旋挖鉆干作業導管法施工技術

黃祥嶺

（中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東 泰安271000）

1 工程概況

恒富煤焦集運站鐵路專用線位于山西省臨汾市洪洞縣，專用線自瓦日線龍馬站瓦塘端咽喉區引出，于龍馬車站站房對側布置裝車站，終點與瓦日線下行正線連通，線路正線設計長度7.766km，含4 座單線32m 簡支T 梁橋：大洪峪澗河1 號特大橋（56-32m）、大洪峪澗河2 號左線特大橋（21-32m）、銀雀凹1 號大橋（8-32m）、銀雀凹2 號大橋（4-32m），橋梁樁基形式為鉆孔灌注樁，樁徑Φ1.25m、φ1.50m，共723 根。

2 前期調查

2.1 地質資料核查

項目進場初期，我部與建設、設計、監理單位共同開展地質情況核查工作，通過現場試鉆取樣并對比設計地勘資料，確定本工程橋梁所處區域無不良地質，主要為以下地質情況：

2.1.1 分布于深切溝谷內的第四系全新統沖洪積的新黃土[1]，具濕陷性，濕陷系數δs=0.05，自重濕陷量△zs=36.18cm，總濕陷量△s=22.5cm，濕陷等級Ⅱ級，屬自重濕陷性黃土場地，層位較穩定，地下水埋藏較深。

表1 恒富專用線橋梁鉆孔灌注樁工程數量表

2.1.2 分布于兩側階地上的第四系更新統沖洪積層新黃土，濕限系數δs=0.012～0.117，平均值為0.071，為強烈濕陷性黃土，自重濕陷量△zs=19.56～54.6cm，總濕陷量△s=39.89～82.08cm，濕陷地層厚度＞10.0m，濕陷等級為Ⅱ級（中等）～Ⅳ級（很嚴重），屬自重濕陷性場地，層位較穩定，地下水埋藏較深。

圖1 橋梁工程所處區域地質試鉆

圖2 鉆取渣樣

2.2 試鉆

鉆孔灌注樁正式施工前，采用旋挖鉆進行試鉆（如圖1 所示），試鉆過程準確記錄在不同地質條件下的鉆孔參數，為后續大面積施工提供工藝參數。試鉆深度40m，試鉆完成后，測量沉渣厚度為4cm，靜置3d 后復測沉渣厚度為4cm，滿足《鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》（TB 10415-2018）技術要求，渣樣如圖2 所示。

2.3 施工工藝確定

采用旋挖鉆干作業法實施鉆孔、清孔作業，采用無水導管法實施混凝土灌注作業，適用于地層相對穩定、干作業成孔、孔內無積水或少量積水，能采取抽排等措施控制孔底水位的灌注樁施工[2]。通過三處試鉆表明，在新黃土地層內，旋挖鉆干作業法易成孔、孔壁直立性良好，且工程所處地區水資源匱乏，不具備泥漿制備條件，本工程鉆孔灌注樁可采用旋挖鉆干成孔施工工藝。

3 旋挖鉆干成孔施工工藝

3.1 工藝流程

旋挖鉆干作業法施工工藝如圖3 所示。

3.2 埋設鋼護筒

護筒采用8mm 厚鋼板制作，其內徑較樁徑大100mm，護筒埋設前，采用GPS 測設樁位中心點，并用“十”字線引出四個護樁，以便后續施工中隨時校核樁中心位置。3.2.1 埋設護筒采用挖坑法，由吊車安放。3.2.2 測量人員對埋設護筒的樁位進行放樣，現場技術人員復核，所挖坑直徑為護筒直徑加40cm，深度為護筒長度。3.2.3 在孔內回填30～50cm 粘土，并夯擊密實。3.2.4利用護樁拉線繩定出樁位中心，再用線錘將樁位中心點引至孔底。3.2.5 用吊車吊放護筒至坑內，用線繩連接護筒頂部，吊垂線，用吊車挪動護筒，使護筒中心基本與樁位中心重合，其偏差不大于3cm。3.2.6 護筒位置確定后，吊垂線，用鋼卷尺量測護筒頂部、中部、底部距離垂線的距離，檢查護筒的豎直度。護筒斜度不大于1%。3.2.7 在護筒周圍對稱填土，對稱夯實。3.2.8 四周夯填完成后，再次檢測護筒的中心位置和豎直度。3.2.9 測量護筒頂高程，根據樁頂設計高，計算樁孔需挖的深度。

圖3 旋挖鉆干成孔施工工藝流程圖

3.3 鉆孔

作業過程中做好記錄，包括鉆進速度、深度、孔底標高，每進尺2m及在地層變化處撈取渣樣并使用渣樣袋封存，同時與設計單位地質專業人員現場復核渣樣，核對是否與設計地質情況相符。當鉆孔深度距設計值約1m 時暫停鉆孔，采用籠式探孔器上下多次掃孔，將孔壁上的虛土、松動礫石掃落到孔底，然后繼續鉆孔直至設計深度。提鉆出渣時，必須嚴格控制好提鉆速度。防止因提鉆速度過快而使鉆頭碰到孔壁，造成塌孔現象，提鉆速度控制在0.4m/s 以內。

