鉆孔樁在較堅硬地層中的預成孔法施工技術

趙懷亮

(中鐵十九局集團有限公司，北京 100176)

當用旋挖鉆機在較堅硬的地層中施工時功效會大大降低，使用沖擊鉆機成孔不但施工進度慢、勞動強度大，而且污染環境。在赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路工程跨油庫專用線特大橋等幾座大橋鉆孔樁基施工中，在較堅硬的地層中采用了“預成孔法”使用旋挖鉆機進行施工，使旋挖樁的施工速度大大提高，有效地解決了旋挖鉆機在較堅硬地層中不能施工的難題。

1 工程概況

新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路正線為雙線客運專線，設計速度目標值采用250 km/h，鋪設無縫線路，有碴軌道。跨油庫專用線特大橋位于內蒙古自治區境內，全長1 183.81 m，線間距為4.6 m，本橋中心里程為DK58+795.18，起始里程DK58+203.27，終止里程DK59+387.08。橋梁采用鉆孔樁基礎，鋼筋混凝土承臺，橋臺為雙線一字形橋臺，共2個。1#～22#墩、25#～37#墩為雙線圓端形實體橋墩，共35個；23#～24#墩墩身類型為框架墩，共2個。簡支預應力鋼筋混凝土箱梁，采用預制架設方法施工。孔跨布置形式為雙線孔跨布置3×32 m+3×24 m+16×32 m+5×24 m+11×32 m簡支預應力鋼筋混凝土箱梁。

工程地質條件：地表多為第四系人工堆積層(Q4ml)雜填土，填筑土。第四系全新統沖洪積層(Q4ol+pl)粉質黏土，粉土，粉砂，細砂，中砂，粗砂，礫砂，細圓礫土，粗圓礫土，下伏侏羅紀上統吐呼嚕組(J3t)砂巖，泥巖。地下水類型為第四系空隙潛水及基巖裂隙水，地下水埋深16.0～16.8 m，地下水靠大氣降水補給。

全橋基礎全部為鉆孔樁基礎，共有樁基350根：赤峰方臺、23#～24#墩、35#～37#墩鉆孔樁基礎為柱樁，合計62根；喀左方臺、1#～22#墩、25#～34#墩鉆孔樁基礎為摩擦樁，合計288根。樁長28.5～41.0 m。地基基本承載力為400～800 kPa。受地層承載力的影響，普通的回轉旋挖鉆機對部分樁基無法施工，工程采用了“預成孔法”旋挖樁施工技術，取得了較好的成果。

2 預成孔法旋挖樁施工技術

預成孔法旋挖樁施工技術是先用多功能履帶式水井鉆機在即將開挖的樁體上預先進行鉆孔，再用旋挖鉆機進行二次成孔的施工方法。以直徑100 cm的鉆孔樁為例，當樁的位置確定以后，先用多功能履帶式水井鉆機在即將開挖的樁體上鉆3個(或多個)直徑15 cm的圓孔，圓孔位置如圖1所示。圓孔圓心距鉆孔樁的圓心35 cm，圓孔的深度為鉆孔樁的設計深度。隨后再用旋挖鉆機進行開挖，鉆頭旋轉、擠壓巖土層，3個(或多個)圓孔形成類似爆破作業中的臨空面，使巖土層比較容易地被破碎，進而加快了旋挖鉆機的開挖速度，使不能使用變為可以使用。它具有以下技術特點：

(1)施工速度快，施工造價低。若使用大功率的旋挖鉆機雖然可以在較堅硬的巖土層中成孔，但鉆機昂貴，耗電量大，鉆頭磨損較快。在較堅硬的地層中用預成孔法施工，成孔速度是沖擊式鉆機的4～6

圖1 預先鉆孔孔位布置(單位：cm)

