渝湘復(fù)線高速公路建設(shè)中的旋挖鉆成孔施工技術(shù)

蔣波

（深圳高速工程顧問有限公司，廣東 深圳 518034）

1 旋挖鉆關(guān)鍵技術(shù)分析

旋挖鉆成孔工藝在公路、橋梁、市政建設(shè)以及高層建筑等地基基礎(chǔ)工程施工中得到了廣泛應(yīng)用。在開展作業(yè)時(shí)可以使用各類型的鉆具，包括干式（短螺旋）、濕式（回轉(zhuǎn)斗）、巖層（巖芯鉆）等。旋挖鉆成孔施工流程較為完善，對施工過程中遇到的問題有全面的解決措施和成熟的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際使用效果突出。

2 旋挖鉆使用中的問題分析

雖然旋挖鉆施工工藝比較先進(jìn)，但在施工中難免會出現(xiàn)其他方面的問題。為保證施工正常進(jìn)行，有必要進(jìn)一步分析其應(yīng)用中遇到的問題，以便提供相應(yīng)的解決措施。

2.1 護(hù)筒冒水

施工中，旋挖鉆會出現(xiàn)護(hù)筒外壁冒水問題。如果情況嚴(yán)重甚至?xí)斐勺o(hù)筒傾斜、地基沉陷等問題，進(jìn)而影響樁孔的精準(zhǔn)性，存在偏斜，影響施工順利進(jìn)行。根據(jù)施工的具體情況判斷，護(hù)筒冒水主要有三個原因：①在埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，周邊的土壤密實(shí)度沒有達(dá)到要求；②護(hù)筒的水位差太大；③鉆頭工作時(shí)發(fā)生碰撞。

2.2 樁孔問題

樁孔問題常給施工人員造成很大困擾，主要有以下三種情況：①孔壁坍塌，主要由于土質(zhì)疏松、泥漿護(hù)壁不良、護(hù)壁埋設(shè)不好、筒內(nèi)水位不高、鉆頭鉆進(jìn)過快等原因?qū)е?；②鉆孔局部縮頸。該現(xiàn)象是因?yàn)槟酀{性能欠佳、失水量比較大以及鄰樁施工間距不當(dāng)?shù)?；③孔樁偏移和偏斜，主要因素是?gòu)架不穩(wěn)和護(hù)筒埋設(shè)偏斜等。

2.3 孔底沉渣過多

孔底沉渣過多是指孔底遺留下很多泥沙。造成沉渣過多的原因主要有兩方面：①清孔不徹底，即清孔時(shí)沒有對樁孔進(jìn)行全面處理，導(dǎo)致殘留很多泥沙；②孔壁泥沙發(fā)生坍落，沉積在孔底。

3 高速公路建設(shè)中的旋挖鉆成孔施工技術(shù)

3.1 工程概況

渝湘復(fù)線高速黃草烏江特大橋位于重慶市武隆區(qū)江口鎮(zhèn)黃草村，為跨越烏江、連接花園隧道與黃草隧道而設(shè)。結(jié)合地形、地貌等情況，下部結(jié)構(gòu)采用圓柱墩+系梁+圓形截面樁基礎(chǔ)、矩形墩+承臺+圓形截面樁基礎(chǔ)、空心薄壁墩+承臺+圓形截面樁基礎(chǔ)，0#臺為肋板式橋臺，34#臺為重力式橋臺。

黃草烏江特大橋下部樁基結(jié)構(gòu)均采用圓形截面，樁基為244 根。其中左幅0#～10#、27#墩，右幅0#～10#、12#、右幅20#～25#，27#墩樁基擬采用旋挖鉆成孔方式，共計(jì)100 根，樁基直徑為1.5～2.8m，樁長20～36m。

3.2 水文地質(zhì)條件

橋位區(qū)地下水主要為第四系孔隙水和基巖風(fēng)化巖溶裂隙水。

（1）第四系孔隙水。主要受大氣降雨補(bǔ)給，徑流途徑短，大氣降雨以面流的形式沿斜坡臨空面向低洼處排泄。橋位區(qū)地下水排泄條件好，場地土體厚度0.20～2.80m，主要為黏土夾碎塊石，局部為素填土，屬弱透水層。槽谷孔隙水無蓄水條件，地下水貧乏。

（2）基巖風(fēng)化裂隙水。基巖裂隙水主要分布在基巖地層中，淺層基巖風(fēng)化裂隙較發(fā)育，雨季存在少量地下水，主要向低洼處排泄和蒸發(fā)排泄。由于區(qū)域巖溶發(fā)育，地表水滲入地下暗河向東排泄至烏江，裂隙溶蝕水蓄水條件差，地下水不易形成，橋區(qū)地下水埋藏較深，勘察期間鉆孔HCQZK58 揭露有地下水，穩(wěn)定水位為215.24m。

