■許東坡

(福建省交建集團(tuán)工程有限公司，廈門 361021）

雙護(hù)筒法水中大直徑旋挖樁施工技術(shù)

■許東坡

(福建省交建集團(tuán)工程有限公司，廈門 361021）

本文以濱海東大道(同安大橋-大嶝大橋段）道路工程1#橋樁基工程實(shí)例，介紹了雙護(hù)筒法水中大直徑旋挖樁施工工法的適用條件、施工工藝、施工方法及質(zhì)量控制保證措施，為同類工程施工提供參考和借鑒。

雙護(hù)筒 大直徑 旋挖樁 施工技術(shù)

1 前言

橋梁工程的基礎(chǔ)通常采用大直徑灌注樁施工，而沿海地區(qū)通常會(huì)遇到呈流塑狀、粘度大、高壓縮性的淤泥質(zhì)土層。為保證成樁質(zhì)量，避免造成坍孔、縮頸、樁基移位等病害，采用大直徑灌注樁施工方法通常采用長護(hù)筒施工。因?yàn)殚L護(hù)筒施工用鋼量較大，多為一次性投入，施工成本非常高，因此根據(jù)工程實(shí)際情況，在護(hù)筒頂部設(shè)計(jì)樁基頂面以上超灌部位設(shè)置了一個(gè)內(nèi)護(hù)筒，使外護(hù)筒與樁頂超灌混凝土完全隔離開，避免了護(hù)筒拔出后周邊淤泥對(duì)尚未初凝的混凝土的擠壓作用，保證了拔護(hù)筒時(shí)的成樁質(zhì)量。

2 工程概況

濱海東大道(同安大橋～大嶝大橋段）道路工程1#橋上跨規(guī)劃海域，橋梁起止樁號(hào)為K5+695.0～K6+286.0，全橋長591m。根據(jù)地勘資料顯示，橋址處中風(fēng)化巖層埋深較淺，樁基均按嵌巖樁設(shè)計(jì)，持力層為中風(fēng)化花崗巖。嵌巖樁終孔原則按各樁基要求全斷面嵌入中風(fēng)化巖層，橋臺(tái)樁基不少于3m，橋墩樁基不少于4m。樁基工程共有樁基礎(chǔ)164根，其中：Φ1.2m樁基40根，Φ1.5m樁基120根，Φ2.0m樁基4根。

3 工藝原理

本施工方法是在外護(hù)筒頂部設(shè)計(jì)樁基頂面以上超灌混凝土部位，設(shè)置了一個(gè)內(nèi)護(hù)筒，使外護(hù)筒與樁頂超灌混凝土完全隔離開；通過旋挖鉆成孔灌注混凝土，在混凝土初凝前拔掉內(nèi)護(hù)筒，保留外護(hù)筒，待灌注樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%～80%時(shí)，拔掉外護(hù)筒，這樣既保證了成樁質(zhì)量，同時(shí)又使得內(nèi)外護(hù)筒均能重復(fù)利用。

旋挖鉆進(jìn)是利用旋挖鉆桿上的液壓馬達(dá)往下壓，并利用扭矩旋轉(zhuǎn)，使旋挖鉆頭擠壓并旋轉(zhuǎn)切入土體，使破碎的巖體直接裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿提出孔外卸土，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。

具體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 雙護(hù)筒旋挖鉆成孔灌注樁示意圖

4 工藝流程

雙護(hù)筒旋挖鉆成孔灌注樁施工操作流程圖如圖2所示。

圖2 雙護(hù)筒旋挖鉆成孔灌注樁施工操作流程圖

5 施工要點(diǎn)

5.1 施工前準(zhǔn)備

在開始施工前，需做如下準(zhǔn)備：

(1）根據(jù)《地質(zhì)勘察報(bào)告》詳細(xì)了解場地地層分布，踏勘施工現(xiàn)場、熟悉工程地質(zhì)勘察資料及周邊的地下管溝、鄰近的建筑物；學(xué)習(xí)施工圖紙，做好圖紙自審；熟悉和掌握有關(guān)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求及圖紙會(huì)審記錄、設(shè)計(jì)變更通知單、巖土工程勘察報(bào)告等資料。

(2）做好現(xiàn)場圍擋及施工場內(nèi)道路兩側(cè)的排水溝設(shè)置，使場內(nèi)不積水，保證施工機(jī)械道路的暢通。施工污水須經(jīng)沉淀池處理后，才可排入下水道。施工前根據(jù)需要安裝好水電、監(jiān)控設(shè)施以及臨時(shí)生活設(shè)施，施工區(qū)和生活區(qū)分開設(shè)置。