倍，施工造價約為大功率旋挖鉆機的50%～60%。

(2)施工質量好、精度高。使用該技術由于先用多功能履帶式水井鉆機預成孔，可以減小樁基的定位誤差，提高樁位的準確度。

(3)使用“預成孔法”旋挖樁施工技術在避免使用更大功率旋挖鉆機的前提下，使普通旋挖鉆機可使用于較堅硬的地層中，大大擴展了它的適用范圍。

(4)預成孔法旋挖樁施工技術所用的多功能履帶式水井鉆機和旋挖鉆機都是常用的施工設備，操作比較簡單，沒有技術難度。

(5)預成孔法旋挖樁施工技術已通過大量的施工應用，實踐證明其施工工藝成熟，可操作性強，可直接應用于各種鐵路、公路、房建工程的鉆孔樁基施工中，特別適用于較堅硬地層中的旋挖鉆機鉆孔樁施工。

3 施工工藝

3.1 工藝流程

預成孔法旋挖樁施工工藝流程：施工準備→樁位放樣→多功能鉆機就位、校正→多功能鉆機鉆孔→埋設護筒→旋挖鉆機鉆孔→清孔、終孔→安裝鋼筋籠、灌注混凝土→轉入下個樁施工。

3.2 關鍵施工技術

3.2.1 施工準備

樁基施工除了需要配備發電機、挖掘機、污水泵等常規機械以外，還需要根據工期和工程量的大小配置適量的多功能履帶式水井鉆機和旋挖鉆機。本工程使用的是一臺FY180型多功能地熱水井鉆機和一臺德國寶峨BG25(BH70主機)旋挖鉆機。

3.2.2 樁位放樣

場地平整完成后使用GPS定位儀或全站儀測量放線，定出樁位，打入鋼筋作為標志，由現場技術人員標出“預成孔”的位置，經現場質量控制人員復核。

3.2.3 多功能鉆機進場施工

經過精確定位確定好鉆孔位置后，多功能水井鉆機進場就位，對準孔位開始鉆進。鉆進時機身應避免產生移動和搖晃，以確保鉆孔的孔位和垂直度。3個(或多個)圓孔完成后無須清孔鉆機即可轉至下一個樁位進行鉆孔。

3.2.4 埋設護筒

多功能水井鉆機鉆孔完成后埋設護筒。根據地質情況，鋼護筒長度一般在1～4 m以內采用厚8～10 mm的鋼板制作，長度大于4 m的鋼護筒采用厚10～15 mm鋼板制作。鋼護筒埋置較深時可采用多節鋼護筒連接使用。鋼護筒的內徑應比鉆頭直徑大150～200 mm。當地平面標高低于樁頂標高時，鋼護筒應高出樁頂標高0.2～0.3 m；當地平面高于樁頂標高時，鋼護筒應高出地面0.2～0.3 m[1]。

3.2.5 旋挖鉆機鉆孔

旋挖鉆機就位后鉆進巖土時，利用已經完成的“預成鉆孔”形成的臨空面，通過鉆頭對巖土體進行切削、擠壓、磨碎,再將巖土碎屑通過鉆頭提鉆排至孔外,如此反復鉆進、出渣等施工循環,最終完成樁基的造孔作業。巖土承載力<800 kPa時合理鉆進參數為轉速12～15 r/min、鉆壓100～150 bar；巖土承載力>800 kPa時應使用外荷載方式加壓，且加壓過程應是均勻的，合理的鉆進參數為轉速15～20 r/min、鉆壓150～250 bar[1]。

4 結束語

新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路工程橋梁鉆孔樁基施工中，使用普通旋挖鉆機采用預成孔法進行鉆孔樁基施工，大大提高了鉆孔速度和施工質量，降低了工程造價。以跨油庫專用線特大橋旋挖樁施工為例，跨油庫專用線特大橋共計39個墩臺，共有92根樁3 551延m使用預成孔法旋挖鉆機進行施工，工程費用3 551延m×195元/延m=69.2萬元，而使用傳統的沖擊鉆施工工程費用3 551延m×540元/延m=191.7萬元，共計節約工程費用122.5萬元。使用預成孔法進行旋挖樁施工是在其不適宜施工的條件下開辟了新的施工方法，擴展了旋挖鉆機的適用范圍。施工經驗可為同類工程借鑒。