旋挖循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁工藝在橋梁工程中的應(yīng)用

唐金仕

(重慶曾家?guī)r大橋建設(shè)管理有限公司，重慶 400060)

在松軟的回填地層、流塑狀的海泥和軟土地層、巖溶地層的樁基基礎(chǔ)施工采取的旋挖鉆機(jī)施工工藝大致可分為：旋挖無護(hù)壁干鉆孔、旋挖泥漿護(hù)壁鉆孔、傳統(tǒng)(振動(dòng)錘)全護(hù)筒跟進(jìn)鉆孔。而旋挖鉆機(jī)循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成孔基礎(chǔ)施工較旋挖無護(hù)壁干鉆孔[1]、旋挖泥漿護(hù)壁鉆孔、傳統(tǒng)(振動(dòng)錘)全護(hù)筒跟進(jìn)鉆孔，具有以下特點(diǎn)：1) 采用全回轉(zhuǎn)鋼護(hù)筒套管機(jī)跟進(jìn)，施工噪音較小，護(hù)筒壁厚、自重大，套管機(jī)扭矩大，鋼護(hù)筒在不遇到較大孤石的情況下，較易進(jìn)入回填土層，可對孔壁進(jìn)行有效保護(hù)，能保證成孔質(zhì)量[2]；2) 在混凝土澆筑過程中，鋼護(hù)筒可同步拔岀，護(hù)筒可循環(huán)周轉(zhuǎn)，相對成本較小，且因護(hù)筒始終埋入混凝土面，成樁質(zhì)量及混凝土超耗量能有效控制[3]；3) 無需泥漿護(hù)壁，無泥水、污水泄漏、滲漏，環(huán)保；4) 全鋼護(hù)筒跟進(jìn)為隨挖隨護(hù)，每開挖一定深度后及時(shí)跟進(jìn)鋼護(hù)筒，可有效避免現(xiàn)場塌孔，防止地表沉降，成孔、成樁質(zhì)量好[4]。基于以上優(yōu)點(diǎn)，該工藝從根本上可解決孔底沉渣、不穩(wěn)定地層塌孔等問題，且施工中無需泥漿，地下水污染低，并可施工斜樁[5]。循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)施工工藝因獨(dú)特的優(yōu)勢，市場需求和應(yīng)用越來越廣。旋挖鉆機(jī)循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁工藝結(jié)合旋挖鉆鉆進(jìn)工藝和循環(huán)全程鋼護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)，是一種新型樁基基礎(chǔ)施工工藝。

1 旋挖鉆機(jī)循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁流程

1.1 適用條件

旋挖鉆機(jī)循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁工藝主要用于以下地質(zhì)環(huán)境和施工周邊環(huán)境。

1) 地下水豐富、土石回填、流塑狀的淤泥、海泥、流砂等軟弱地質(zhì)情況的基礎(chǔ)工程[6]。

2) 環(huán)保要求嚴(yán)格、干孔施工或泥漿護(hù)壁施工受限、施工場地周邊有高層建筑物或地鐵站[7]等復(fù)雜環(huán)境要求的基礎(chǔ)工程[8]。

1.2 工藝流程

1) 旋挖鉆機(jī)進(jìn)行開挖鉆孔，達(dá)到預(yù)定深度；2) 利用鉆機(jī)的護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器下設(shè)底節(jié)護(hù)筒至預(yù)定深度；3) 旋挖機(jī)短螺旋鉆頭在護(hù)筒內(nèi)取土鉆孔，一直鉆至底節(jié)護(hù)筒底部以下預(yù)定深度處；4) 旋挖鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)護(hù)筒使底節(jié)護(hù)筒切土下沉到鉆孔底，當(dāng)露出地面護(hù)筒長度達(dá)到預(yù)定時(shí)，接長標(biāo)準(zhǔn)節(jié)護(hù)筒；5) 依次重復(fù)3)、4)步驟，鉆至設(shè)計(jì)要求孔深后，用旋挖鉆具清除孔底浮土，并放入鋼筋籠；6) 進(jìn)行混凝土澆筑；7) 全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)與吊車配合起拔護(hù)筒，逐節(jié)拆卸護(hù)筒(循環(huán)使用護(hù)筒)。該工藝成樁流程如圖1所示。

圖1 旋挖鉆機(jī)循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁流程

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

重慶曾家?guī)r大橋長濱路立交共設(shè)A、B、C、E四條匝道橋。立交橋設(shè)計(jì)樁基均為鉆孔灌注樁。場地處于長江北岸岸坡地帶，地形以單面坡為主，工程區(qū)內(nèi)為第四系人工填土，主要由已建市政道路和兩側(cè)小區(qū)施工回填形成，由粉質(zhì)粘土夾建筑垃圾、砂巖、泥巖塊石、碎石以及少量生活垃圾等組成，覆蓋厚度大，基巖為砂巖、泥巖互層的河湖相碎屑巖，地下水富水性受巖性及裂隙發(fā)育程度控制。

