川滇金沙江特大橋干式旋挖樁成孔技術(shù)

王三文

摘要 金沙江特大橋云南岸樁基下穿巖層硬度較小，樁基下方鉆探揭露巖芯溶孔、溶隙較發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象明顯，地勘資料顯示樁基下方有多個(gè)全填充的溶洞；再加上云南岸施工場(chǎng)地狹小，考慮對(duì)周圍環(huán)境影響小、水電需求較少、縮短工期等方面原則，提出了一種干式旋挖樁專項(xiàng)施工技術(shù)方案。采用旋挖鉆機(jī)與鋼護(hù)筒相互配合，完成相應(yīng)的鉆孔作業(yè)，再利用導(dǎo)管法完成混凝土灌注，并圍繞著施工準(zhǔn)備、測(cè)量放樣、鋼護(hù)筒埋設(shè)、樁中心軸線檢查、鉆進(jìn)作業(yè)、成孔檢查、鋼筋籠吊裝以及混凝土灌注等層面，梳理施工過程中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)干式旋挖樁施工技術(shù)的精準(zhǔn)控制。

關(guān)鍵詞 樁基礎(chǔ)；干式旋挖；鉆孔；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào) U443.32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）12-0037-04

0 引言

近年來，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷加快，橋梁基礎(chǔ)施工經(jīng)常面臨著暗河、流沙、巖層、巖溶等復(fù)雜的地質(zhì)條件。此外，在樁基施工中，易受到管理能力、周邊環(huán)境、施工技術(shù)等因素干擾與機(jī)械設(shè)備的限制，許多學(xué)者對(duì)摩擦樁、端承樁進(jìn)行了對(duì)比分析，明確了不同樁基施工方案下地層承載樁周圍的摩阻條件，為樁基施工技術(shù)方案的選擇提供了思路[1-5]。該文依托金沙江特大橋建設(shè)，介紹了云南岸主橋樁基礎(chǔ)干式旋挖樁施工的關(guān)鍵技術(shù)，以期為同類型樁基的施工和技術(shù)管理提供參考。

1 概況

1.1 工程概況

金沙江特大橋主橋?yàn)? 060 m的單跨雙塔鋼桁梁懸索橋，四川岸無引橋，主橋直接與隧道連接，云南岸引橋?yàn)?×40 m的鋼混組合梁，大橋全長(zhǎng)為40 m。主纜跨度布置為：172 m+1 060 m+230 m。四川岸為隧道式錨碇，云南岸為重力式錨碇。主塔為門式鋼筋混凝土橋塔；云南岸橋塔高為172 m，四川岸橋塔高為142 m。

索塔基礎(chǔ)采用樁基加承臺(tái)形式，單個(gè)承臺(tái)平面尺寸為25.5 m×25.5 m，高為7 m。每個(gè)承臺(tái)下布置16根直徑3 m的樁基礎(chǔ)，采用4×4行列式布置；按端承樁設(shè)計(jì)，樁頂段為鋼管混凝土組合構(gòu)造；樁間中心距為6.7 m、凈距為3.5 m?，F(xiàn)介紹云南岸主墩樁基礎(chǔ)采用干式旋挖樁成孔的關(guān)鍵技術(shù)。

1.2 樁基地質(zhì)概況

根據(jù)金沙江特大橋云南岸主墩樁基鉆探資料以及地質(zhì)調(diào)查，云南岸樁基下穿巖層為下伏上元古系震旦系上統(tǒng)燈影組白云巖、頁巖和泥灰?guī)r；巖體呈破碎狀，白云巖（中風(fēng)化）frk=34.5 MPa、泥灰?guī)r（中風(fēng)化）frk=29.5 MPa、頁巖（中風(fēng)化）frk=11.6 MPa。整體產(chǎn)狀為背斜式，與樁軸線夾角為86.2 °。樁基下方鉆探揭露巖芯溶孔、溶隙較發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象明顯，地勘資料顯示樁基下方有多個(gè)全填充溶洞。

1.3 工程難點(diǎn)分析

（1）金沙江特大橋橋址區(qū)位于多條地震斷裂帶交匯處，地震烈度較大，近期地震活動(dòng)頻繁，一旦發(fā)生地震，將對(duì)施工造成極大影響。

（2）生活、生產(chǎn)用水困難，對(duì)混凝土拌制影響較大。

（3）云南岸主墩樁基樁徑大，樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，最長(zhǎng)的樁長(zhǎng)為56 m，超長(zhǎng)樁基導(dǎo)致混凝土灌注時(shí)間長(zhǎng)、方量大，在灌注過程中易出現(xiàn)混凝土初凝現(xiàn)象，造成導(dǎo)管堵塞、卡管等情況。

