砂卵層地質水中樁基長護筒配合旋挖鉆施工技術

韓紹甫

摘? 要：托壩黃河大橋由于橋位處縱坡大、沖刷嚴重，河床表面的卵石層無粘結力且易漏漿、塌孔嚴重;水中樁基施工泥漿護壁時，制造出的漿液均隨流水從卵石縫隙中流出，難以護壁。結合實際情況采用長護筒配合旋挖鉆施工，長護筒穿透卵石層進行護壁，解決了卵石層中施工的漏漿問題，旋挖鉆確保了水中樁基的施工質量、安全和進度。

關鍵詞：水中樁基? 長護筒? 旋挖鉆? 施工? 技術

中圖分類號：U445 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2020）02（a）-0056-02

1? 工程概況

托壩黃河大橋位于青海省循化縣黃河黃豐水電站下游，橋位河床表面的卵石層透水性強，橋梁樁基礎主要置于下面的泥巖層中。11#-15#墩位的水中樁基樁徑為2m，樁長44～46m，采用搭設鋼棧橋及施工平臺進行組織施工。

2? 水中樁基施工分析

2.1 施工方法確定

2.1.1 水文地質情況

大橋位于水電站下游3.1km處，受水電站影響，縱坡較大，水流湍急，沖刷嚴重，實測流速約6m/s。河床為卵石層、強風化泥巖、中風化泥巖和微風化泥巖，表層為3～5m厚卵石層，粒徑為2～30cm，最大為50cm。

2.1.2 施工分析

常規方法插打鋼護筒難以穿越表面的卵石層，采用泥漿護壁成孔施工時，卵石層內形成暗流，制造出的漿液均隨流水從卵石縫隙中流出，塌孔嚴重，難以護壁。泥巖層整體性較好，強度高，采用沖擊鉆施工進尺慢，平均每天僅有150cm左右進尺，施工進度方面不能滿足施工需求;且采用沖擊鉆施工需造漿，對脆弱的黃河水域生態環境是一個巨大的威脅。

2.1.3 解決措施

為保證施工質量、進度，減少對黃河水域的污染，決定采用長護筒配合旋挖鉆進行水中樁基施工。

2.2 長護筒配合旋挖鉆施工優點

在卵石層河床中長護筒配合旋挖鉆施工工藝需要利用80T履帶吊+DZ150振動錘插打鋼護筒，然后再利用旋挖鉆開挖，兩工序配合重復施工。

（1）成孔速度快、擴孔率小。

旋挖鉆機施工靠帶有活門的斗齒旋挖鉆頭回轉破碎巖土，并直接將其巖土裝入鉆斗之內，無需將巖土攪碎靠泥漿運出孔外，平均進尺可達4m/h左右。旋挖鉆機機械化程度高、方便靈活、成孔速度快，正常情況下10h左右就可以成孔，施工效率比沖擊鉆機、潛水鉆等可提高10～20倍。

（2）施工精度高。

由于旋挖鉆鉆機為全液壓驅動，電腦控制，能精確定位鉆孔、自動校正鉆孔垂直度和自動量測鉆孔深度，最大限度地保證鉆孔質量，進而工程的質量和進度得到了充分的保證。

（3）清水鉆進工藝，無需造漿。

水中樁基地質為整體性較好的泥巖層，采用清水鉆進工藝，無需泥漿護壁，因而施工現場整潔，對黃河水域實現零污染，并且節省了造漿和排污費用，降低了施工成本。

（4）清渣徹底。

在旋挖鉆進過程中未采用泥漿護壁，孔底沉渣少，易于清孔，故成樁質量好;當旋挖鉆回轉鉆進終孔后，停止進尺，用旋挖斗掏渣，保持孔內水位。在灌注水下混凝土前，用高壓水吹底翻渣，進一步減少樁底沉碴厚度。

3? 長護筒配合旋挖鉆施工技術

3.1 工藝原理

本項目水中樁基的特殊地質需采用長護筒穿越河床表面的卵石層進行護壁，旋挖鉆鉆孔。中、微風化泥巖強度較高，旋挖鉆配備加強型鉆桿進行成孔，遇堅硬的泥巖層先采用直徑為1m截齒筒式鉆頭鉆進，再利用1.5m、2m雙底雙開門斗齒旋挖鉆斗分別擴孔，鉆頭磨耗裝置采用高強度鉆頭。

旋挖鉆進成孔工藝：通過底部帶有活門的桶式鉆頭回轉破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內，然后再由鉆孔機提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設計深度。