2.2 施工工藝選擇

重慶曾家?guī)r大橋長濱路立交地段回填土埋深較大，且臨近長江岸邊，地質(zhì)情況較復(fù)雜。通過對旋挖干鉆成孔、旋挖泥漿護(hù)壁成孔、樁外地表注漿預(yù)加固成孔、傳統(tǒng)(振動(dòng)錘)鋼護(hù)筒跟進(jìn)成孔、旋挖循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁5種工藝進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)比選，旋挖循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成工藝較前4種工藝能有效克服：1) 旋挖無護(hù)壁干鉆成孔工藝面臨的塌孔、縮孔及孤石等不利地質(zhì)條件下機(jī)械1次成孔的難題[9]；2) 旋挖泥漿護(hù)壁成孔工藝存在的泥漿循環(huán)系統(tǒng)占用施工場地大，施工污水、泥漿水滲漏與泄漏污染地下水及長江水源問題[10]；3) 樁外地表注漿預(yù)加固成孔工藝常遇到的注漿孔鉆孔塌孔、跟管困難且與地下水流動(dòng)注漿液蓄存及有效固結(jié)的難題；4) 傳統(tǒng)(振動(dòng)錘)鋼護(hù)筒跟進(jìn)成孔存在鋼護(hù)筒施工噪音大、速度慢，下設(shè)難度大，且1次性投入成本高的問題[11]。

旋挖鉆機(jī)循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁工藝是旋挖鉆鉆進(jìn)工藝[12]和循環(huán)全程鋼護(hù)筒跟進(jìn)鉆孔，并跟隨混凝土澆筑頂拔護(hù)筒[13]相結(jié)合的一種新型樁基基礎(chǔ)施工工藝，因此選擇其作為本工程的成樁工藝。

2.3 現(xiàn)場施工工藝流程與步驟

2.3.1 施工工藝流程

旋挖鉆機(jī)循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁現(xiàn)場施工工藝流程如圖2所示。

圖2 旋挖鉆機(jī)循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁現(xiàn)場施工工藝流程

2.3.2 施工步驟

1) 施工準(zhǔn)備

對場地進(jìn)行平整、壓實(shí)或硬化，確保場地承載力滿足旋挖鉆機(jī)作業(yè)要求。

2) 測量放線定位

復(fù)核測量控制點(diǎn)，定出各樁位中心點(diǎn)，以雙向十字線控制樁中心。開鉆前必須先校核鉆頭的中心是否與樁位中心重合。在施工過程中還須經(jīng)常檢測鉆具位置有無發(fā)生變化，以保證孔位的正確。

3) 護(hù)筒設(shè)置及成孔

(1) 旋挖鉆頭精準(zhǔn)定位后進(jìn)行開挖以形成鉆孔，達(dá)到預(yù)定深度后，在旋挖鉆機(jī)的旋挖鉆動(dòng)力頭上依次安裝護(hù)筒驅(qū)動(dòng)連接器、底節(jié)護(hù)筒，該護(hù)筒下端安裝有環(huán)形排序的切削齒,便于護(hù)筒迅速、順利地放入緊實(shí)度較高的瀝青混凝土路面和地層中，然后把底節(jié)鋼護(hù)筒置入精準(zhǔn)位置，旋挖鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)底節(jié)護(hù)筒切土下沉到預(yù)定深度[14]。

(2) 旋挖鉆頭在護(hù)筒內(nèi)繼續(xù)鉆孔開挖至底節(jié)護(hù)筒底部下0.5 m處，旋挖鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)底節(jié)護(hù)筒切土下沉到鉆孔底，當(dāng)露出地面標(biāo)準(zhǔn)節(jié)護(hù)筒長度接近0.5 m～1.0 m時(shí)，加接標(biāo)準(zhǔn)節(jié)護(hù)筒。依次重復(fù)鉆孔開挖、底節(jié)護(hù)筒切土下沉、加接標(biāo)準(zhǔn)節(jié)護(hù)筒，直至底節(jié)護(hù)筒沉入穩(wěn)定巖層(設(shè)計(jì)標(biāo)高)為止[15]?，F(xiàn)場安放全護(hù)筒跟進(jìn)底節(jié)鋼護(hù)筒如圖3所示，現(xiàn)場底節(jié)鋼護(hù)筒就位后開始旋挖示意如圖4所示。

圖3 安裝有切削齒的底節(jié)鋼護(hù)筒

圖4 底節(jié)鋼護(hù)筒置入精準(zhǔn)位置

4) 吊放鋼筋籠及導(dǎo)管與漏斗的安裝

成孔后，用吊車吊放鋼筋籠，待其定位驗(yàn)收合格后吊放鋼導(dǎo)管，然后對導(dǎo)管與漏斗進(jìn)行連接安裝。

(1) 鋼筋籠的制作。在鋼筋加工場分節(jié)制作，節(jié)內(nèi)鋼筋采用套筒連接，施工現(xiàn)場節(jié)與節(jié)之間采用單面焊連接。鋼筋籠采用胎具成型法，由人工纏繞綁扎。為確保鋼筋籠在運(yùn)輸、吊裝過程中不變形，鋼筋籠制作時(shí)，在加勁圈筋中用Φ28鋼筋制作十字鋼筋與加勁圈筋焊接支撐。

