平原區公路橋梁長大灌注樁成孔時效控制

許彬彬

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

1 工程簡介

目前北方地區特大橋施工的主要難點如下：主要有鉆孔灌注樁施工，因沖積平原區地質條件限制，鉆孔灌注樁類型主要為摩擦樁，造成超長樁的出現，而超長樁成孔時間長、清孔難度大、成樁質量控制難度極大，對于樁基施工來說時間越短風險越小，而超長樁的施工風險明顯會隨施工時間的增長而迅速放大[1]。在傳統工藝中，使用斗齒齒鉆具和鉆桿使用摩擦桿進行成孔鉆進，其中控制的關鍵參數為成孔時間及功效。文章圍繞高速公路新線ZT8 合同項目，探討鉆桿的選型及鉆具優化，以提高成孔效率，為類似工程積累一些經驗。

1.1 工程概述

榮烏高速公路新線項目是雄安新區“四縱三橫”高速公路網的重要組成部分，項目部承建的ZT8 標段全長5.7km，雙向八車道，為全程高架高速公路，樁基礎為鉆孔灌注樁，按樁徑共分Φ1.5m、Φ1.6m、Φ1.8m、Φ2.0m 四種，樁基統計見下表1。

表1 樁基統計表工程量

1.2 地質條件

路線經過地區地表出露地層為第四系松散層，下付地層依次為新近系、古近系、輿陶系、寒武系、中上元古界、太古界等。第四系平原組沖洪積黃土夾砂礫石層及砂層，未膠結或膠結程度極差，自上而下有細變粗，底部為紅色含泥礫石層，20m 以下有多層黏土層，可做地下的天然隔水層。冬季平均凍土層約70cm。

本工程橋位區屬沖洪積平原區，地勢較平坦，地層主要為上部覆蓋第四系全新統沖洪積形成的粉土、粉質黏土、黏土、粉細砂、中砂，下部為第四系上更新統沖洪積形成的粉土、粉質粘土、中細砂等。偶見軟弱土，呈透鏡體分布，頂板埋深1.9m，層厚2.4m。地下水位埋深2.0～17.6m。工程地質條件較復雜。

主要地層巖性及特性如下所述：

粉土：埋深0～5m 左右，呈褐黃色，稍密～中密，稍濕～濕，土質不均，干強度及韌性低，其間分布有黏性土、砂土、軟土、軟弱土。局部表層為素填土。

粉質黏土：埋深5～10m 左右，呈褐黃色，褐灰色，可塑，濕，土質不均，干強度及韌性低，其間分布有粉土、砂土、軟土、軟弱土。

粉土：埋深10～15m，呈褐黃色，密實，濕，土質不均勻，切面較粗糙，干強度及韌性低，其中還分布有黏性土、粉細砂，局部少量軟弱土。

粉質黏土：埋深15～25m 左右，呈褐黃色，可塑～硬塑狀，土質較均勻，切面較光滑，干強度及韌性中等，局部夾姜石。其中砂土呈灰黃色～灰色，中密～密實，砂質不均，級配中等，磨圓度較好。

粉土：埋深25～35m，呈褐黃色，密實，濕，土質不均，干強度及韌性低，其中還分布粉質黏土、黏土和砂土。

粉質黏土：埋深35～50m，呈褐黃色，可塑～硬塑狀，土質較均勻，切面較光滑，干強度及韌性中等，局部夾姜石。其中分布有粉土、黏土、砂土。

粉質黏土：埋深50m 以下，呈褐黃色，硬塑狀，土質較均勻，干強度及韌性高，局部夾姜石。其中分布有粉土、黏土、砂土。

2 主要施工方法

2.1 施工工藝

施工工藝流程具體為：施工準備→場地平整、測量放樣、設備材料進場→埋設護筒→鉆機就位→鉆進成孔→一次清孔→成孔驗收→鋼筋籠安裝→二次清孔→沉渣檢驗→水下混凝土灌注→指導管→拔護管→清理結束。

2.2 鉆具結構形式

2.2.1 鉆具選型

針對本項目情況以及地質的特殊性，采取旋挖鉆孔灌注樁施工。根據以往鉆孔灌注樁施工工藝，粘土層使用斗齒齒鉆具進行成孔施工，但根據柱狀圖分析，成孔過程中并非全部粘土，變化層較大且中間夾雜砂層/且較密實，導致斗齒鉆具在鉆進過程中受阻、進尺困難，斗齒鉆鉆具如圖1所示。

2.2.2 摩阻桿

摩阻桿傳遞軸壓原理：鉆斗底部的鉆齒切削巖土形成扭矩負載，即反作用力，輸出扭矩的鉆桿遇到反作用力后便形成了正壓力，即摩擦力，通過摩擦阻力傳遞加壓力。因此，摩阻鉆桿須依靠鉆斗負載才能傳遞軸壓，同時鉆斗負載的大小決定著加壓力大小，例如打滑時便無法傳遞加壓力，鉆桿使用摩擦桿，如圖2所示。

圖1 斗齒鉆具示意圖

圖2 摩阻桿示意圖

使用該工藝成孔耗時較長，首先在鉆進成孔過程中，摩阻桿是靠自重進行鉆進無加壓點，不易剪切破碎較硬地質，斗齒鉆頭由于齒長適合鉆進粘土層且進尺快，不會糊鉆。截齒撈渣鉆適合鉆進砂層，因為截齒上面有合金，具有破碎性，進尺快，但是需要兩個鉆具配合使用，這就導致需要頻繁更換鉆具，從而使得耽誤時間較多，導致成孔時間延長。

2.3 施工工藝優化

2.3.1 鉆具優化

對于傳統工藝，斗齒鉆具不易破碎較硬地質，截齒撈渣鉆與斗齒鉆頭搭配使用耗時長等相關問題進行優化。

經優化不再使用傳統的斗齒鉆具或截齒撈渣鉆配合施工方法，只使用截齒撈渣鉆，在原有的鉆具基礎上進行優化改進，更換鉆具底座及原有的截齒，根據地質變化的特性定制特殊截齒，優化后新截齒比原截齒直徑增大2cm，長度增加10cm，如圖3所示。

2.3.2 鉆桿優化

對于傳統工藝，摩阻桿無加壓點預硬層無法快速正常鉆進等相關問題進行優化。

經優化使用機鎖鉆桿，在原有摩阻桿基礎上進行了改進，調整鎖鍵的位置和鎖鍵方向，使其在鉆進過程中有合適的加壓點，增加鉆進速度。如圖4所示。

圖4 鉆桿示意圖（優化后）

3 鉆桿/鉆具優化成果分析

3.1 工效分析

經優化在旋挖鉆孔樁成孔過程中時間大量縮短，以樁徑2m 樁長67m 鉆孔灌注樁為例，優化前鉆進時長達16h，經優化改進后成孔時長縮短至10h，主要減少了更換鉆頭所耽誤的時間，同時優化改進鉆桿后可以使用動力頭加壓鉆進，不再出現糊鉆、鉆進困難、不進尺等情況的發生，大大減少了時間以及油料的損耗。

3.2 經濟分析

鉆具、鉆桿優化改造成本費用測算如表1、表2所示。

表1 鉆具優化改造一

表2 鉆桿優化改造二

4 結束語

本工程在鉆孔灌注樁施工中，主要對針對平原地區地質條件，旋挖鉆機鉆具鉆桿選型，也因為工藝的優化不但保證了施工質量，而且提高了工作效率，加快施工進度，減少了大量的人力、時間消耗，同時節約了成本，希望能對同類工程鉆孔灌注樁施工以及招投標有一點借鑒的作用。