旋挖鉆與全套管跟進工藝在橋梁工程樁基施工中的應用

楊裕堯

（昌九城際鐵路股份有限公司，南昌330000）

1 引言

目前，橋梁樁基礎常用的形式主要包括鉆孔灌注樁、地下連續墻、擴大基礎等，工藝眾多且復雜，加之工程質量、進度以及造價等方面的要求，開展對橋梁樁基礎施工技術的研究尤為重要。范保鑫等[1]研究了旋挖孔灌注樁施工中存在的問題，進而針對這些問題提出了一些解決措施；劉世宣等[2]提出了一套在復雜地質條件下采用多層鋼護筒跟進的方法，解決了在復雜地質條件下旋挖鉆機施工慢且易塌孔的難題；陳青[3]結合項目實例對旋挖鉆施工工藝和施工要點進行了討論。然而，目前對于旋挖鉆+全套管跟進工藝的研究依然較少，因此，本文依托工程實例對旋挖鉆+全套管跟進施工工藝進行介紹，并對照傳統工藝對該技術的優勢與不足之處進行探索，以期可為旋挖鉆+全套管跟進工藝在橋梁工程樁基施工中的后續應用與研究提供參考與借鑒。

2 工程概況

龍南特大橋位于江西省贛州市龍南縣境內，附近多為農田、水塘、灌溉渠道。周圍居民較多，屬縣城周邊，交通便利，小里程贛州橋臺位于小山丘上，坡度較緩，植被覆蓋面積較小。大里程深圳僑臺位于半山腰處，坡度較緩，山頭植被覆蓋較為茂密。

龍南特大橋于DK103+952.77 ～DK103+997處，跨越G105國道，國道與線路大里程夾角為123.4 °。3號、4號橋墩位于主道的綠化帶內；2號橋墩緊鄰輔道與里仁隧道出口施工便道；5號橋墩緊鄰輔道與拌和站出入口，上部采用18m+24m+14m剛構進行跨越。

3 旋挖鉆+全套管跟進施工工藝

3.1 施工工法

結合本工程實際地質情況和溶洞發育的情況，采用旋挖鉆鉆孔，全回轉全套管鉆機跟進套管，履帶吊配合運輸設備的施工方法。

3.2 施工工藝流程

旋挖鉆+全套管跟進施工工藝流程為：樁心定位—履帶吊就位—全套管全回轉鉆機就位和調整—全套管全回轉鉆機進行成孔施工—旋挖鉆取土—連接鋼套管—接長鋼套筒—利用旋挖鉆機取土—終孔的驗收和清孔—鋼筋籠吊入及安裝—下放導管—進行二次清孔—水下混凝土灌注—拔套管—清理場地。

3.3“旋挖鉆+全套管跟進”施工方案（臨時套管）

3.3.1 樁心定位

測量人員對樁心進行精確定位，并埋設好護樁，旋挖機組在下設護筒前應再次復核定位。

3.3.2 鉆機就位

在樁機就位之前，先要檢查樁機是否有良好的性能狀態，保證樁機正常工作并且樁位附近平整，控制定位板的中心與樁位的標注點重合。在定位板上安放全回轉鉆機，對鉆機進行水平調整。

3.3.3 鉆進成孔

安放帶刀頭的底節鋼護筒，使用全回轉鉆機的夾緊裝置抱緊鋼護筒，進行旋轉切割并下壓，上部空間足夠時連接鋼套管，使用旋挖鉆進行取土，始終保持套管內留有2～3m的渣土進行反壓，直至鋼套管進入設計樁基標高范圍，沖抓完成后成孔。

按設計要求確定的參數進行成孔施工，安排專職記錄員記錄成孔過程的各種參數，如鉆進深度、地質特征、機械設備是否損壞、有無障礙物等情況。記錄必須保證認真、及時、準確、清晰。

為鉆機配備電子控制系統，用以顯示和調整鉆機鉆進時的垂直度，通過人工觀察和電子控制2個措施確保鋼套管的垂直度，進而確保成孔的垂直度。

在鉆孔過程中根據地質條件的實際情況合理控制進尺速度。

3.3.4 清孔

達到地勘及設計圖紙要求的嵌巖深度后，對成孔進行質量檢查，達到要求深度后，用清孔鉆進行清孔后終孔；下鋼筋籠前，再次檢查孔底沉渣厚度（柱樁的沉渣厚度應小于50mm），如果不能滿足要求，需要重新清孔。

3.3.5 拔套管

混凝土澆筑過程中，混凝土每超過護筒底6～7m拔護筒1節，并密切注意混凝土面下降情況，拔筒時，用于控制澆混凝土導管底部應始終保持在混凝土面以下2m的位置，以確保澆筑質量。

