劉曉濤，汪 渝

重慶寸灘長(zhǎng)江大橋清水旋挖樁施工技術(shù)

劉曉濤1，汪 渝2

（1重慶對(duì)外經(jīng)貿(mào)集團(tuán)，重慶 401121；2重慶永鍵建設(shè)管理有限公司，重慶 400061）

通過(guò)重慶寸灘長(zhǎng)江大橋主塔基礎(chǔ)群樁使用旋挖鉆機(jī)開展清水旋挖基礎(chǔ)施工的實(shí)例，進(jìn)一步驗(yàn)證了旋挖鉆機(jī)在重慶地區(qū)開展基礎(chǔ)施工具有安全性好、質(zhì)量可控、施工迅速、綜合經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了用該工藝在施工中容易出現(xiàn)的問題，有利于繼續(xù)研究特大橋基礎(chǔ)群樁施工的技術(shù)和研究旋挖鉆機(jī)的技術(shù)改進(jìn)方向。

橋梁；清水；旋挖鉆機(jī)；樁基礎(chǔ)；施工；運(yùn)用

0 前言

重慶地區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)工程施工，通常情況下較多采用人工開挖或沖擊鉆開挖方式。人工開挖在特大型橋梁樁基礎(chǔ)深度大、地下水豐富的條件下，施工人員安全風(fēng)險(xiǎn)大，施工進(jìn)度較慢，已經(jīng)被明文禁止；沖擊鉆雖然安全性好、工藝簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量穩(wěn)定，但是鉆孔速度緩慢，往往不適應(yīng)特大橋在枯水季節(jié)進(jìn)行搶水施工的要求，否則將增設(shè)大型鋼圍堰，增大施工的成本。在重慶地區(qū)建筑工程普遍使用的旋挖鉆機(jī)施工中，對(duì)軟巖質(zhì)樁孔施工具有安全性好、成孔質(zhì)量高的特點(diǎn)，但是根據(jù)重慶市地方規(guī)范的規(guī)定：在地下水位以下的位置施工仍然需制備泥漿護(hù)壁，這既對(duì)施工場(chǎng)地有要求，同時(shí)對(duì)江河的污染仍然不能避免。如果能使用建筑工程中普遍使用的旋挖鉆機(jī)，而且清水旋挖開展特大橋樁基礎(chǔ)施工，這樣既能確?？焖侔踩┕ぃＷC成孔質(zhì)量，保證水下混凝土澆筑質(zhì)量，又能克服施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄，防止江河污染的問題。在重慶寸灘長(zhǎng)江大橋樁基礎(chǔ)施工中，對(duì)清水旋挖樁施工工藝進(jìn)行研究，通過(guò)精心組織實(shí)施獲得成功。

1 項(xiàng)目概況

重慶寸灘長(zhǎng)江大橋是重慶機(jī)場(chǎng)專用快速路工程南段的控制性工程，全長(zhǎng)1.6km，主橋?yàn)橹骺?80m的鋼箱梁?jiǎn)慰珉p塔懸索橋，主纜邊跨250m，主跨矢跨比1/8.8，兩根主纜中心距39.2m，橋面寬度38m，設(shè)計(jì)速度80km/h，雙向八車道，兩岸錨碇均為重力式錨碇，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，加勁梁采用扁平流線型封閉鋼箱梁，總寬42m，梁高3.5m，主塔為門式框架結(jié)構(gòu)，主塔基礎(chǔ)采用分離式承臺(tái)，單個(gè)承臺(tái)下布置21根Φ2.0m的鉆孔灌注樁，其中北主塔樁基礎(chǔ)深度為45m，南主塔樁基礎(chǔ)深度為43m。長(zhǎng)江北岸位于環(huán)山背斜西翼，線路總體走向359°，地質(zhì)構(gòu)造線走向約10～20°，巖層傾向270～290°，傾角40～50°，沿線未發(fā)現(xiàn)斷層通過(guò)，根據(jù)區(qū)域資料，受應(yīng)力作用相對(duì)微弱。北岸主塔位置上覆土層依次為第四系人工填土、殘坡積粉質(zhì)粘土、沖積粉土和江北礫石層，厚度3.2～11.4m。

2 主塔群樁基礎(chǔ)施工方案選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，通過(guò)研究工程地質(zhì)資料，寸灘長(zhǎng)江大橋樁基礎(chǔ)下伏基巖為侏羅系中下統(tǒng)自流井組砂質(zhì)泥巖夾薄層狀灰?guī)r，基巖為砂質(zhì)泥巖，為軟巖～極軟巖，巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。在該地質(zhì)情況下有人式挖孔、沖擊成孔、傳統(tǒng)旋挖成孔三種成孔方式可供選擇。我們對(duì)幾種施工工藝進(jìn)行了研究分析。