(3）根據(jù)工程量及現(xiàn)場電力情況安排2臺(tái)旋挖鉆機(jī)進(jìn)場施工，如電力不能滿足施工設(shè)備及進(jìn)度要求，需采用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電進(jìn)行施工。

(4）根據(jù)地質(zhì)情況及設(shè)計(jì)要求選擇樁基施工機(jī)械，編制樁基施工技術(shù)方案，并對(duì)參與施工人員進(jìn)行技術(shù)交底；尤其對(duì)工程設(shè)計(jì)重點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)、主要變更及施工中應(yīng)注意的特殊工序、交底要詳細(xì)，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)要求真正做到安全、文明施工。

(5）樁基施工場地應(yīng)平整及土壤承載力必須滿足樁機(jī)施工要求。

5.2 測量放樣

根據(jù)樁位設(shè)計(jì)圖建筑坐標(biāo)、高程控制點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行樁位放線，在場地內(nèi)建立測量控制網(wǎng)，定出樁位并固實(shí)，樁位軸線采取在地面設(shè)十字控制網(wǎng)和基準(zhǔn)點(diǎn)。采用全站儀，利用指定的坐標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行樁定位，樁位誤差不大于10mm。隨后檢查，復(fù)核各樁位坐標(biāo)，并經(jīng)甲方、監(jiān)理等有關(guān)各單位驗(yàn)收合格。樁基施工的建筑物的引測點(diǎn)、軸線控制點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)妥善保護(hù)；并應(yīng)要有防止樁基施工過程中對(duì)控制點(diǎn)產(chǎn)生影響的措施。

5.3 鋼護(hù)筒施工

根據(jù)樁基尺寸及地質(zhì)條件，利用熱軋卷板設(shè)計(jì)制作圓筒狀鋼質(zhì)內(nèi)護(hù)筒和外護(hù)筒，所選用的熱軋卷板厚度不宜低于10mm。外護(hù)筒設(shè)計(jì)長度應(yīng)滿足護(hù)筒打設(shè)完成后，護(hù)筒底穿過軟弱流塑狀土層并深入下部土層≮1.5m的要求。將制作完成的外護(hù)筒利用震動(dòng)設(shè)備，打設(shè)就位。內(nèi)護(hù)筒長度視外護(hù)筒頂與原狀地面高差而定，內(nèi)護(hù)筒頂端高出外護(hù)筒頂端0.1～0.3m，底端深入原地面0.1～0.3m。在內(nèi)護(hù)筒外側(cè)距頂端0.1～0.3m處焊接限位板，用于搭設(shè)在外護(hù)筒上。

用粘性土或細(xì)砂回填內(nèi)外護(hù)筒間的空隙，防止鉆孔時(shí)內(nèi)護(hù)筒位移及灌注時(shí)有混凝土進(jìn)入空隙。同時(shí)能夠保證內(nèi)外護(hù)筒的整體性，防止內(nèi)護(hù)筒在鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中發(fā)生偏位。

5.4 鉆機(jī)就位

在樁位復(fù)核正確、護(hù)筒埋設(shè)符合要求及護(hù)筒、地坪標(biāo)高已測定的基礎(chǔ)上，鉆機(jī)才能就位。樁機(jī)定位要準(zhǔn)確、水平、垂直、穩(wěn)固，鉆機(jī)導(dǎo)桿中心線、回旋盤中心線、護(hù)筒中心線應(yīng)保持在同一直線。旋挖鉆機(jī)就位后，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)整其垂直度，鉆機(jī)安放定位時(shí)，要機(jī)座平整，機(jī)塔垂直，轉(zhuǎn)盤(鉆頭）中心與護(hù)筒十字線中心對(duì)正，注入和鉆進(jìn)地質(zhì)相匹配的泥漿漿液后，方可進(jìn)行鉆孔。鉆機(jī)就位必須穩(wěn)固、水平，定位鉆頭中心與樁位中心線誤差不大于10mm。

5.5 鉆進(jìn)成孔

成孔前必須檢查鉆頭裝置，包括鉆頭直徑、鉆頭磨損情況，施工過程對(duì)鉆頭磨損超標(biāo)的及時(shí)更換；根據(jù)土層情況正確選擇鉆斗底部切削齒的形狀、規(guī)格和角度；根據(jù)護(hù)筒標(biāo)高、樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高及樁長，計(jì)算出樁底標(biāo)高，以便鉆孔時(shí)加以控制。