（4）永久性鋼護(hù)筒直徑高達(dá)3.35 m，最大長(zhǎng)度為18 m，重量達(dá)41 t；樁基鋼筋籠采用雙層鋼筋籠設(shè)計(jì)，內(nèi)外層鋼筋籠自重最大重量達(dá)105 t，安裝難度極大。

（5）山區(qū)施工場(chǎng)地狹窄，場(chǎng)地布置較為困難。

2 樁基施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 施工方案與工藝流程

將多種樁基礎(chǔ)施工方案進(jìn)行比較，并進(jìn)行了分析，確認(rèn)該項(xiàng)目中的樁基采用干式旋挖樁專項(xiàng)施工技術(shù)方案。

干式旋挖樁原理。第一步：使用底部帶活閥的桶式鉆頭，回轉(zhuǎn)破碎的巖土，并將已破碎的巖土裝入鉆斗；第二步：使用鉆機(jī)提升裝置、伸縮鉆桿，將鉆斗提升到鉆孔外進(jìn)行卸土，如此循環(huán)往復(fù)，不斷地提土、卸土，直至鉆至樁孔的設(shè)計(jì)深度。

對(duì)于附著力好的巖土層，可以采用干式和清水兩種鉆孔工藝，兩種鉆孔工藝均不需使用泥漿護(hù)孔。但是，對(duì)于松散、易滑、易坍塌的巖土地層，或者地下水水位較高且分布廣泛、樁孔孔壁不穩(wěn)定的情況，則需在鉆孔過程中采用靜態(tài)泥漿保護(hù)樁孔孔壁，向樁孔內(nèi)注入樁孔壁以保護(hù)泥漿（或穩(wěn)定液）。

干式旋挖樁施工流程大致為：

（1）施工準(zhǔn)備與測(cè)量放樣。

（2）埋設(shè)臨時(shí)護(hù)筒。

（3）檢查樁中心抽線。

（4）鉆機(jī)就位。

（5）鉆孔。

（6）成孔檢查。

（7）吊裝鋼筋籠。

（8）灌注混凝土。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的勘察結(jié)果，進(jìn)行了樁基礎(chǔ)間距的合理設(shè)計(jì)，并據(jù)此校核了單樁基礎(chǔ)的承載力，確認(rèn)了專項(xiàng)施工方案的可行性。

2.2 施工準(zhǔn)備與測(cè)量放樣

施工準(zhǔn)備：對(duì)照項(xiàng)目設(shè)計(jì)合同、文件和圖紙，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)尺寸、標(biāo)高等參數(shù)完成審核，編制樁基施工方案，并開展施工技術(shù)交底，組織施工管理人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)。

測(cè)量放樣：首先將采用的測(cè)量?jī)x器放出樁中，釘樁；然后以樁心為圓心，拉線畫圓，并撒上白灰，鉆機(jī)就位、鉆孔，其中單排樁、群樁位置的允許偏差分別為10 mm、20 mm；最后鋼護(hù)筒安裝就位，護(hù)筒中心與樁基中心的允許偏差＜50 mm。

2.3 埋設(shè)臨時(shí)護(hù)筒及檢查樁中心抽線

護(hù)筒選用厚度不小于10 mm的鋼板制作；護(hù)筒內(nèi)徑宜大于鉆頭直徑200～300 mm；護(hù)筒上部宜開設(shè)1～2個(gè)溢漿孔；護(hù)筒頂端應(yīng)高出地面≥300 mm；護(hù)筒埋設(shè)一般宜為2～4 m。

埋設(shè)好護(hù)筒后，對(duì)護(hù)筒的垂直度、偏移分別進(jìn)行校核，確保護(hù)筒垂直度＜1%，允許偏差≤50 mm。

2.4 鉆機(jī)就位

（1）鉆機(jī)本身帶有水平調(diào)整裝置，用來校核鉆桿的垂直度。

（2）鉆具類型包括：錐螺旋鉆頭、筒式鉆頭、取芯鉆斗、撈渣筒、擴(kuò)底鉆頭、旋挖鉆斗等。

2.5 鉆孔及成孔檢查

（1）旋挖前應(yīng)通知現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師及建設(shè)單位工程師，核對(duì)樁號(hào)及設(shè)計(jì)樁徑、樁長(zhǎng)與超前鉆所對(duì)應(yīng)的孔號(hào)，并記錄沖孔的開始時(shí)間。

