新建海關橋樁基工程施工方案比選

吳發展，張曉輝，龍成明

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201）

樁基礎施工應結合工程特點及巖土工程條件，進行施工方案比選，選出技術可行、經濟合理的方案。賀劍龍[1]根據勘察資料結合建筑物所在地區的建筑經驗，對可采用的高強預應力混凝土管樁和鉆孔灌注樁做了技術分析和經濟比較，提出適宜的樁基施工方案。吳思明等[2]對旋挖鉆斗成孔灌注樁和長螺旋鉆孔灌注樁兩種施工方案運用層次分析法比選和評價，選出最優方案。李鵬[3]通過實際案例收集成樁工藝技術數據，分析三種鉆機施工工藝在雜填土區成樁的優缺點，比選出最終確定施工方案。新建海關橋樁基通過四種方案比選，選出最適合本工程的方案。

1 工程概況

新建海關橋是跨撫河的重要通道，聯系老城區與朝陽洲之間的重要紐帶。新建海關橋為變截面連續箱梁橋，橋長67m，橋寬45m。橋梁樁基礎為鉆孔灌注樁。橋墩樁基樁徑1.8m，樁長16m，橋臺承臺下樁基樁徑1.0m，樁長20m，樁基均為嵌巖樁，持力層為中風化泥質粉砂巖。撫河常水位為18.7m，最高水位為19.7m，勘探期間初見地下水位標高16.28～20.03m，水位埋深3～5m，穩定地下水位標高15.28～18.57m，水位埋深5～6m。水位年變幅2～3m。地下水主要以大氣降水垂直入滲為補給方式，向低洼處排泄。

2 地下障礙物情況

新建海關橋是在舊橋原位新建橋梁，因此影響新橋施工的地下障礙物主要為舊橋地下結構。舊海關橋由平行的三座三孔簡支梁橋拼接而成。樁基為鉆孔灌注樁，承臺為鋼筋混凝土現澆承臺，橋臺為漿砌片石重力式橋臺。根據新建橋梁樁基位置，舊橋地下結構影響新橋樁基施工主要為橋臺部位地下結構和水中樁基。

根據新建橋梁圖紙所示（圖1），舊橋橋臺及承臺位于新橋橋臺樁基施工范圍，新橋樁基施工需穿越舊橋橋臺及承臺，且舊橋樁基與新橋樁基存在局部重合、全重合情況。

圖1 新橋樁基與舊橋下部結構位置關剖面圖（單位：m）

3 樁基主要工程量

根據圖紙，對樁基主要工程量進行了統計（表1）。

表1 主要工程量統計表

4 施工方案比選

4.1 設計方案：全套管全回轉鉆機成樁

針對既有舊橋承臺及樁基等障礙物，采用全套管全回旋鉆成樁。全套管全回轉鉆機驅動鋼套管360°回轉，鉆機工作時產生向下壓力和回轉扭距帶動套管頭部刀頭切削土體，全套管護壁，沒有泥漿，對周圍環境沒有影響，成孔質量好[4]，配合抓斗可實現樁基礎、鋼筋混凝土結構等還沒有清除情況下的灌注樁，適用于本工程舊橋承臺及樁基等障礙物的處理。

（1）鉆機就位，移動套管鉆機至橋樁的正確位置，使套管鉆機抱管器中心對應定位在導樁孔設計樁位中心。

（2）取土成孔，在樁機就位后，吊裝第一節管在樁機鉗口中，校正樁管垂直度后，樁管向下壓入深度約1.5～2.5m，然后用旋挖鉆機從套管內取土，一邊抓土、一邊繼續下壓套管，始終保持套管底口超前于開挖面的深度不小于2.5m。第一節套管壓入土中后（地面以上要留1.2～1.5m，以便于接管），檢測垂直度，如不合格則進行糾偏調整，如合格則安裝第二節套管繼續下壓取土，直至設計孔底標高。

（3）清障流程，全套管全回旋鉆機主要針對于孤石、舊樁、混凝土結構等障礙物施工，借助鉆機強大的回轉扭矩和下壓力，將障礙物與其周圍的土體切削分離，用沖抓斗將分離后的障礙物清除。

施工順序：用抓斗抓土體至障礙物位置→用鉆機自備吊車提升帶刀齒叉式重錘沖擊障礙物并切斷→用沖抓抓除障礙物。

4.2 比選方案一：沖擊鉆成樁

沖擊鉆成孔灌注用沖擊式鉆機懸吊沖擊鉆頭上下往復沖擊，將巖層破碎成孔，有少部分碎渣和泥漿被擠入孔壁中，大部分則成為泥渣落入孔內，用淘渣筒將泥渣掏出成孔，然后再灌注混凝土成樁。

沖擊鉆成孔灌注樁的特點是：設備構造簡單，操作方便，操作效率高[5]，所成孔壁較穩定，塌孔少，成孔質量可靠，不受施工場地限制，但成孔速度慢，效率低，適用于工業與民用建筑中的黃土、人工雜填土、粘性土或粉質粘土以及含有孤石的砂礫石層、堅硬土層、巖層地基的沖擊成孔灌注樁。