（1）人工挖孔樁：重慶市已禁止采用人工挖孔樁工藝。

（2）沖擊成孔：沖孔工藝對(duì)場(chǎng)地要求較高，需要較大的穩(wěn)定液儲(chǔ)存池及循環(huán)池。本項(xiàng)目位于重慶市城區(qū)內(nèi)，對(duì)于長(zhǎng)江水體環(huán)保要求較高，并且位于寸灘長(zhǎng)江大橋下游1km內(nèi)有城市自來(lái)水廠取水口，而寸灘長(zhǎng)江大橋1#、2#主塔樁頂高程分別為179.00m、174.00m，長(zhǎng)江常年洪水位為175.00~180.00m，三峽工程10月份蓄水位逐步提升至175.00 m至次年4月份，因此為了保證穩(wěn)定液不污染長(zhǎng)江及城市自來(lái)水廠取水口，并在汛期前完成樁基作業(yè)，不宜選用施工進(jìn)度較慢以及對(duì)環(huán)境有影響的沖擊成孔工藝。

(3)旋挖成孔：根據(jù) 《旋挖成孔灌注樁工程技術(shù)規(guī)程》DBJ50-156-2012規(guī)定，旋挖鉆孔施工分干作業(yè)與濕作業(yè)兩種工藝[1]。

圖2 濕作業(yè)工藝流程圖

干作業(yè)：地下水位以上的填土、粘土、粉土、砂土、碎石土、軟質(zhì)巖等巖土層應(yīng)采用干作業(yè)旋挖成孔，施工工藝如圖1。

濕作業(yè)：地下水位以下的填土、粘土、粉土、砂土、碎石土、軟質(zhì)巖等巖土層應(yīng)采用濕作業(yè)旋挖成孔，工藝流程如圖2。

寸灘長(zhǎng)江大橋主塔樁基位于長(zhǎng)江岸邊，樁基本處于長(zhǎng)江水位以下，不宜采用干作業(yè)，而濕作業(yè)又需要制備穩(wěn)定液，如前所述也不適用于本工程。因此，我們必須對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行創(chuàng)新，以滿足本項(xiàng)目施工對(duì)環(huán)保、 安全、質(zhì)量、工期、成本控制等方面的要求。

經(jīng)過(guò)綜合研究，我們創(chuàng)新了旋挖成孔工藝，創(chuàng)新點(diǎn)有兩個(gè)方面：一是采用不制備穩(wěn)定液的旋挖鉆孔，即清水旋挖鉆孔工藝，在樁孔中充注清水，旋挖鉆機(jī)利用鉆桿和鉆頭的旋轉(zhuǎn)及重力使土屑進(jìn)入鉆斗，土屑裝滿鉆斗后，提升鉆頭出土，這樣通過(guò)鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提升和出土，多次反復(fù)而成孔，鉆頭在砂質(zhì)泥巖中通過(guò)反復(fù)摩擦，清水便成為具有一定稠度的泥漿，對(duì)砂質(zhì)泥巖孔壁具有一定的穩(wěn)固作用，鉆進(jìn)過(guò)程中不再需制備泥漿等穩(wěn)定液，對(duì)環(huán)境的污染最大程度的減少，滿足了城市水體的環(huán)保要求；二是在土層中采用雙鋼護(hù)筒的孔壁穩(wěn)定工藝，由于施工中不制備穩(wěn)定液，土層中孔壁的穩(wěn)定是一個(gè)問題，為此需要采用鋼護(hù)筒護(hù)壁工藝，在土層中采用全部鋼護(hù)筒護(hù)壁，樁基混凝土澆筑完成后立即拔出鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒能夠重復(fù)使用，既確保了孔壁的穩(wěn)定，又控制了樁基施工的成本；同時(shí)考慮到鋼護(hù)筒過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致護(hù)筒壁與土體摩擦力過(guò)大護(hù)筒難以拔出的情況，我們采用雙鋼護(hù)筒的工藝，即采用大小不同的兩節(jié)鋼護(hù)筒，每一節(jié)長(zhǎng)度控制在6m以內(nèi)，大鋼護(hù)筒在上面，小鋼護(hù)筒在下面，相應(yīng)配套不同大小的鉆頭。我們選用SR280型旋挖鉆機(jī)開展試樁施工，試樁獲得成功，最終確定了清水旋挖鉆孔施工的方案。主要作業(yè)內(nèi)容有：準(zhǔn)備工作、鉆機(jī)就位、首次鉆進(jìn)、埋設(shè)（插打）護(hù)筒、第二次鉆進(jìn)、插打護(hù)筒、鉆進(jìn)成孔、終孔驗(yàn)收、清孔、鋼筋籠制作及安裝、超聲波檢測(cè)管預(yù)埋、混凝土拌制及灌注、樁基檢測(cè)等。