3.3.6 樁混凝土澆灌（采用水下灌注混凝土工藝）

水下灌注混凝土基本原理為采用導管灌注法，即將封閉的連接鋼管當作水下混凝土的輸送通道，控制管的下部埋入混凝土在2～6m深度處，使樁孔內的水或泥漿與從下而上連續不斷灌入的混凝土隔離并逐步形成樁身，孔底的沉渣以及污水浮出混凝土表面。

3.3.7“旋挖鉆+全套管跟進”工藝（永久套管）

水下灌注混凝土施工流程：

1）沉放鋼筋籠；

2）導管安放：緩慢地將導管沉到距離孔底300～500mm處；

3）在漏斗底部放置封口板或者球塞，封口板用細鋼絲繩引出；

4）灌入首批混凝土，加滿整個料斗；

5）向上拔出封口板或球塞，初灌混凝土，隨即將混凝土連續向孔斗內澆灌以保證導管埋入在混凝土面2m以下；

6）連續灌注混凝土，上提導管，要始終將導管的下口埋在混凝土面下2m以上，嚴禁提出混凝土面；

7）混凝土灌注完畢，拔出最后1節導管前，確認混凝土面無明顯下降后，可將導管拔出。

流程對比分析：

永久套管與臨時套管工藝對比，前6步一樣，不同點在于永久套管工藝混凝土灌注過程中只需控制導管埋深，不需要拔出鋼護筒。

原因是：（1）旋挖鉆+全套管工藝不需要泥漿護壁，灌注混凝土在通過流塑地層時，拔出鋼護筒易發生縮徑、塌孔現象，嚴重影響成樁質量；（2）巖溶地區樁基地下情況復雜，拔出鋼護筒后，在混凝土壓力下，容易擠壓開四周不穩定土層，擴大溶洞體積，造成混凝土面快速下降，甚至下降到低于導管底部，造成斷樁。

所以，對于樁長超過60m的深樁，或補勘溶洞高度超過15m的大型巖溶地區的樁基，為保證施工效率、成樁質量及施工安全，永久套管工藝不可或缺。

4 旋挖鉆+全套管跟進與沖擊鉆施工對比分析

4.1 工藝對比分析

為達到工藝對比的直觀性、準確性與全面性，決定選取與3號墩的8號、7號、6號、4號樁基（樁長相近）地質情況相似的5號、6號墩所有樁基進行對比。其施工流程與旋挖鉆+全套管跟進施工流程大體一致。

4.2 進度對比

進度對比是旋挖鉆+全套管跟進工藝與沖擊鉆在開始鉆進到灌樁結束所用時間，選用3號墩的8號、7號、6號、4號樁基與5號、6號墩的所有樁基進行成樁天數對比。

4.2.1 首樁對比

采用旋挖鉆+全套管跟進工藝施工3號墩的8號樁基，樁長47.5 m，從開鉆到灌樁結束共計5 d；采用沖擊鉆工藝施工的5號墩4號樁基，樁長36.5 m，從開鉆到灌樁結束共計10 d，6號墩的1號樁基樁長49.5 m，開鉆到灌樁結束共計19 d。

4.2.2 完成所有樁成樁天數對比

3號墩的8號、7號、6號、4號樁基成樁天數總和為14 d，平均每根樁成樁天數為3.5 d，估算3號墩12根樁基成樁天數總和為42 d；5號墩6根樁成樁天數總和為72 d，平均每根12 d；6號墩8根樁基成樁天數總和為171 d，平均每根21.4 d。

對比可知，旋挖鉆+全套管跟進工藝大大節省了鉆孔時間，能更加高效地完成巖溶地區的樁基施工。

4.3 工序對比

工序對比是比較樁基施工過程中3個主要的環節：鉆孔時間、下放鋼筋籠時間、灌注混凝土時間。

4.3.1 鉆孔時間

3號墩的8號、7號、6號、4號樁基平均鉆孔時間為58.7 h，最短鉆孔時間33.3 h；5號墩樁基平均每根鉆孔時間為228 h，最短鉆孔時間120 h；6號墩樁基平均每根鉆孔時間為345 h，最短鉆孔時間為96 h。

4.3.2 下放鋼筋籠時間

下放鋼筋籠時間主要取決于鋼筋籠的長度、焊接接頭數及焊工人數。3號墩6號樁基樁長46.5 m，鋼筋籠下放時間是5.17 h，6號墩2號樁基樁長4 8m，鋼筋籠下放時間是5.1 7 h。分析得出樁長接近的鋼筋籠下放時間基本一致。