成孔中，按試樁施工確定的參數(shù)進(jìn)行施工，設(shè)專職記錄員記錄成孔過程的各種參數(shù)，如加鉆桿、鉆進(jìn)深度、地質(zhì)特征、機(jī)械設(shè)備損壞、障礙物等情況。

鉆孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度，鉆進(jìn)時(shí)需要隨時(shí)不斷補(bǔ)充泥漿，使孔內(nèi)始終保持高于地下水位1～1.5m的水頭高度，同時(shí)應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況調(diào)整泥漿配方和比重。另外，應(yīng)觀察旋挖鉆機(jī)所在地面和支腳支承地面處的變化情況，發(fā)現(xiàn)沉降現(xiàn)象及時(shí)停機(jī)處理。因故停機(jī)時(shí)間較長時(shí)，應(yīng)將套管口保險(xiǎn)鉤掛牢。

鉆進(jìn)過程中經(jīng)常檢查鉆桿垂度，確?？妆诖怪?。鉆進(jìn)過程中必須控制鉆頭在孔內(nèi)的升降速度，防止因漿液對(duì)孔壁的沖刷及負(fù)壓而導(dǎo)致孔壁塌方。鉆進(jìn)成孔過程中，根據(jù)地層、孔深變化，合理選擇鉆進(jìn)參數(shù)，及時(shí)調(diào)制泥漿，保證成孔質(zhì)量。鉆進(jìn)達(dá)到要求孔深停鉆后，注意保持孔內(nèi)泥漿的漿面高程，確保孔壁的穩(wěn)定。

5.6 成孔檢測

成孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，對(duì)孔深、孔徑、孔位、孔形和傾斜度等進(jìn)行檢查，檢查方法是用Φ25的鋼筋焊成直徑1.74m、長為9m的檢孔器，吊入孔內(nèi)直放到孔底檢查孔深，如檢孔器放不到孔底，則說明樁孔有縮頸或局部偏孔現(xiàn)象；在檢孔器沉入孔底的工程中，根據(jù)懸掛著檢孔器的鋼絲繩的傾斜程度可判斷孔壁是否傾斜。確認(rèn)滿足設(shè)計(jì)要求后，立即填寫終孔檢查報(bào)告，并經(jīng)駐地監(jiān)理工程師認(rèn)可，方可進(jìn)行孔底清理和灌注水下混凝土的準(zhǔn)備工作。

5.7 清孔

鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可清孔。清孔分為兩次。

第一次清孔：鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)用帶有活門的筒形鉆清理沉渣，即一次清孔。當(dāng)孔壁泥漿皮沉淀較厚時(shí)，可用掃孔鉆頭上下往復(fù)掃刷孔壁。

第二次清孔：在灌注混凝土導(dǎo)管安放完成后，對(duì)孔深、空底沉渣、泥漿比重等進(jìn)行復(fù)測。如果孔底沉渣厚度及泥漿比重超出規(guī)定時(shí)，利用灌注導(dǎo)管采用反循環(huán)清孔，在鋼筋籠、導(dǎo)管下好后進(jìn)行，第二次清孔時(shí)間不少于30min，測定孔底沉渣≤100mm，方可停止清孔。清孔標(biāo)準(zhǔn)除沉渣厚度不能超過規(guī)范要求≤50mm外，泥漿各項(xiàng)指標(biāo)也應(yīng)滿足清孔后的要求。

5.8 沉渣厚度檢測

測定孔底沉渣，用重錘測試，測繩讀數(shù)一定要準(zhǔn)確，用3～5個(gè)孔必須校正一次，沉渣厚度不能超過規(guī)范要求的50mm。

5.9 移機(jī)

當(dāng)一根樁旋挖鉆孔施工完畢后，鉆機(jī)要移位，再進(jìn)行下一根樁的旋挖鉆孔。

5.10 安放鋼筋籠

(1）吊放鋼筋籠入孔時(shí)，實(shí)行“一、二、三”的原則，即一人指揮、二人扶鋼筋籠、三人搭結(jié)，施工時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔位，保持垂直，輕放、慢放入孔，不得左右旋轉(zhuǎn)。若遇阻礙應(yīng)停止下放，查明原因進(jìn)行處理。嚴(yán)禁高提猛落和強(qiáng)制下入。