3.4 清孔

鉆進至設計孔深后，采用旋挖斗清孔，密切注視控制屏的深度顯示值，當顯示值為鉆進深度值時，原位正向旋轉4～5 轉，使孔底的沉渣旋入容斗內，再反向旋轉2～3 轉，使旋挖斗刀片閉合，同時利用旋挖斗的平底斗齒將孔底清理為平底，然后提出旋挖斗卸渣[5]。提鉆時注意不得回轉鉆桿，防止鉆頭內土落入樁孔內，為確保孔底沉渣厚度滿足規范要求，第一次清孔后需使用測繩檢測孔深，如果測量深度與鉆進深度一致，則表明清孔合格，如果沉渣厚度不滿足規范要求，再次使用旋挖斗繼續清渣至合格。終孔后，對孔位、孔深、孔徑、傾斜度等項目進行檢查，籠式探孔器采用符合強度標準的鋼筋制作，探孔器直徑與樁基直徑相等，長度為樁徑的4 倍。檢測時，將探孔器吊起，使探孔器的中心、孔的中心與起吊鋼繩在一條直線上，慢慢放入孔內，同時技術人員記錄在探孔器放入過程中鋼絲繩與十字引線交點偏離情況，做好記錄，推算出該樁的傾斜率。成孔后，盡快進行鉆機移位、終孔驗收工作，從清孔停止至混凝土開始澆筑，控制在1.5～3h，成孔后孔口四周設置護欄，護欄高度0.8m。最終干成孔效果如圖4 所示：

圖4 旋挖鉆干成孔效果

3.5 鋼筋籠安裝

鋼筋已到達現場，其品種、級別和規格符合設計要求，并附有關合格證書、附件清單和有關材質報告單或檢查報告，現場質檢員已按要求進行外觀檢查，并按規定進行復試合格。檢查每批鋼筋的外觀質量。鋼筋表面不得有裂紋、結疤和折疊；表面的凸塊和其它缺陷度的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允許偏差。入孔時應輕放慢放，不得強行左右旋轉，嚴禁高起猛落、碰撞和強壓放下，鋼筋籠安裝完畢后立即固定[6]。

3.6 混凝土灌注

混凝土澆筑采用導管法，導管采用φ300mm的鋼管制作，內壁表面光滑并具有足夠強度和剛度，管節接頭密封良好，便于拆裝，導管第一節長度為4m，導管使用前進行氣密性試驗，試水壓力0.6-1.0Mpa，每次澆筑后對導管內外進行徹底清洗[7]。導管在吊入孔內時，要穩步沉放，其位置必須居中且軸線順直，防止卡掛鋼筋籠和碰撞孔壁。混凝土使用自卸方式向導管內澆筑，澆筑前復測孔底沉渣厚度，若復測結果不符合規范要求，應進行二次清孔[8]。澆筑前由試驗員對混凝土塌落度進行檢測，澆筑首盤混凝土時，導管至孔底距離控制在25～40cm，且使導管埋入混凝土的深度≥1m，混凝土澆筑連續進行，并盡可能縮短拆除導管的間隔時間。澆筑過程中采用測錘探測孔內混凝土面的實時位置，及時調整導管的埋深，導管埋深控制在3-6m，為確保樁頂質量，混凝土澆筑須高出樁頂設計高程50cm，設計樁頂高程以下5m范圍內混凝土采用插入式振搗棒進行分層振搗密實，混凝土澆筑完畢，對露出地面的樁頂混凝土進行保溫、保濕養護。

4 工法特點

4.1 采用干作業法施工，可有效減少泥漿系統臨時占地、漿液制備、排放處理費用，大幅削減造價[9]，尤其是本工程所處地區水資源匱乏，且臨時征地工作不易開展的情況下，效果尤為顯著。

4.2 干作業法施工過程中，孔內混凝土澆筑面便于觀察、操作直觀，預留樁頭高程極易控制[10]，避免了不必要的混凝土超灌及鑿除費用（設計樁頂高程+50cm以上部分）。

4.3 文明施工方面：不受泥漿系統的干擾，施工現場環境可控，周邊河道、基本農田等公共環境免受污染，文明施工成效顯著[11]。

4.4 工期方面[12]：干作業法不需泥漿系統，鉆孔速度快，質量情況直觀，在保證質量的前提下節省大量繁瑣工序，施工速度得到很大提升，實踐得出節省工期30%。

4.5 操作方便，對現場作業人員技術要求較低，并能夠有效降低作業人員勞動強度。

4.6 旋挖鉆成孔后，在孔壁形成較明顯的螺旋線，有助于提高樁基摩阻力。

5 效益分析

采用旋挖鉆干成孔施工工藝，可有效減少泥漿制備、排放等相關費用，大幅削減工程造價及臨時占地，成樁質量符合設計要求及工程檢測的各項技術標準，具有顯著的經濟效益和社會效益。

5.1 經濟效益

若采用濕作業法施工工藝，每立方泥漿按80kg膨潤土計算，膨潤土造價0.08t×300 元/t=24 元，造漿機械、人工及臨時攤銷按10 元/ m3計算，每立方泥漿造價約34 元。全線橋梁鉆孔灌注樁按32634.44m3造孔計算，用漿量按2.5 倍砼耗量計算，所用泥漿數量為81586.09m3，造價：8.16 萬×34=277.4 萬元，廢漿處理數量按造漿量的1.4 倍計算，處理方量為114220m3，泥漿處理費按25 元/m3計算，造價為11.42 萬×25=285.5 萬元，節約資金合計562.9 萬元。

5.2 社會效益

施工現場無泥漿制備及排放系統，減少了對周圍環境的影響，避免了對施工周邊河道、農田、公路等公共環境的污染，易于開展文明施工，提高工程效率。

結束語

旋挖鉆干成孔法施工，具有施工速度快、成孔質量好、施工工藝簡單、操作靈活方便等優點，全線橋梁鉆孔灌注樁共計723 根，均采用旋挖鉆干成孔施工工藝，經第三方檢測全部為I 類樁，為后續的承臺、墩柱、T梁架設施工奠定了良好基礎，并為類似工程提供了一定的借鑒經驗。