3.3 施工方法

本橋機(jī)械鉆孔樁樁基有五種類型，其直徑分別為1.5m、1.8m、2.2m、2.5m、2.8m，基樁長度范圍在20～36m。工程區(qū)分布地層主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層、殘坡積粉質(zhì)黏土及奧陶系下統(tǒng)桐梓組灰?guī)r、寒武系上統(tǒng)毛田組白云質(zhì)灰?guī)r，地層巖性主要為白云巖和灰?guī)r。本橋機(jī)械鉆孔樁基礎(chǔ)采用旋挖鉆成孔，按灌注水下混凝土工藝灌樁。

3.4 工藝流程

旋挖鉆干成孔灌注水下混凝土工藝流程為：測量定位→鉆機(jī)就位→初步鉆進(jìn)→安裝護(hù)筒→正式鉆進(jìn)→成孔清孔→安放鋼筋籠→安放導(dǎo)管→灌注混凝土→檢測。

3.5 埋設(shè)護(hù)筒

規(guī)范要求鋼護(hù)筒內(nèi)徑至少大于樁徑200mm，因此樁徑1.5m 時(shí)取護(hù)筒內(nèi)徑1.7m，樁徑1.8m 時(shí)取2.0m，其他樁徑以此類推。為保證卷筒接縫無漏洞、足夠圓潤，應(yīng)采取1cm 厚的鋼板制作鋼護(hù)筒，使用卷板機(jī)使其成型。此外，為提升護(hù)筒的強(qiáng)度，在焊接縫隙與護(hù)筒底部加裝鋼帶。鋼護(hù)筒每節(jié)需要加工2～3m，使用雙面焊技術(shù)焊接，起到防水作用，埋置護(hù)筒的深度不應(yīng)超過4m，更不能低于2m，護(hù)筒周圍及底部使用黏質(zhì)土填實(shí)，避免底部漏漿；在水中下護(hù)筒時(shí)要借助導(dǎo)向架找到位置，切記確保傾斜度的精確，護(hù)筒接長連接處要保證焊接質(zhì)量，焊接連接處的內(nèi)壁應(yīng)無突出物，耐拉、耐壓且不漏水[1]。

護(hù)筒頂部必須高出地面超過0.5m 的距離，中心點(diǎn)偏差應(yīng)小于5cm，在加工廠完成鋼護(hù)筒的制作后，經(jīng)過各項(xiàng)檢查確認(rèn)合格后再通過平板車運(yùn)至指定位置，在鉆進(jìn)時(shí)要時(shí)刻注意護(hù)筒位置，避免出現(xiàn)偏移與沉降，若出現(xiàn)則第一時(shí)間采取措施補(bǔ)救處理。

3.6 鉆孔機(jī)就位

鉆孔機(jī)就位時(shí)應(yīng)提前確認(rèn)鉆孔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性，確保鉆孔機(jī)能夠正常作業(yè)。鉆孔樁施工前應(yīng)進(jìn)行場地平整、硬化，使旋挖鉆孔機(jī)所處地基穩(wěn)固。必要時(shí)，場地平整后在鉆孔機(jī)下鋪設(shè)10mm 鋼板，杜絕因地基不穩(wěn)造成的鉆孔機(jī)傾覆。鉆孔機(jī)就位及作業(yè)基本要求如下：

（1）確定鉆孔機(jī)位置，并使用可去除的方式做好標(biāo)記。

（2）確定好位置后將鉆孔機(jī)移到指定位置，不可再次移動。

（3）調(diào)整鉆頭，使其中心線與樁位中心對齊，借助鉆孔機(jī)自帶功能調(diào)整好桅桿等輔助部件的垂直度，隨后鎖定不再改變。

（4）開始進(jìn)行鉆孔，鉆孔時(shí)先慢速啟動，隨后加快，剛啟動時(shí)一次進(jìn)尺長度不高于0.5m，同時(shí)確認(rèn)地層情況，在進(jìn)尺約5m 后開啟正常鉆進(jìn)流程，可適當(dāng)增加一次進(jìn)尺長度，不超過1m即可。

3.7 清孔及檢孔注意事項(xiàng)

（1）在終孔檢查后馬上開展孔洞清理工作，應(yīng)在原深度開空轉(zhuǎn)10min清理雜土，隨后停止。

（2）注意在清土過程中嚴(yán)禁再深入鉆進(jìn)，提鉆頭時(shí)要干脆利落。

（3）清孔后用測繩檢測孔深。用籠式探孔器檢查孔徑及孔形。樁孔傾斜度測量見圖1。

圖1 樁孔傾斜度測量

3.8 鋼筋籠制作注意事項(xiàng)