(2）鋼筋籠設(shè)置3個(gè)起吊點(diǎn)，以保證鋼筋籠在起吊時(shí)不變形；起吊鋼筋籠采用扁擔(dān)起吊法，起吊點(diǎn)在鋼筋籠上部箍筋與主筋連接處，吊點(diǎn)對(duì)稱。

(3）安放鋼筋籠時(shí)，要求有技術(shù)人員在場，以控制鋼筋籠的樁頂標(biāo)高及鋼筋籠上浮等問題。

(4）鋼筋籠安裝入孔時(shí)，應(yīng)保持垂直狀態(tài)。鋼筋籠按確認(rèn)長度下入后，應(yīng)保證籠頂在孔內(nèi)居中，吊筋均勻受力，牢靠固定。

5.11 下導(dǎo)管

安放前認(rèn)真檢查導(dǎo)管，保證它有良好的密封性。試驗(yàn)水壓為1MPa，不漏水的導(dǎo)管方可使用。導(dǎo)管要定期進(jìn)行水密性試驗(yàn)，下導(dǎo)管前要檢查是否漏氣、漏水和變形，是否安放了“O”形密封圈并涂抹潤滑油等。

利用吊車將導(dǎo)管放入，導(dǎo)管直徑、長度應(yīng)與孔深配套(距孔底0.5m左右）；全部下入孔內(nèi)后，應(yīng)放到孔底，以便核對(duì)導(dǎo)管長度及孔深，然后提起30～50cm，進(jìn)行二次清孔。初灌量應(yīng)保證混凝土擴(kuò)散后，導(dǎo)管埋入深度不小于1.0m，為防止混凝土與泥漿混合，在灌注混凝土前，用充氣球膽浮于管內(nèi)。下放導(dǎo)管時(shí)，絲扣要對(duì)正、扭緊，不得碰撞鋼筋籠，導(dǎo)管直徑250mm，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長3m，調(diào)整長度0.5m、1.5m、2.0m 各一節(jié)。

5.12 沉渣厚度測試

在澆筑混凝土之前應(yīng)再次檢查空地沉渣，若超過設(shè)計(jì)要求的沉渣厚度50mm應(yīng)重新清孔。

5.13 灌注水下混凝土

(1）灌注前首先檢查漏斗、測試儀器、量具、隔水塞等各項(xiàng)器械的完好情況。

(2）水下混凝土封底，必須有隔水栓，隔水栓應(yīng)有良好的隔水性能并能順利排出。

(3）在水下灌注混凝土?xí)r，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況嚴(yán)格控制導(dǎo)管的最小埋深，以保證樁身混凝土的連續(xù)均勻，不使其可能裹入混凝土上面的浮漿皮和土塊等，防止出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。對(duì)導(dǎo)管的最大埋深，則以能使管內(nèi)混凝土順暢流初出，便于導(dǎo)管起升和減少灌注提管、拆管的輔助作業(yè)時(shí)間來確定。最大埋深不宜超過最下端一節(jié)導(dǎo)管的長度。灌注接近樁頂部位時(shí)，為確保樁頂混凝土質(zhì)量，漏斗及導(dǎo)管的高度應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

(4）水下混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑，不得中途停止。首次澆灌時(shí)，初灌量應(yīng)將導(dǎo)管底端能一次埋入不少于1.0m，并且導(dǎo)管內(nèi)存留的混凝土高度，足以抵制鉆孔內(nèi)的泥漿侵入導(dǎo)管。

(5）混凝土灌注過程中，應(yīng)始終保持導(dǎo)管位置居中，提升導(dǎo)管時(shí)應(yīng)有專人指揮掌握，不使鋼筋骨架傾斜、位移，如發(fā)現(xiàn)骨架上升時(shí)，應(yīng)立即停止提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管降落，并輕輕搖動(dòng)使之與骨架脫開；混凝土灌注到樁孔上部6.0m以內(nèi)時(shí)，可不再提升導(dǎo)管，直到灌注至設(shè)計(jì)標(biāo)高后一次拔出。灌注至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高后必須超灌1.0m左右，以保證鑿去浮漿后樁頂混凝土的強(qiáng)度。

(6）混凝土灌注的上升速度不得小于2m/h。灌注時(shí)間必須控制在埋入導(dǎo)管中的混凝土不喪失流動(dòng)性時(shí)間。必要時(shí)可摻入適量緩凝劑。

