反循環(huán)配合旋挖鉆在樁基工程中的應(yīng)用

文/ 楊樂 蔣冬芹

引言

中山東路（新津河-蓮鳳路）道路橋梁及配套工程PPP項目為2021年汕頭亞青會主會館與城市區(qū)的主干道，中砂大橋為該項目的控制性工程，橋梁樁基的順利施工顯得尤為重要。國內(nèi)外學(xué)者對樁基成孔工藝、清孔工藝等已展開了較多的探討。裴迎春介紹了旋挖鉆的技術(shù)優(yōu)劣及注意事項，并以之與反循環(huán)工藝進(jìn)行對比分析。雷斌分析旋挖鉆孔工藝樁底沉渣過厚的原因，介紹了6種清孔工藝，并對比分析各種工藝的特點，提出了旋挖樁清孔工藝的優(yōu)化選擇方法。單慧川對比分析了正循環(huán)沖擊鉆和反循環(huán)回旋鉆的鉆孔工藝及施工效果，就成孔質(zhì)量、成孔效率、成本消耗等進(jìn)行了詳細(xì)論述。

目前，對樁基鉆孔工藝及清孔工藝的研究較多，但對不同鉆機(jī)結(jié)合使用的研究較少。本文著重分析反循環(huán)配合旋挖鉆工藝的應(yīng)用。該工藝較常規(guī)施工工藝能有效提高施工效率，保證成樁質(zhì)量，為類似工程施工提供參考。

工程概況

中砂大橋全長1325m，主橋跨徑布置為80+180+80m=340m，全橋樁基共212根，其中φ1.2m樁基28根，φ1.8m樁基48根，φ2m樁基112根，φ2.5m樁基24根（主墩樁基），基礎(chǔ)型式均為群樁，樁基類型以嵌巖樁為主。

方案比選

樁基鉆進(jìn)方案主要有三種：沖擊鉆、旋挖鉆、反循環(huán)；清孔方案主要有四種：泥漿正循環(huán)、泵吸反循環(huán)、氣舉反循環(huán)、無泥漿循環(huán)。將上述工藝優(yōu)缺點列表1。

因旋挖鉆進(jìn)尺速度最快，反循環(huán)鉆機(jī)自帶有氣舉反循環(huán)清孔設(shè)備，經(jīng)綜合考慮工程的工期、造價要求，最終采用反循環(huán)配合旋挖鉆的施工工藝，由反循環(huán)鉆進(jìn)土層，旋挖鉆進(jìn)巖層，再由反循環(huán)清孔。

施工工藝

施工流程

1.施工準(zhǔn)備。主墩樁基位于外砂河河道中，在樁基施工前，采用“釣魚法”打設(shè)鋼管樁基礎(chǔ)，并搭設(shè)鋼平臺。鋼平臺為上承式結(jié)構(gòu)，為后續(xù)主墩樁基及承臺施工提供工作平臺。

2.測量放樣。根據(jù)設(shè)計圖紙要求，用全站儀坐標(biāo)放樣法確定樁中心位置，為后續(xù)鋼護(hù)筒打設(shè)提供依據(jù)。

3.鋼護(hù)筒打設(shè)。主墩樁基直徑為2500mm，采用外徑2800mm，壁厚22mm，長度30m的鋼護(hù)筒，通過打樁船進(jìn)行打設(shè)。

4.鉆機(jī)就位。受現(xiàn)場條件影響，鋼護(hù)筒定位時存在誤差，鉆機(jī)就位前需重新復(fù)核樁中心位置，及時做好標(biāo)記，保證鉆頭中心與樁中心重合。

5.泥漿制備。樁基施工采用輕質(zhì)環(huán)?；瘜W(xué)泥漿。為提高泥漿的化學(xué)性能，適當(dāng)添加相應(yīng)材料，不同土質(zhì)應(yīng)采用不同性能指標(biāo)的泥漿，泥漿比重、粘度應(yīng)隨土樣大顆粒的增多而增加。

丙種球蛋白是一種由健康人血漿分離提取并經(jīng)過病毒滅活處理的免疫球蛋白制品，屬于血液來源的生物制品。生物制品是很容易導(dǎo)致嚴(yán)重過敏反應(yīng)的一類藥品。另外，一旦制造這種藥品的血漿受到污染，注射后感染傳染病如乙肝、丙肝等的概率極大，而且臨床中也不斷發(fā)現(xiàn)由于注射受污染的血液制品而感染的病例，所以，現(xiàn)代傳染病學(xué)認(rèn)為丙種球蛋白不能大量、廣泛地在臨床上應(yīng)用于免疫預(yù)防，更不能用于感冒這類小病的預(yù)防。臨床上對它的使用非常嚴(yán)格，僅用于某些嚴(yán)重疾病的治療，例如免疫缺陷病、大面積燒傷、嚴(yán)重創(chuàng)傷感染以及敗血癥等。

6.反循環(huán)鉆進(jìn)。在鉆機(jī)安裝就位后，要檢查鉆機(jī)是否安裝平穩(wěn)。采用減壓鉆進(jìn)的方式施工，要根據(jù)不同地質(zhì)情況，控制鉆機(jī)進(jìn)尺和轉(zhuǎn)速，及時撈取鉆渣樣品，核實是否與地質(zhì)剖面圖相符，同時關(guān)注護(hù)筒內(nèi)水壓，保持護(hù)筒內(nèi)水頭差，確?？妆诜€(wěn)定。反循環(huán)鉆進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化巖層時，要進(jìn)行鉆機(jī)設(shè)備更換，采用旋挖鉆繼續(xù)鉆進(jìn)，采用反循環(huán)設(shè)備進(jìn)行下一樁位的鉆進(jìn)。