4.3.3 灌注混凝土時間

3號墩灌樁時間最長的樁基為8號樁，用了6.5 h；5號墩灌樁時間最長的樁基為1號樁，用了3.5 h；6號墩灌樁時間最長的樁基為1號樁，用了4.25 h。平均灌注時間：3號墩為5.22 h；5號墩為2.68 h；6號墩為2.33 h。

旋挖鉆+全套管跟進工藝灌樁時間長的主要原因是隨著灌注過程中混凝土面的上升，旋挖鉆+全套管跟進工藝不僅要拆除導管，臨時套管也要相應提起，若不能及時提起套管，套管埋深過深容易造成全回轉機及履帶吊無法拔出套管。根據現場記錄，1節3.5 m套管拔起到拆卸運送至地面需要10～15min。而5號、6號墩樁基灌注混凝土過程中只要控制導管埋深，若采用永久套管，可很大程度上減少旋挖鉆+全套管跟進工藝的灌樁時間。

綜上工序對比，鉆孔時間占整個工序時間的95%，旋挖鉆+全套管跟進工藝雖然灌注混凝土時間相比傳統工藝要長，但鉆孔時間大大減少，整個成樁時間也相應大幅度減少。若將臨時套管改進成永久套管，時間還將進一步減少，成樁質量也能進一步提高。

4.4 工效對比

3號墩的8號、7號、6號、4號樁基與5號墩、6號墩所有樁基的地質情況基本一致，均只有粉質黏土、粗圓礫土、溶洞、灰巖4種地層。故在工效對比中比較鉆進各個地層的時效。

4.4.1 粉質黏土

3號墩樁基鉆進粉質黏土層最快的是4號樁基，速度為5.85 m/h，平均速度是3.45 m/h；6號墩樁基鉆進最快的是5號樁基，速度為2.73 m/h，平均速度是1.80 m/h；5號墩樁基鉆進最快的是4號樁基，速度為1.69 m/h，平均速度是1.38 m/h。相比后，旋挖鉆+全套管工藝更加效率。

4.4.2 粗圓礫土

3號墩樁基在鉆進粗圓礫土層時最快的是4號樁基，速度為4.15 m/h，平均速度為3.53 m/h；6號墩樁基鉆進最快的是1號樁基，速度為1.51 m/h，平均速度為1.35 m/h；5號墩樁基鉆進最快的是4號樁基，速度為1.82 m/h，平均速度為1.04 m/h。

4.4.3 灰巖（溶洞）

3號墩樁基在鉆進灰巖（溶洞）時，最快的是7號樁基，速度為1.18 m/h，平均速度為0.91 m/h；6號墩樁基鉆進最快的是8號樁基，速度為0.32 m/h，平均速度為0.16 m/h；5號墩樁基鉆進最快的是1號樁基，速度為0.42 m/h，平均速度為0.27 m/h。

經4個地層的鉆進工效對比，可以很清楚地看到旋挖鉆+全套管跟進工藝的工效遠遠超過傳統工藝的工效。正是因為有如此高的工效，極大程度上縮短了鉆進時間，從而在短時間內達到預期產值的結果。

4.5 費用分析

龍南特大橋3號墩8號、7號、6號、4號樁基均為直徑1m的鉆孔樁，清單單價為1 533元/m，經費用分析后，旋挖鉆+全套管跟進工藝測算單價約5 364元/m（不含永久護筒）。通過對比可知，在相同條件下，旋挖鉆+全套管跟進的施工成本遠低于沖擊鉆。

4.6 總結

通過3號墩8號、7號、6號、4號樁基的旋挖鉆+全套管跟進工藝試樁，確定了旋挖鉆+全套管工藝的可行性；對比傳統沖擊鉆工藝，旋挖鉆+全套管跟進工藝極大地提高了施工作業的效率，有效縮短了工期，效果十分顯著；也找出了旋挖鉆+全套管跟進工藝施工的不足之處，灌注混凝土時間過長。為進一步提高旋挖鉆+全套管跟進工藝的效率，除了加快鉆進速度之外，減少灌注混凝土時間尤為重要。

5 結語

通過對施工過程中遇到的問題和困難不斷反思并吸取其經驗教訓，確定了該工藝在此項目中的可行性，總結了施工措施以及旋挖鉆+全套管跟進工藝對比傳統工藝（沖擊鉆）的優勢和不足之處。本文中龍南特大橋3號墩試樁所采取的施工工藝以及試樁過程中發現的問題可以為同類型的橋梁樁基施工提供參考。