3 寸灘長(zhǎng)江大橋清水施工挖樁施工工藝

寸灘長(zhǎng)江大橋群樁基礎(chǔ)采用五次鉆進(jìn)的施工方法，用不同直徑的鉆頭和不同直徑的鋼護(hù)筒跟進(jìn)，具體方法如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

3.1 第一次鉆進(jìn)及插打鋼護(hù)筒

旋挖鉆機(jī)使用2.3m直徑鉆頭，采用干式鉆進(jìn)工藝鉆進(jìn)6m，然后埋設(shè)6m長(zhǎng)、直徑2.3m鋼護(hù)筒并定位。鉆孔作業(yè)要求。

（1）鉆機(jī)就位前，對(duì)鉆孔的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢查，包括場(chǎng)地與鉆機(jī)坐落位置的平整和加固，主要機(jī)具的檢查和安裝。

（2）及時(shí)填寫施工記錄表，交接時(shí)應(yīng)交代鉆進(jìn)情況及下一班應(yīng)注意的事項(xiàng)。

（3）鉆機(jī)底座和頂端要平穩(wěn)，在鉆進(jìn)和運(yùn)行中不應(yīng)產(chǎn)生位移和沉陷，轉(zhuǎn)盤中心和樁位中心三者應(yīng)在同一條鉛垂線上，偏差不超過(guò)2cm。

（4）每班檢查孔體偏差情況，及時(shí)采取糾偏措施。

（5）鉆機(jī)鉆孔時(shí)安排兩相鄰樁跳開施工，確實(shí)無(wú)法錯(cuò)開時(shí)，則要等到相鄰鉆孔樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa以上后方可開鉆，避免擾動(dòng)相鄰已施工完畢的樁基。

圖4 鉆孔樁鉆進(jìn)施工步驟圖

（6）護(hù)筒用16㎜厚的鋼板加工而成。護(hù)筒內(nèi)徑加工成直徑2.3m和直徑2.15m兩種。護(hù)筒的頂部應(yīng)開設(shè)1～2個(gè)溢漿口，并高出地面至少300㎜。護(hù)筒在加工廠加工，護(hù)筒長(zhǎng)度基本模數(shù)為6m、3m兩種。

（7）埋設(shè)護(hù)筒前，準(zhǔn)確放樣出樁位中心，先用旋挖鉆機(jī)鉆5.5m深，然后根據(jù)設(shè)計(jì)樁位，按縱橫軸線中心埋設(shè)6m直徑2.3m的鋼護(hù)筒，施工中采用護(hù)筒跟進(jìn)的方式進(jìn)行鉆孔，護(hù)筒插入中風(fēng)化巖石至少50cm。

3.2 第二次鉆進(jìn)及插打鋼護(hù)筒

直徑2.3m鋼護(hù)筒埋設(shè)完畢后，旋挖鉆機(jī)換直徑2.2m鉆頭，地下水位以上采用干式鉆孔，地下水位以下采用清水鉆工藝鉆至中風(fēng)化巖石頂面。埋設(shè)2.15m鋼護(hù)筒，采用75t履帶吊機(jī)配合振動(dòng)打樁錘插打鋼護(hù)筒至入巖深至少50cm。插打過(guò)程中要精確定位、跟蹤監(jiān)測(cè)、調(diào)整，滿足規(guī)范要求，保證插打施工順利進(jìn)行。待鋼護(hù)筒插打至中風(fēng)化巖石至少50cm后，再進(jìn)行旋挖鉆清水鉆工藝?yán)^續(xù)施工鉆進(jìn)作業(yè)。

3.3 第三次鉆進(jìn)

待直徑2.15m鋼護(hù)筒插打完畢后，旋挖鉆機(jī)換直徑1.5m鉆頭，此種鉆頭上帶直徑2.0m定位環(huán)形鋼板，采用清水鉆鉆進(jìn)中風(fēng)化巖石約2m深，主要起定位導(dǎo)向作用。

3.4 第四次鉆進(jìn)

旋挖鉆機(jī)換直徑1.5m筒式取芯鉆頭(無(wú)定位環(huán))，因地質(zhì)情況主要為中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，不需泥漿護(hù)壁，采用清水鉆鉆進(jìn)施工。筒式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆孔機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。