(2) 鋼筋籠的吊放。采用吊車起吊鋼筋籠入孔，在頂部設(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)(位置為頂部加強(qiáng)筋位置)用于垂直吊裝，在每節(jié)鋼筋籠中部設(shè)置1個(gè)吊點(diǎn)(加強(qiáng)筋位置)用于翻身起吊，如圖5所示。

主鉤提升，副吊配合，使鋼筋籠垂直于地面，吊機(jī)吊籠入孔、定位；在第1節(jié)鋼筋籠吊放完成后，起吊第2節(jié)至孔口，進(jìn)行主筋焊接，焊接時(shí)上、下主筋位置對正，保持鋼筋籠上下軸線一致，其具體操作是先連接一個(gè)方向的2根接頭，然后稍提起，以使上下節(jié)鋼筋籠在自重作用下垂直，再連接其它所有的接頭，接頭位置必須按50%接頭數(shù)量錯(cuò)開連接,相鄰2個(gè)接頭間的距離不小于主筋直徑的35倍，且不小于50 cm，焊接采用單面焊，焊縫長度為主筋直徑的10倍；鋼筋籠焊接前進(jìn)行聲測管和灌漿管安裝；全部主筋焊接完成后，纏繞箍筋并梅花形點(diǎn)焊，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可勻速下放；依次從最下節(jié)往上吊裝鋼筋籠直至整個(gè)鋼筋籠吊裝完成。

圖5 鋼筋籠起吊示意

(3) 導(dǎo)管的安裝。導(dǎo)管依次下放，并要記錄好導(dǎo)管下置順序、每根導(dǎo)管的長度、導(dǎo)管根數(shù)。下置導(dǎo)管時(shí)應(yīng)防止碰撞鋼筋籠，導(dǎo)管支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺(tái)上，用于支撐懸吊導(dǎo)管，如圖6所示。

(4) 漏斗的安裝。待導(dǎo)管連接完畢后，將漏斗與導(dǎo)管連接密實(shí)。鋼筋籠吊放、導(dǎo)管及漏斗的安裝施工步驟如圖7所示。

5) 混凝土灌注及護(hù)筒起拔

采用混凝土泵車及鋼導(dǎo)管灌注，護(hù)筒與導(dǎo)管埋入混凝土的深度一般控制在2 m～6 m范圍內(nèi)，護(hù)筒在混凝土澆筑過程中利用吊車及全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)配合同步拔出，如圖8所示，樁基混凝土灌注完成后拆除循環(huán)護(hù)筒系統(tǒng)。

圖6 導(dǎo)管安裝

圖8 吊車配合全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)起拔護(hù)筒

2.4 施工效果

本工程完成鉆孔灌注樁(樁徑分1.3 m、1.5 m及1.8 m三類，樁長為15 m～37.5 m)共93根，每根樁均機(jī)械1次成孔，單根樁成孔需要1 d～1.5 d，比預(yù)期工期提前15 d。后期樁基檢測 93根，Ⅰ類樁91 根，Ⅱ類樁2根，經(jīng)檢驗(yàn)樁基均符合設(shè)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)要求。

本工藝安裝護(hù)筒時(shí)產(chǎn)生的噪音基本與旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的噪音類似，護(hù)筒拔岀時(shí)產(chǎn)生的噪音則明顯低于安裝時(shí)所產(chǎn)生的噪音，整個(gè)施工過程中噪音控制滿足環(huán)保要求。整個(gè)過程未使用泥漿護(hù)壁，施工場地及地下水未出現(xiàn)污水與泥漿水滲漏而引起污染水源的環(huán)保事件。

鋼護(hù)筒下至穩(wěn)定巖層后,孔壁保護(hù)效果好,樁位偏差、垂直度及沉渣厚度均能較好地滿足規(guī)范要求，成樁質(zhì)量得到有效保障；全護(hù)筒跟進(jìn)讓鉆進(jìn)施工對臨近結(jié)構(gòu)物起到隔離保護(hù)作用。

3 結(jié)束語

本工程灌注樁成孔主要采用循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)旋挖鉆進(jìn)相結(jié)合的新工藝，在無泥漿護(hù)壁、 地下水豐富流動(dòng)且臨近既有結(jié)構(gòu)與地質(zhì)軟弱易塌孔的條件下快速完成灌注樁的施工，護(hù)筒的循環(huán)使用節(jié)約了費(fèi)用，在施工安全、環(huán)保、進(jìn)度和成本上取得了較好的效果。 旋挖鉆機(jī)循環(huán)全護(hù)筒跟進(jìn)成樁在施工安全、環(huán)保、進(jìn)度和成本等方面具有的優(yōu)勢，在易塌孔(縮孔)的軟弱地質(zhì)、地下水豐富、臨近既有結(jié)構(gòu)物、水環(huán)保要求高且需要快速施工的情況下尤其適用，將是以后灌注樁基施工的發(fā)展方向。