（2）采用間隔成樁的施工順序。其中，新澆筑成型的樁基礎(chǔ)與相鄰樁基礎(chǔ)孔的安全距離≥4倍樁徑，或者成樁間隔時(shí)間≥36 h。鉆機(jī)鉆斗倒出的土石，距樁基孔口的最短距離應(yīng)不小于6 m，并及時(shí)清除。

（3）在旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工過程中，應(yīng)始終確保鉆機(jī)處于穩(wěn)定、安全的作業(yè)狀態(tài)。必要時(shí)，可以在施工現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)鋼板或墊板，以保證鉆機(jī)的作業(yè)和安全行走。

（4）在鉆進(jìn)過程中應(yīng)密切觀察護(hù)筒是否移位，鉆桿是否傾斜，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行糾正。

（5）對(duì)鉆進(jìn)完成的孔（孔位、孔徑、孔深等）進(jìn)行檢查，滿足要求后進(jìn)行下一步流程。

2.6 制作與吊裝鋼筋籠

2.6.1 制作鋼筋籠

（1）加工鋼筋籠：鋼筋籠基本節(jié)長(zhǎng)度為9 m，不足9 m的節(jié)段，則以實(shí)際測(cè)量的尺寸為準(zhǔn)；鋼筋籠節(jié)段之間采用直螺紋鋼筋連接套筒的方式進(jìn)行連接，每一截面上接頭數(shù)量不超過主筋接頭數(shù)量的50%，接頭錯(cuò)開距離應(yīng)＞35d（d為主筋的直徑）；按設(shè)計(jì)要求的鋼筋位置布置好箍筋，箍筋應(yīng)與主筋連接緊密纏繞，將箍筋點(diǎn)焊在主筋上；樁基礎(chǔ)的鋼筋籠，應(yīng)按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度劃分節(jié)段，并標(biāo)注編號(hào)，以保證鋼筋籠相鄰分段，能夠在胎架上配對(duì)連接。鋼筋籠定位架示意圖見圖1所示。

（2）安裝聲測(cè)管、墊塊：按照樁基圖紙，將鋼筋籠綁扎定形后，在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)圓周布置聲測(cè)管（樁徑2.2 m樁徑布置4根、樁徑3 m布置6根）；每根聲測(cè)管管路均用管箍進(jìn)行連接，并焊接牢固。安裝聲測(cè)管時(shí)，垂直度容許偏差＜0.5%，應(yīng)保持接縫處孔壁過渡的部位圓順、光滑。聲測(cè)管安裝好后，在端口焊接2 m厚的鐵皮進(jìn)行封堵，以防止在施工時(shí)水泥漿等雜物流入聲測(cè)管，堵塞聲測(cè)管管路。

在安放過程中，應(yīng)控制樁孔孔壁與鋼筋籠骨架之間的凈距，保證鋼筋籠骨架的保護(hù)層厚度符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可采用5 cm厚的預(yù)制混凝土墊塊。在布設(shè)墊塊時(shí)，應(yīng)沿著樁體橫向圓周布置4個(gè)；沿樁基長(zhǎng)度方向進(jìn)行布置，間距為2 m。

（3）鋼筋籠骨架存運(yùn)：鋼筋籠制成后，應(yīng)標(biāo)注鋼筋籠段號(hào)與對(duì)接定位鋼筋，拆開所有接頭，將鋼筋籠骨架運(yùn)輸至各樁；鋼筋籠骨架在存運(yùn)過程中，應(yīng)在支撐箍周圍安裝等高墊木，防止鋼筋骨架水銹污染、油污污染。

2.6.2 吊裝鋼筋籠

將鋼筋籠分節(jié)，并按順序吊放至樁孔內(nèi)；調(diào)節(jié)各鋼筋籠的位置，避免與樁孔孔壁碰撞，使鋼筋籠穩(wěn)定下放，并在鋼筋籠頂部設(shè)定相應(yīng)的位筋，與鋼護(hù)筒焊接固定。鋼筋籠吊裝示意圖見圖2所示。