3.5 第五次鉆進(jìn)成孔

旋挖鉆機(jī)換直徑2.0m擴(kuò)底鉆頭，采用清水鉆鉆進(jìn)中風(fēng)化巖石直至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。若第四次鉆進(jìn)中1.5m鉆頭未鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高，發(fā)現(xiàn)鉆孔進(jìn)尺緩慢、鉆進(jìn)困難，則采用直徑2.0m擴(kuò)底鉆頭鉆進(jìn)；之后若發(fā)現(xiàn)擴(kuò)底鉆頭鉆進(jìn)困難，則再換用直徑2.0m雙開斗齒鉆頭鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。

鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高后，旋挖鉆機(jī)換用直徑2.0m撈砂切齒鉆頭，將孔底碎石土渣取出，將孔底清理干凈。

旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)整體施工步驟詳見圖4。

4 清水旋挖鉆的適應(yīng)性分析

（1）清水旋挖鉆適合對(duì)水體環(huán)保要求較高的城市橋梁施工，具有環(huán)保、安全、施工成本較低的特點(diǎn)，具有較大推廣參考價(jià)值。

（2）旋挖鉆鉆孔快速，能自動(dòng)控制鉆孔垂直度，成孔精度高，施工安全快速，適合于大型橋梁群樁、深樁的快速施工。

（3）旋挖施工需要較大的施工平臺(tái)，平臺(tái)具有一定的承載力，設(shè)備進(jìn)場(chǎng)要求較好的道路條件，適合城市橋梁的施工。

（4）旋挖鉆對(duì)硬質(zhì)巖層的鉆進(jìn)進(jìn)度較慢，鉆頭磨損大，施工成本較高，適合砂巖、泥巖等軟質(zhì)巖層。鉆頭及鉆孔工藝值得進(jìn)一步研究發(fā)展，利用多批次鉆進(jìn)、不同成孔直徑、改進(jìn)的鉆頭等技術(shù)，在硬質(zhì)巖石中鉆孔的難題有望得到解決。

（5）對(duì)地層中砂卵石層較厚且卵石較松散的地區(qū)鉆進(jìn)及孔壁防護(hù)困難較大，鉆孔速度慢，需要全鋼護(hù)筒跟進(jìn)且鋼護(hù)筒難以拔出，施工成本較高，適合地質(zhì)及地下構(gòu)筑物簡(jiǎn)單的地區(qū)。

5 結(jié)束語(yǔ)

地下水位以下的填土、粘土、粉土、砂土、碎石土、軟質(zhì)巖等巖土層，且對(duì)環(huán)境要求高的樁基采用清水旋挖成孔能充分發(fā)揮旋挖鉆鉆孔快速、能自動(dòng)控制鉆孔垂直度、成孔精度高的優(yōu)勢(shì)，施工成本較小，適合于大型橋梁群樁、深樁的快速施工。避免了人工開挖樁基礎(chǔ)在安全上的巨大風(fēng)險(xiǎn)，避免了沖擊鉆施工速度的緩慢，隨著旋挖鉆機(jī)的科技進(jìn)步，以及樁基護(hù)筒技術(shù)的進(jìn)步，旋挖鉆機(jī)對(duì)不同地質(zhì)、不同巖性、不同交通狀況地區(qū)的適應(yīng)能力將大大提高。因此，利用旋挖鉆進(jìn)行清水鉆孔施工的技術(shù)值得進(jìn)一步研究和推廣。

[1]重慶市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站.DBJ50-156-2012旋挖成孔灌注樁工程技術(shù)規(guī)程[S].重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，2012：16-17.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Construction Technology of Water Rotary Drilling Bored Pile in Yangtze River Bridge of Cuntan,Chognqing

Based on the practical application of rotary drilling rig to carry out water rotary drilling foundation construction in the foundation pile groups of the Yangtze River Bridge in Cuntan of Chongqing,it is proved that the application of rotary drilling rig in foundation construction in Chongqing is safe, quality-controllable,fast construction and comprehensively economic.And some problems of this technology in construction are also identified for future improvement.

bridge;water;rotary drilling rig;pile foundation;construction;application

TU997

A

1671-9107（2014）04-0057-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.04.057

2013-12-17

劉曉濤（1969-），男，重慶人，本科，高級(jí)工程師，主要從事建筑施工和建設(shè)管理工作。

汪渝（1983-）男，重慶人，專科，工程師，主要從事建筑施工和建設(shè)管理工作。