3.2 長護筒施工

根據施工需要，采用壁厚20mm厚鋼板卷制護筒。護筒直徑比設計孔樁直徑大40cm，每節高2m，在護筒上口和下口分別加焊一層10mm厚30cm寬鋼板帶予以加強，避免下沉過程遇到硬物而變形。在設計鋼護筒時，綜合考慮鋼護筒的入土深度、外露高度及加固方式，確定每節長度，確保鋼護筒在橋梁樁基施工過程中穩定性能滿足施工的要求。精準放樣后采用履帶吊配合振動錘進行插打。

3.3 鉆進、成孔及水下砼灌注施工

3.3.1 鉆進施工

水中樁基采用旋挖鉆施工的鉆進過程同一般樁基采用旋挖鉆施工，對于松散易坍塌的卵石地層，采用深入泥巖層的長護筒進行護壁。而對于粘結性、完整性較好的泥巖層，采用清水鉆進工藝。施工過程中注意控制鉆斗的升降速度保持在0.75～0.80m/s，鉆進時每回次進尺控制在60cm左右，剛開始要放慢旋挖速度，并注意放斗要穩，提斗要慢，特別是在孔口段旋挖過程中要注意通過控制盤來監控垂直度，如有偏差及時進行糾正。進入到中風化、微風化泥巖層時，無法一次用等樁徑鉆頭施工，先用1m直徑鉆頭鉆孔4～5m后，再用1.5m直徑鉆頭擴孔，最后再用2m直徑鉆頭成孔;然后再換成1m直徑鉆頭繼續施工;以此類推直至終孔。

3.3.2 清孔

鉆進至設計孔深后，將鉆斗留在原處機械旋轉數圈，將孔底虛土盡量裝入斗內，起鉆后仍需對孔底虛土進行清理。一般用沉渣處理鉆斗（帶擋板的鉆斗）來排出沉渣，由于采用旋挖鉆非造漿成孔沉渣較少，一次清孔完全能夠滿足設計要求。

3.3.3 水下砼灌注施工

水下砼灌注施工同一般樁基施工，重點控制首批砼的灌注方量，灌注的樁頂標高比設計高出80cm。

4? 長護筒配合旋挖鉆施工效益分析

4.1 節能環保

（1）旋挖鉆機由自帶的柴油發動機輸出動力來完成鉆機的行走移動和鉆進成孔工作，擺脫了常規回旋鉆機、沖擊鉆機等對大功率電源的依賴，資源利用率較常規回旋鉆、沖擊鉆提高。旋挖鉆機成孔速度較快，施工周期較短，有利用降低施工管理成本。

（2）旋挖鉆機成孔不用單獨造漿可利用鉆頭在慢速旋挖過程中自造的泥漿，泥漿數量較少，且泥漿比重較小與鉆渣相比基本上是等量帶換，并可循環利用。當地質條件較好時，旋挖鉆機還可以采用干作業不需要泥漿護壁。

（3）長護筒穿越河床表面卵石層，深入強風化泥巖2m以上，避免了鋼護筒內漿液受到外圍河水急速沖刷而外漏，污染黃河水域。

4.2 效益分析

托壩黃河大橋水中樁基12-0#、12-1#分別采用沖擊鉆和旋挖鉆施工，樁徑都為2.0m、樁長45m。根據實際施工過程進行施工效益分析：

旋挖鉆機施工：純鉆進成孔時間約12h，托壩黃河大橋水中樁基施工采用清水鉆進工藝，不需造漿。旋挖鉆機施工折算單價約319元/m，施工內容包括機械設備進場移運、鋼護筒制作插打、鉆進成孔、鉆渣清理運輸等。

沖擊鉆機施工：純鉆進成孔時間約720h，清空時間約48h，合計用時約768h。需造漿約300m3，泥漿循環池需制作50m3的鐵皮盒2個。沖擊鉆機施工折算單價約2130元/m（包括用電），施工內容僅包括施工設備進場移運、鋼護筒制作插打、造漿、沖擊成孔、清孔、泥漿處理等，其他施工內容與旋挖鉆相同。

由此可以看出，采用旋挖鉆比沖擊鉆可以節約1811元/m，同時還可以相應減少安全防護和環境保護方面的成本和安全生產隱患。此工藝安全高效，工程質量可靠，縮短工期，降低成本，減小污染，取得了較好的經濟效益。

5? 結語

托壩黃河大橋水中樁基采用的長護筒配合旋挖鉆成孔的施工工藝，在確保質量安全的前提下有效提升了施工進度，減少了對黃河水域的污染。市場經濟的發展要求施工企業在注重施工質量的同時，應大力采用新技術、新工藝，盡量縮短施工周期，提高經濟效益。

本工藝也具有一定的局限性，地質結構應為泥巖層等完整性較好地層，若采用沖擊鉆施工進度方面不能滿足要求，適用于樁長不大于50m，樁徑1.5～3m。若在易坍塌的地層中需進行泥漿護壁，在非流動水中施工可考慮鋼護筒循環利用。

參考文獻

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