7.旋挖鉆入巖。由現(xiàn)場實踐可知，對于中風(fēng)化巖層，同設(shè)備進(jìn)尺效率比約為：旋挖鉆:反循環(huán):沖擊鉆=1:0.33:0.25；三種設(shè)備每米進(jìn)尺的單價比約為：旋挖鉆:反循環(huán):沖擊鉆=1:1.15:0.39；反循環(huán)擴(kuò)孔系數(shù)最小，約為1.04；旋挖鉆次之，約為1.06；沖擊鉆最大，約為1.16。

考慮工期的影響，要優(yōu)先采用旋挖鉆鉆進(jìn)巖層。旋挖鉆采用牙輪或截齒筒鉆取芯鉆進(jìn)成孔，由于主墩樁徑為2.5m，需采取分級擴(kuò)孔，擴(kuò)孔級數(shù)為2級，按Φ1m、Φ2m和Φ2.5m分級成孔。

8.終孔、反循環(huán)清孔。經(jīng)實踐證明，相同條件下正循環(huán)清孔時間約為反循環(huán)清孔時間的4倍。另，由于旋挖鉆鉆進(jìn)過程中會產(chǎn)生較大的顆粒，所以采用氣舉反循環(huán)進(jìn)行清孔。

當(dāng)孔深達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，旋挖鉆繼續(xù)進(jìn)行下一樁位鉆進(jìn)，要更換反循環(huán)進(jìn)行清孔，下放反循環(huán)鉆桿，同時在反循環(huán)鉆頭上加設(shè)4根鋼絞線，以發(fā)揮掃渣的作用，保證清孔效果良好。沉渣厚度及泥漿指標(biāo)滿足設(shè)計要求后，撤出反循環(huán)設(shè)備進(jìn)行鉆孔復(fù)測。

9.孔徑、孔深、傾斜度復(fù)核。清孔完成后需對孔深、孔徑、鉆孔傾斜度進(jìn)行再次復(fù)核，采用專用勘探設(shè)備進(jìn)行檢測，檢測無誤后進(jìn)行鋼筋籠下放。

10.鋼筋籠安裝。鋼筋籠采用長線法加工制作，分節(jié)倒運(yùn)至施工現(xiàn)場。鋼筋籠下放前需再次復(fù)核樁中心，并通過樁基中心坐標(biāo)反算樁頂鋼筋籠定位筋的長度，確保鋼筋籠安裝時，鋼筋籠中心與樁中心重合。

12.灌注水下混凝土。依據(jù)《JTGT/F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》里首灌公式進(jìn)行計算，確保首批灌注混凝土的方量應(yīng)能滿足首次埋深（≥1m）和填充導(dǎo)管底部的需要。經(jīng)計算，首灌方量約為8m3。

為保證首灌方量，首次灌注混凝土?xí)r，采用兩輛罐車同時灌注，單罐車放料速度為4m3/min；經(jīng)現(xiàn)場實踐，當(dāng)灌注1min時，料斗內(nèi)混凝土不再滿布料斗底，料斗尺寸為5m。經(jīng)計算可知，采用兩罐車同時灌注時，當(dāng)料斗內(nèi)混凝土不再滿布料斗底時，所灌注方量總為5+4*2=13方，滿足首灌方量要求。

首灌完成后按照導(dǎo)管埋深2～6m的要求繼續(xù)灌注混凝土，需保證混凝土灌注的連續(xù)性，直至灌注超出樁頂標(biāo)高0.5～1m，此時完成樁基施工。

施工中的創(chuàng)新點

樁基礎(chǔ)系橋梁結(jié)構(gòu)的隱蔽性工程，且是橋梁的主要受力結(jié)構(gòu)，其高質(zhì)量對整個橋梁工程尤為重要。本橋梁主橋樁基通過優(yōu)化鉆孔、清孔工藝，保證了成樁質(zhì)量及工程進(jìn)度，改進(jìn)首灌方式，提高了灌注混凝土的靈活性：

1.對于中風(fēng)化巖層，旋挖進(jìn)尺效率為反循環(huán)的3倍，故采用反循環(huán)配合旋挖的鉆進(jìn)工藝，由反循環(huán)鉆進(jìn)樁基上部的軟弱土層，旋挖鉆進(jìn)以中風(fēng)化為代表的堅硬巖層，保證進(jìn)尺效率，提供進(jìn)度保障。

2.旋挖終孔后，采用反循環(huán)鉆機(jī)并于鉆頭加鋼絞線的方式對樁底進(jìn)行掃孔清孔，以控制沉渣厚度，保證成樁質(zhì)量。

3.采用兩罐車同時放料的方式保證首灌方量，間接地減小了料斗的體積，提高了混凝土灌注的靈活性。

4.采用旋挖鉆進(jìn)中風(fēng)化，進(jìn)尺深度5m需要約27h；采用反循環(huán)鉆進(jìn)鉆機(jī)中風(fēng)化，進(jìn)尺深度5m需要約76h。對于主橋樁基，采用旋挖鉆替代反循環(huán)鉆進(jìn)中風(fēng)化，至少可節(jié)約工期約25天。

結(jié)語

樁基礎(chǔ)是橋梁工程的承重部位，其施工工藝的優(yōu)質(zhì)、高效十分重要。本工程通過采用旋挖鉆配合反循環(huán)的施工工藝，對樁基鉆進(jìn)及清孔進(jìn)行優(yōu)化，同時改進(jìn)了首灌方式，提高了混凝土灌注的靈活性，保證了工程進(jìn)度，提高了工程質(zhì)量，為后續(xù)類似工程施工提供了參考。