（1）鋼筋籠在鋼筋加工廠分節(jié)進(jìn)行制作，根據(jù)施工現(xiàn)場吊裝能力將鋼筋籠每節(jié)長度定為9m，采用平板車運(yùn)輸鋼筋籠至現(xiàn)場，運(yùn)輸過程中采取繩索捆綁或插桿圍擋方式加固，以防鋼筋籠發(fā)生較大變形。施工時(shí)用汽車吊提入樁孔內(nèi)，鋼筋籠接長操作在現(xiàn)場使用順絲套筒操作[2]。

（2）使用套筒銜接主筋，套筒連接處按照要求擺放，一個截面內(nèi)主筋橫截面積應(yīng)不大于1/2。

（3）在制作鋼筋籠的過程中，需要嚴(yán)格依據(jù)尺寸加工加強(qiáng)箍筋，在主筋位置形成醒目標(biāo)記，并將其擺放在指定位置，然后標(biāo)記加強(qiáng)筋的位置。通過機(jī)器或人力轉(zhuǎn)動骨架，使加強(qiáng)筋和主筋固定在一起，把骨架放在支架上，套上盤筋，螺旋筋加裝工作完成后將其綁在主筋上并進(jìn)行焊接作業(yè)。

（4）存放鋼筋籠時(shí)要標(biāo)識明確，每隔2～3m 放置1根墊木并及時(shí)覆蓋。

（5）聲測管安裝的鋼管外徑為57mm、壁厚3mm，外徑70mm、壁厚6mm 的套管。聲波管進(jìn)入施工現(xiàn)場后，在裝卸、搬運(yùn)、安裝等過程中要避免扭曲、擠壓聲波管體。聲測管應(yīng)存放在有避雨設(shè)施的場地，以免管體生銹?，F(xiàn)場安裝的聲測管應(yīng)先檢查管體，不允許變形的聲測管進(jìn)入安裝程序。樁徑大于1.5m 的每根樁基上均勻分布4 根A57×3mm 鋼管，樁徑不大于1.5m 的每根樁基上均勻分布3 根A57×3mm 鋼管。在鋼筋籠內(nèi)側(cè)直接固定聲測管，控制固定的點(diǎn)間距在2m 范圍內(nèi)，聲測管底端與連接部位需要安設(shè)固定點(diǎn)。檢驗(yàn)管外徑A57mm，上壁必須高出基樁頂面30cm 以上，接頭用A70mm 鋼管焊接。下端利用鋼板進(jìn)行密封，確保不會漏水。澆筑混凝土之前要注滿水，上口用塞子堵塞。

（6）鋼筋籠采用吊車安裝，鋼筋籠頂部按套管頂部標(biāo)高設(shè)置掛桿，掛桿根據(jù)技術(shù)交底確定。鋼筋籠安裝使用的是兩點(diǎn)吊裝方法。骨架下部為第一提升點(diǎn)，骨架長度的中點(diǎn)為第二提升點(diǎn)。應(yīng)采取措施加強(qiáng)吊裝點(diǎn)，確保吊裝過程中鋼筋籠不變形。吊裝鋼筋籠入孔時(shí)應(yīng)對準(zhǔn)孔中心，保持垂直，輕放慢放，入孔后緩慢放下，不可左右旋轉(zhuǎn)。嚴(yán)禁擺動和碰撞孔壁，嚴(yán)禁提、落、強(qiáng)行向下。

3.9 安放導(dǎo)管注意事項(xiàng)

（1）導(dǎo)管使用專門的螺絲扣導(dǎo)管，內(nèi)徑在30cm 左右，中間部分長3m，最下部分長4m，導(dǎo)管必須堅(jiān)硬、壁光滑、管直無凹陷。

（2）根據(jù)工作臺深度等因素確定導(dǎo)管長度，漏斗底至鉆孔上扣段比較適合使用非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)導(dǎo)管。

（3）吊車吊起導(dǎo)管，配合人工安裝，必要時(shí)上手扶穩(wěn)，確保導(dǎo)管對準(zhǔn)鋼筋籠中心。下放時(shí)必須垂直、慢放，避免撞到鋼筋籠。下放時(shí)要記錄下放節(jié)數(shù)，下放到孔底后，必須將實(shí)際長度與理論長度進(jìn)行對比，確保兩者一致[3]。

（4）導(dǎo)管下放完畢后，經(jīng)檢查確認(rèn)無問題即可輕松提起，保證其底口與孔底距離小于0.5m，且位置必須在鉆孔中心位置。

（5）安裝導(dǎo)管時(shí)應(yīng)按照節(jié)數(shù)量好長度，按照順序編號記錄，有助于在灌裝混凝土?xí)r控制管深度。還要注意觀察橡皮圈位置是否正確、導(dǎo)管兩頭絲扣是否破損，避免灌裝過程中出現(xiàn)進(jìn)水等現(xiàn)象[4]。

