新建海關(guān)橋樁基工程施工方案比選

吳發(fā)展，張曉輝，龍成明

（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北 三河 065201）

樁基礎(chǔ)施工應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)及巖土工程條件，進(jìn)行施工方案比選，選出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方案。賀劍龍[1]根據(jù)勘察資料結(jié)合建筑物所在地區(qū)的建筑經(jīng)驗(yàn)，對(duì)可采用的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鉆孔灌注樁做了技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)比較，提出適宜的樁基施工方案。吳思明等[2]對(duì)旋挖鉆斗成孔灌注樁和長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁兩種施工方案運(yùn)用層次分析法比選和評(píng)價(jià)，選出最優(yōu)方案。李鵬[3]通過(guò)實(shí)際案例收集成樁工藝技術(shù)數(shù)據(jù)，分析三種鉆機(jī)施工工藝在雜填土區(qū)成樁的優(yōu)缺點(diǎn)，比選出最終確定施工方案。新建海關(guān)橋樁基通過(guò)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(guān)橋是跨撫河的重要通道，聯(lián)系老城區(qū)與朝陽(yáng)洲之間的重要紐帶。新建海關(guān)橋?yàn)樽兘孛孢B續(xù)箱梁橋，橋長(zhǎng)67m，橋?qū)?5m。橋梁樁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。橋墩樁基樁徑1.8m，樁長(zhǎng)16m，橋臺(tái)承臺(tái)下樁基樁徑1.0m，樁長(zhǎng)20m，樁基均為嵌巖樁，持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。撫河常水位為18.7m，最高水位為19.7m，勘探期間初見(jiàn)地下水位標(biāo)高16.28～20.03m，水位埋深3～5m，穩(wěn)定地下水位標(biāo)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(bǔ)給方式，向低洼處排泄。

2 地下障礙物情況

新建海關(guān)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(jié)構(gòu)。舊海關(guān)橋由平行的三座三孔簡(jiǎn)支梁橋拼接而成。樁基為鉆孔灌注樁，承臺(tái)為鋼筋混凝土現(xiàn)澆承臺(tái)，橋臺(tái)為漿砌片石重力式橋臺(tái)。根據(jù)新建橋梁樁基位置，舊橋地下結(jié)構(gòu)影響新橋樁基施工主要為橋臺(tái)部位地下結(jié)構(gòu)和水中樁基。

根據(jù)新建橋梁圖紙所示（圖1），舊橋橋臺(tái)及承臺(tái)位于新橋橋臺(tái)樁基施工范圍，新橋樁基施工需穿越舊橋橋臺(tái)及承臺(tái)，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(jié)構(gòu)位置關(guān)剖面圖（單位：m）

3 樁基主要工程量

根據(jù)圖紙，對(duì)樁基主要工程量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（表1）。

表1 主要工程量統(tǒng)計(jì)表

4 施工方案比選

4.1 設(shè)計(jì)方案：全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成樁

針對(duì)既有舊橋承臺(tái)及樁基等障礙物，采用全套管全回旋鉆成樁。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼套管360°回轉(zhuǎn)，鉆機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生向下壓力和回轉(zhuǎn)扭距帶動(dòng)套管頭部刀頭切削土體，全套管護(hù)壁，沒(méi)有泥漿，對(duì)周?chē)h(huán)境沒(méi)有影響，成孔質(zhì)量好[4]，配合抓斗可實(shí)現(xiàn)樁基礎(chǔ)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等還沒(méi)有清除情況下的灌注樁，適用于本工程舊橋承臺(tái)及樁基等障礙物的處理。

（1）鉆機(jī)就位，移動(dòng)套管鉆機(jī)至橋樁的正確位置，使套管鉆機(jī)抱管器中心對(duì)應(yīng)定位在導(dǎo)樁孔設(shè)計(jì)樁位中心。

（2）取土成孔，在樁機(jī)就位后，吊裝第一節(jié)管在樁機(jī)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(jī)從套管內(nèi)取土，一邊抓土、一邊繼續(xù)下壓套管，始終保持套管底口超前于開(kāi)挖面的深度不小于2.5m。第一節(jié)套管壓入土中后（地面以上要留1.2～1.5m，以便于接管），檢測(cè)垂直度，如不合格則進(jìn)行糾偏調(diào)整，如合格則安裝第二節(jié)套管繼續(xù)下壓取土，直至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。

（3）清障流程，全套管全回旋鉆機(jī)主要針對(duì)于孤石、舊樁、混凝土結(jié)構(gòu)等障礙物施工，借助鉆機(jī)強(qiáng)大的回轉(zhuǎn)扭矩和下壓力，將障礙物與其周?chē)耐馏w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(jī)自備吊車(chē)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(jī)懸吊沖擊鉆頭上下往復(fù)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(nèi)，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(diǎn)是：設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，操作效率高[5]，所成孔壁較穩(wěn)定，塌孔少，成孔質(zhì)量可靠，不受施工場(chǎng)地限制，但成孔速度慢，效率低，適用于工業(yè)與民用建筑中的黃土、人工雜填土、粘性土或粉質(zhì)粘土以及含有孤石的砂礫石層、堅(jiān)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(chǎng)地平整→樁位放線→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→沖擊造孔→終孔驗(yàn)收→下鋼筋籠和鋼導(dǎo)管→灌注水下混凝土。