2.7 灌注混凝土

由于導(dǎo)管法澆筑無水或少水孔的混凝土施工工藝，具有可視性好、效率高、安全性好、質(zhì)量可控、施工問題易處理等優(yōu)點(diǎn)，可以大大節(jié)約施工成本，因此該項(xiàng)目樁基混凝土澆筑采用導(dǎo)管法，步驟如下：

第一步：拌制混凝土。

無水灌注法所采用的混凝土有特定要求，混凝土配合比應(yīng)采用C35水下混凝土的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)。

第二步：開球。

在初次澆筑混凝土?xí)r，管口應(yīng)與樁孔底部保持有40～50 cm的距離，在開球時(shí)無須考慮導(dǎo)管的埋深，只要求連續(xù)供應(yīng)混凝土，確保上層的混凝土一直處于未初凝狀態(tài)。

第三步：控制澆筑埋深。

無水灌注樁混凝土的密實(shí)，主要通過自重與混凝土下沖力實(shí)現(xiàn)。在澆筑混凝土?xí)r，若導(dǎo)管埋深過大，則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)管外部混凝土因自重過大，出現(xiàn)翻漿困難的現(xiàn)象，產(chǎn)生堵塞導(dǎo)管；若導(dǎo)管埋深過小，上層混凝土?xí)驅(qū)Ч軆?nèi)部灌注混凝土的沖擊力過大，產(chǎn)生離析的現(xiàn)象，該方法的導(dǎo)管埋深應(yīng)控制在2～5 m。

第四步：無/有振搗的轉(zhuǎn)換。

在澆筑過程中，存在無/有振搗澆筑工藝的轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)樵诨炷翝仓翗犊卓诟浇鼤r(shí)，由于導(dǎo)管內(nèi)部混凝土下沖的高差縮小，下沖力相應(yīng)變小，而且導(dǎo)管外部混凝土埋深相應(yīng)較淺，上層混凝土自重產(chǎn)生的壓實(shí)力相應(yīng)變小，導(dǎo)致樁孔孔口附近混凝土不能自密實(shí)，因此在干樁施工過程中，需要進(jìn)行人工振動(dòng)。

第五步：處理澆筑樁頭。

樁頂混凝土澆筑屬于樁頂澆筑區(qū)，是與上構(gòu)（如承臺(tái)）直接相連的關(guān)鍵部位。在澆筑過程中，需要精確把控，以保證后期樁頭混凝土質(zhì)量與下構(gòu)的有效銜接?；炷翝仓疽鈭D見圖3所示。

3 結(jié)語

通過該項(xiàng)目樁基的施工經(jīng)驗(yàn)，考慮該項(xiàng)目的交通運(yùn)輸、不良地質(zhì)、工程地質(zhì)條件等條件，最終確認(rèn)了鋼護(hù)筒與干式旋挖鉆機(jī)配合成孔的技術(shù)，并對(duì)干式旋挖樁在施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)梳理，最終促進(jìn)了施工質(zhì)量與樁基管理水平的協(xié)同提高。但現(xiàn)階段樁基的研究成果主要集中在技術(shù)和管理方面，今后應(yīng)注重質(zhì)量保證體系的建設(shè)，加強(qiáng)施工過程的控制，全面推行“三檢”制度，嚴(yán)格把控設(shè)備和材料關(guān)口，始終貫徹綠色文明的施工理念，為后續(xù)樁基施工提供良好的示范經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]商治， 傅志強(qiáng)， 宗雷， 等. 巖溶空洞軟弱地基穩(wěn)定性分析與加固處理[J]. 施工技術(shù)（中英文） ， 2021（22）： 78-83+101.

[2]王鑫， 閆宇， 周生建， 等. 近海淺覆蓋層中橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)[J]. 城市道橋與防洪， 2023（11）： 134-138+320-321.

[3]趙多蒼. 跨海大橋大直徑鉆孔樁全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 鐵道建筑技術(shù)， 2021（1）： 128-133.

[4]馬輝. 公路橋梁樁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2023（17）： 174-177.

[5]叢炳剛， 姜金鳳， 王兆剛， 等. 高速鐵路跨黃河大橋超百米級(jí)鉆孔灌注樁成孔技術(shù)[J]. 施工技術(shù)（中英文）， 2023（13）： 49-53+59.