沖擊鉆成孔灌注樁施工工藝程序是：場地平整→樁位放線→護筒埋設→鉆機就位→沖擊造孔→終孔驗收→下鋼筋籠和鋼導管→灌注水下混凝土。

4.3 比選方案二：旋挖鉆成樁

旋挖鉆機是采用靜態泥漿護壁鉆斗取土的工藝，鉆進時為保護孔壁穩定，孔內要注滿優質泥漿，防止坍孔[6]。旋挖鉆機一般適用粘土、砂土、淤泥質土、含有部分卵石、碎石的地層及人工回填土，借助鉆具自重和鉆機加壓力切入土層，在回轉力矩的作用下鉆斗回轉配合鉆具的成孔作業。根據地質條件選用鉆桿、鉆頭及合理的斗齒刃角，具有大扭矩動力頭和自動內鎖式伸縮鉆桿的鉆機，能夠適應微風化巖層的施工。

施工順序：測量放出樁位→埋設護筒→樁機就位→拌制護壁泥漿→鉆進成孔→下放鋼筋籠→灌注水下混凝土→成樁。

4.4 比選方案三：回轉鉆成樁

回轉鉆成孔灌注樁，是用地質鉆機采用泥漿護壁，慢速鉆進，通過泥漿排渣成孔，護壁效果好，成孔質量可靠，施工工藝要求高，環節多，施工管理上要抓好每一環節的質量[7]。

施工順序：鉆架定位→鉆孔→第一次清孔→測孔深→安放鋼筋籠→固定安放格構柱→下導管→第二次清孔→測孔深→安放隔水球→灌注混凝土。

4.5 方案對比

（1）可行性分析：

①全套管回旋鉆成樁分析：依據全套管回旋鉆施工原理：能有效處理舊橋承臺、舊樁基，同時可實現處理障礙物后直接成樁，工效高。

②沖擊鉆成樁分析：根據舊橋樁基和承臺數量、布置范圍和深度，考慮周邊環境，無法進行深挖清障的方式處理舊橋承臺、舊樁基，結合新建橋梁位于地鐵保護范圍內：“新建橋梁樁基時，建議采用地基土擾動小的成樁工藝”，因沖擊鉆對地基土擾動大，不滿足對地鐵隧道保護的要求。

③旋挖鉆成樁分析：旋挖鉆無法處理舊橋承臺、舊樁基；本工程樁基位于撫河河道兩岸及河道內，地下水位高，水壓力大，旋挖鉆施工因在成孔過程中孔壁一直受鉆斗的刮擦，孔壁難以形成泥皮，泥漿護壁效果差，容易縮徑、塌孔，廢樁率高；旋挖鉆在砂卵石層中成孔困難；因此旋挖鉆成樁不滿足本工程施工條件的要求。

④回轉鉆成樁分析：成孔速度慢，僅適用于土層、砂土層、軟質巖地層，對中風化巖層不適用，且無法處理地下障礙物，根據本工程樁基施工范圍內存在舊橋承臺、舊樁基等障礙物，回轉鉆無法滿足施工需求。

（2）安全環保分析：

①全套管回旋鉆成樁：全套管施工無振動，采用全套管支護無塌孔風險，施工過程不需要泥漿護壁，對環境污染極小。

②沖擊鉆成樁：新建橋梁樁基緊臨地鐵區間隧道，沖擊鉆施工時的震動，無法保證地鐵區間隧道結構安全；對撫河兩岸截污箱涵會造成影響；長時間處理舊橋承臺、舊樁基等障礙物，由于沖擊力大極易造成塌孔、偏孔；成樁需泥漿護壁，泥漿及泥渣對環境污染嚴重，施工噪音大，噪音污染。

③旋挖鉆成樁：旋挖鉆施工因在成孔過程中孔壁一直受鉆斗的刮擦，孔壁難以形成泥皮，護壁性較差，容易縮徑、塌孔，加之本工程樁基位于撫河河道兩岸及河道內，地下水位高，水壓力大，泥漿護壁效果差，安全風險高；成樁需泥漿護壁，泥漿及泥渣對環境污染嚴重，施工噪音大，噪音污染。

④回轉鉆成樁分析：長時間處理舊橋承臺、舊樁基等障礙物，極易造成塌孔、偏孔，嚴重可能引起孔口地表沉陷、鉆機傾覆等事故；成樁需泥漿護壁，泥漿及泥渣對環境污染嚴重。

（3）工期對比：

①借鑒地鐵2號線處理地下障礙物成功經驗分析，采用全套管回轉鉆機成樁工藝工期約45d（2臺設備）。

②借鑒橋南引橋樁基托換工程鉆孔樁施工情況分析，采用沖擊鉆工藝工期約90d（2臺設備）。

③借鑒其他單位施工經驗，采用旋挖鉆成樁工藝施工工期約60d（2臺設備）。

④借鑒周邊工地鉆孔樁施工經驗，采用回轉鉆成樁工藝施工工期約90d（2臺設備）。

（4）費用對比：

①全套管回旋鉆成樁費用約450萬元。

②沖擊鉆成樁費用約400萬元。

③旋挖鉆成樁費用約430萬元。

④回轉鉆成樁費用約380萬元。

（5）綜合四個方案，對比情況見表2。

表2 樁基施工方案對比表

通過以上分析，本工程新建橋梁樁基施工推薦采用設計方案：全套管回轉鉆機成樁施工方案。

5 結語

根據地質和地下障礙物情況，通過幾種施工方案的可行性、安全與環保、工期和費用對比，樁基工程采用全套管回轉鉆機成樁施工方案，目前已順利完成樁基施工任務。