。在鋼筋籠四周設置可滾動式砂漿保護墊層，呈梅花形布置，在確保鋼筋籠保護層厚度的同時也避免了吊裝鋼筋籠時污染鋼筋；將樁頭段主筋采用PVC套管包裹，便于后期樁頭的鑿除。

傳統樁基鋼筋籠制作工藝不僅效率低下，加工質量亦參差不齊。在該工程樁基施工過程中，利用滾焊機和自制胎架，不僅制作效率高，而且鋼筋籠成型良好。這項工藝在該工程中的應用，加快了現場樁基的施工工效，節約了樁基的施工成本(圖3、4、5)。

2.2 泥漿清孔及分離設備

在樁基下放鋼筋籠過程中，常常因下鋼筋籠的時間過長而導致泥漿沉淀，往往需要進行二次孔[2]后澆筑混凝土，其常規處理方式為：采用泥漿分離器將泥漿管伸入孔底進行清孔，這種處理方式存在的缺點：處理過程中需安裝泥漿管，二次清孔完成后需再次拆除泥漿管，然后安裝導管澆筑混凝土，在安裝導管過程中易造成泥漿的再次沉淀，樁基質量控制難度大。

針對以上問題，該工程采用泥漿凈化裝置/泥漿分離器，全自動機械化清理樁底沉渣并分離鉆渣與泥漿，有利于控制泥漿指標、提高造孔質量和造孔工效、縮短清孔時間、泥漿凈化回收、降低施工成本、減少卡鉆事故、減少環境污染，屬于環保類高新型技術產品(圖6、7)。

圖3 鋼筋籠主筋安裝胎架

圖4 鋼筋籠箍筋安裝胎架(滾焊機)

圖5 鋼筋籠樁頭主筋套PVC管

圖6 清孔設備簡圖

圖7 泥漿分離設備簡圖

該設備的主要技術參數：(1)單機最大泥漿處理量達20～200 m3/h(250 m3/h)；(2)凈化除砂效率可達90%以上(-0.074 mm粒級)；(3)渣料篩分能力為25～80 t/h?？筛鶕炜讬C具進尺的不同而進行調整；(4)篩分出的渣料含水率小于30%；(5)達到最大凈化除砂效率時污漿的最大比重小于1.2 g/cm3，馬氏漏斗黏度40 s以下(蘇氏漏斗30 s以下)，含砂量小于20%。

樁基施工過程中，泥漿分離設備將廢泥漿的固體顆粒分離出去變成干沙，減少了其向周圍環境中的排放。特別是在該工程中，對保護河道的生態發揮出了重要的作用；同時，廢泥漿分離后留下的活泥漿可再次為樁基泥漿護壁施工利用，進而降低了泥漿制作的成本，減少了泥漿外運的工作量。泥漿分離設備在該工程中的運用，可謂是變廢為寶、節能環保的典范。

2.3 混凝土灌注設備

采用傳統樁基工藝澆筑較大直徑樁基時需采用大料斗，但大料斗筒身較高，一旦筒身高度+護筒露出地面高度大于混凝土罐車出料高度[3]后，混凝土罐車無法上料，需臨時拆除站人平臺，采用汽車吊吊住料斗放低料斗高程，傳統裝置將無法滿足施工要求。

在進行樁基混凝土澆筑時，項目部研發了一種新型混凝土導管收放鎖定裝置輔助施工，該裝置采用裝配式桁架設計，中間預留導管卡位圓孔，該圓孔由兩塊鋼板閉合而成，在導管上提的過程中打開合頁，導管正常上提，上提到位后，閉合合頁卡住導管不下沉，不偏位，拆除上節導管，完成導管拆除作業，利用該裝置，可以快速、高效地拆卸導管，提高混凝土的澆筑效率，降低勞動強度(圖8)。

圖8 導管收放鎖定裝置示意圖

樁基混凝土灌注設備的更新，不僅滿足了樁基混凝土的下放施工，更是大大地降低了樁基混凝土的澆筑時間，保證了混凝土的質量(該工程樁基檢測全為I類樁基[4])，同時亦大大降低了樁基施工的風險。

2.4 樁基綠色檢測技術

該工程主塔樁基需要進行8 600 t的承載力檢測試驗[5]。對于如此大的噸位傳統的樁基檢測方法無論是采用堆載預壓法，還是反力架法均會產生大量的建筑“垃圾”，同時亦存在較大的施工風險。

該工程樁基采用自平衡法檢測單樁豎向極限承載力。該檢測原理是：將自平衡荷載箱和鋼筋籠一起埋入樁內距樁底1/3的位置，將荷載箱的加壓管以及位移、應力等測試裝置線從樁體引到地面，待樁基混凝土強度達到設計強度后，通過對荷載箱加水形成壓力測試樁基承載力(圖9、10)。

自平衡法是一項新興的樁基承載力檢測方法，廣泛應用于場地受限制或運輸物料困難，特別是大直徑樁基、大噸位水下樁[6]。利用該方法檢測后的試樁仍然可以作為工程樁使用，具有較高的經濟效益。

3 結 語

在該工程樁基施工中運用的新工藝，不僅提高了施工效率，而且大大地節約了施工成本，為企業施工技術的發展注入了新的活力(該項目樁基施工共取得兩項國家實用新型專利)，降低了樁基施工泥漿排放對環境的污染，符合綠色施工發展理念，具有極大的社會經濟效益。

圖9 自平衡法荷載箱安裝

圖10 自平衡法現場試驗