（6）明確導(dǎo)管高度后，通過枕木調(diào)節(jié)導(dǎo)管卡盤高度，并用卡盤卡住導(dǎo)管。

3.10 混凝土灌注

（1）開展混凝土澆筑作業(yè)之前，要確保首車混凝土的坍落度、模溫、含氣量、膨脹度等參數(shù)符合施工要求。

（2）混凝土從花園隧道口1 號攪拌站用罐車運(yùn)至現(xiàn)場后，用吊車吊起儲存料斗澆筑。

（3）澆筑前應(yīng)確?；炷凛斔凸芎土隙窛駶?，但禁止存在清水積水。澆筑過程中，混凝土由運(yùn)輸車的溜槽直接灌入料斗。

（4）第一批混凝土澆筑完成后，將導(dǎo)管埋深控制在1m以上，但不能超過3m。

（5）封底后應(yīng)采取措施防止?jié)仓r(shí)雜物落入孔內(nèi)。

（6）提升導(dǎo)管的過程中要保證軸線的垂直度，位置居中，緩緩提升，避免鋼筋籠鉤在導(dǎo)管連接處。

（7）混凝土澆筑速度應(yīng)維持勻速，加強(qiáng)澆筑量的檢查工作，從而保證實(shí)測澆筑高度與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符。

（8）如果澆筑時(shí)導(dǎo)管內(nèi)混凝土不滿足，需要管控好后續(xù)混凝土的澆筑速度，防止導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣囊，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)管密封破壞和飛物傷人。

（9）澆筑過程中導(dǎo)管慢慢升降，注意混凝土中不能存在孔洞或卷入頂部浮渣。

（10）澆筑時(shí)，加強(qiáng)對探孔內(nèi)混凝土面高程的測量，以便合理調(diào)節(jié)導(dǎo)管埋深。埋深具體控制范圍為2～6m，最小埋深始終應(yīng)控制在1m以上。

（11）混凝土表面開始接近并進(jìn)入鋼骨架時(shí)，導(dǎo)管底口應(yīng)位于鋼籠底口3m 以下、1m 以上，并降低澆筑速度，從而降低混凝土從導(dǎo)管底口出來后向上的沖擊力。

（12）孔內(nèi)混凝土進(jìn)入鋼骨架4～5m 時(shí)，合理抬升導(dǎo)管，減小導(dǎo)管埋長，以增加導(dǎo)管口以下骨架埋深，進(jìn)而增強(qiáng)混凝土對鋼骨架的抓地力。

（13）最后一批水下混凝土澆筑提升導(dǎo)管時(shí)，應(yīng)控制速度，緩慢拔出。

（14）澆筑結(jié)束后檢查混凝土澆筑量，保證混凝土澆筑高度滿足標(biāo)準(zhǔn)。干作業(yè)成孔灌注樁嚴(yán)格按照導(dǎo)管法干孔澆筑。混凝土樁頂4m 范圍內(nèi)用50 型插入式振搗器振搗，振搗均勻，不得滲漏，不得振動過大，以保證樁頂范圍內(nèi)混凝土的密實(shí)度[5]。灌注后樁頂標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.1m，澆筑后對頂部混凝土進(jìn)行灌溉養(yǎng)護(hù)。

鉆孔灌注樁混凝土由攪拌站集中攪拌。鉆孔樁鋼筋籠就位后將導(dǎo)管沉至孔底，再將導(dǎo)管升至距孔底約30～40cm 的高度，準(zhǔn)備灌注混凝土。澆筑完第一批混凝土后，將混凝土連續(xù)送入料斗，待導(dǎo)管埋深2～6m后，根據(jù)具體情況拆除1～2 根導(dǎo)管，如此循環(huán)進(jìn)行，直至混凝土面高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.1m 為止。在澆筑過程中安排專人使用測量繩測量孔深，掌握好混凝土面上升高度，全面記錄混凝土澆筑過程，導(dǎo)管埋深控制范圍在2～6m，防止由于導(dǎo)管埋深過深、部分混凝土初凝導(dǎo)致管無法上提，或管埋得過淺、空曠，導(dǎo)致斷樁問題。

4 結(jié)語

高速公路基礎(chǔ)施工非常關(guān)鍵。將旋挖鉆成孔技術(shù)應(yīng)用到高速公路基礎(chǔ)工程中，能夠顯著提升工程的整體質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)全面地分析旋挖鉆成孔技術(shù)的使用問題，有針對性地探討具體解決辦法，能夠使該技術(shù)應(yīng)用得更加專業(yè)、更加成熟，為提高高速公路施工質(zhì)量提供保障。