4.3 比選方案二：旋挖鉆成樁

旋挖鉆機(jī)是采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆斗取土的工藝，鉆進(jìn)時(shí)為保護(hù)孔壁穩(wěn)定，孔內(nèi)要注滿優(yōu)質(zhì)泥漿，防止坍孔[6]。旋挖鉆機(jī)一般適用粘土、砂土、淤泥質(zhì)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(jī)加壓力切入土層，在回轉(zhuǎn)力矩的作用下鉆斗回轉(zhuǎn)配合鉆具的成孔作業(yè)。根據(jù)地質(zhì)條件選用鉆桿、鉆頭及合理的斗齒刃角，具有大扭矩動(dòng)力頭和自動(dòng)內(nèi)鎖式伸縮鉆桿的鉆機(jī)，能夠適應(yīng)微風(fēng)化巖層的施工。

施工順序：測(cè)量放出樁位→埋設(shè)護(hù)筒→樁機(jī)就位→拌制護(hù)壁泥漿→鉆進(jìn)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(zhuǎn)鉆成樁

回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁，是用地質(zhì)鉆機(jī)采用泥漿護(hù)壁，慢速鉆進(jìn)，通過(guò)泥漿排渣成孔，護(hù)壁效果好，成孔質(zhì)量可靠，施工工藝要求高，環(huán)節(jié)多，施工管理上要抓好每一環(huán)節(jié)的質(zhì)量[7]。

施工順序：鉆架定位→鉆孔→第一次清孔→測(cè)孔深→安放鋼筋籠→固定安放格構(gòu)柱→下導(dǎo)管→第二次清孔→測(cè)孔深→安放隔水球→灌注混凝土。

4.5 方案對(duì)比

（1）可行性分析：

①全套管回旋鉆成樁分析：依據(jù)全套管回旋鉆施工原理：能有效處理舊橋承臺(tái)、舊樁基，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)處理障礙物后直接成樁，工效高。

②沖擊鉆成樁分析：根據(jù)舊橋樁基和承臺(tái)數(shù)量、布置范圍和深度，考慮周邊環(huán)境，無(wú)法進(jìn)行深挖清障的方式處理舊橋承臺(tái)、舊樁基，結(jié)合新建橋梁位于地鐵保護(hù)范圍內(nèi)：“新建橋梁樁基時(shí)，建議采用地基土擾動(dòng)小的成樁工藝”，因沖擊鉆對(duì)地基土擾動(dòng)大，不滿足對(duì)地鐵隧道保護(hù)的要求。

③旋挖鉆成樁分析：旋挖鉆無(wú)法處理舊橋承臺(tái)、舊樁基；本工程樁基位于撫河河道兩岸及河道內(nèi)，地下水位高，水壓力大，旋挖鉆施工因在成孔過(guò)程中孔壁一直受鉆斗的刮擦，孔壁難以形成泥皮，泥漿護(hù)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(zhuǎn)鉆成樁分析：成孔速度慢，僅適用于土層、砂土層、軟質(zhì)巖地層，對(duì)中風(fēng)化巖層不適用，且無(wú)法處理地下障礙物，根據(jù)本工程樁基施工范圍內(nèi)存在舊橋承臺(tái)、舊樁基等障礙物，回轉(zhuǎn)鉆無(wú)法滿足施工需求。

（2）安全環(huán)保分析：

①全套管回旋鉆成樁：全套管施工無(wú)振動(dòng)，采用全套管支護(hù)無(wú)塌孔風(fēng)險(xiǎn)，施工過(guò)程不需要泥漿護(hù)壁，對(duì)環(huán)境污染極小。

②沖擊鉆成樁：新建橋梁樁基緊臨地鐵區(qū)間隧道，沖擊鉆施工時(shí)的震動(dòng)，無(wú)法保證地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)安全；對(duì)撫河兩岸截污箱涵會(huì)造成影響；長(zhǎng)時(shí)間處理舊橋承臺(tái)、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(hù)壁，泥漿及泥渣對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)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(guò)程中孔壁一直受鉆斗的刮擦，孔壁難以形成泥皮，護(hù)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(nèi)，地下水位高，水壓力大，泥漿護(hù)壁效果差，安全風(fēng)險(xiǎn)高；成樁需泥漿護(hù)壁，泥漿及泥渣對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，施工噪音大，噪音污染。

④回轉(zhuǎn)鉆成樁分析：長(zhǎng)時(shí)間處理舊橋承臺(tái)、舊樁基等障礙物，極易造成塌孔、偏孔，嚴(yán)重可能引起孔口地表沉陷、鉆機(jī)傾覆等事故；成樁需泥漿護(hù)壁，泥漿及泥渣對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。

（3）工期對(duì)比：

①借鑒地鐵2號(hào)線處理地下障礙物成功經(jīng)驗(yàn)分析，采用全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成樁工藝工期約45d（2臺(tái)設(shè)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(tái)設(shè)備）。

③借鑒其他單位施工經(jīng)驗(yàn)，采用旋挖鉆成樁工藝施工工期約60d（2臺(tái)設(shè)備）。

④借鑒周邊工地鉆孔樁施工經(jīng)驗(yàn)，采用回轉(zhuǎn)鉆成樁工藝施工工期約90d（2臺(tái)設(shè)備）。

（4）費(fèi)用對(duì)比：

①全套管回旋鉆成樁費(fèi)用約450萬(wàn)元。

②沖擊鉆成樁費(fèi)用約400萬(wàn)元。

③旋挖鉆成樁費(fèi)用約430萬(wàn)元。

④回轉(zhuǎn)鉆成樁費(fèi)用約380萬(wàn)元。

（5）綜合四個(gè)方案，對(duì)比情況見(jiàn)表2。

表2 樁基施工方案對(duì)比表

通過(guò)以上分析，本工程新建橋梁樁基施工推薦采用設(shè)計(jì)方案：全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成樁施工方案。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)地質(zhì)和地下障礙物情況，通過(guò)幾種施工方案的可行性、安全與環(huán)保、工期和費(fèi)用對(duì)比，樁基工程采用全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成樁施工方案，目前已順利完成樁基施工任務(wù)。