5.14 拔出導(dǎo)管

拔出導(dǎo)管時(shí)，應(yīng)先測量混凝土面高度，根據(jù)導(dǎo)管埋深，確定撥管節(jié)數(shù)；要勤檢查，均勻撥管，保持埋深在2～6m。

5.15 拔出護(hù)筒

旋挖成孔灌注樁混凝土澆筑完成后，與常規(guī)工藝相同，在混凝土初凝前拔出內(nèi)護(hù)筒，拔出時(shí)應(yīng)均勻緩慢進(jìn)行，當(dāng)拔出困難時(shí)，可使用大功率振動(dòng)錘配合浮吊進(jìn)行拔出；當(dāng)灌注樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%～80%時(shí)，拔出外護(hù)筒，方法同內(nèi)護(hù)筒，混凝土的強(qiáng)度確定以現(xiàn)場同條件養(yǎng)護(hù)試塊為依據(jù)。

6 質(zhì)量保證措施

質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)遵照現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；

灌注樁質(zhì)量控制嚴(yán)格按灌注樁允許偏差控制執(zhí)行。

6.1 旋挖成孔質(zhì)量控制

(1）成孔中，按試樁施工確定的參數(shù)進(jìn)行施工，設(shè)專職記錄員記錄成孔過程的各種參數(shù)，如加鉆桿、鉆進(jìn)深度、地質(zhì)特征、機(jī)械設(shè)備損壞、障礙物等情況。記錄必須認(rèn)真、及時(shí)、準(zhǔn)確、清晰。

(2）旋挖成孔過程中，泥漿的比重一般控制在1.2～1.3之間，泥漿在循環(huán)過程中在孔壁表面形成泥皮，它和泥漿的自重對(duì)孔壁起到保護(hù)作用，防止孔壁坍塌。

(3）在孔內(nèi)安放鋼筋籠，安裝好灌漿導(dǎo)管后施行二次清孔作業(yè)，以使混凝土灌注前孔底沉渣厚度符合要求，保證混凝土的成樁質(zhì)量。

(4）樁孔終孔后將鉆具提高20～50cm，采用大泵量泵入性能指標(biāo)符合要求的新泥漿并維持正循環(huán)30min以上，直到清除孔底沉渣且使孔壁泥質(zhì)、泥漿含砂量小于4%為止。

(5）鉆孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度：由硬地層鉆到軟地層時(shí)，可適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度；當(dāng)軟地層變?yōu)橛驳貙訒r(shí)，要減速慢進(jìn)；在易縮徑的地層中，應(yīng)適當(dāng)增加掃孔次數(shù)，防止縮徑；對(duì)硬塑層采用快轉(zhuǎn)速鉆進(jìn),以提高鉆進(jìn)效率；砂層則采用慢轉(zhuǎn)速慢鉆進(jìn)并適當(dāng)增加泥漿比重和粘度。

6.2 雙護(hù)筒質(zhì)量控制

(1）為確保汛期筒內(nèi)不會(huì)由于水位上升而流入河內(nèi)，一般情況下護(hù)筒比正常水位高出3.0m。

(2）水流作用在外護(hù)筒的沉入過程中會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的作用力，容易出現(xiàn)傾斜或較大偏差，通常要借助導(dǎo)向架，在河床中下放導(dǎo)向架，利用振動(dòng)錘的振動(dòng)作用將導(dǎo)向架擊入河床中，其底部大約在河床1.5m以下，最好等待導(dǎo)向架狀態(tài)穩(wěn)定。

(3）用裝設(shè)好的外護(hù)筒作為第一節(jié)的導(dǎo)向架，仍然采用振動(dòng)錘向河床中壓入內(nèi)護(hù)筒，其埋置深度與外護(hù)筒相比應(yīng)至少深0.5m，而筒頂高度則超出0.5m，方便循環(huán)利用泥漿。

(4）為避免深水樁基礎(chǔ)施工中的護(hù)筒漏漿，施工中護(hù)筒的定位要準(zhǔn)確，垂直度要好，嚴(yán)格按照計(jì)算的水頭差控制水頭高度；使用振動(dòng)錘留振時(shí)間要滿足規(guī)范要求，預(yù)備大功率振動(dòng)錘進(jìn)行振動(dòng)護(hù)筒，確保護(hù)筒嵌入河床深度。

(5）為減小內(nèi)護(hù)筒與樁身混凝土之間的摩阻力，采用了對(duì)護(hù)筒內(nèi)壁的凸起進(jìn)行打磨、涂刷瀝青涂層的處理方案。

(6）護(hù)筒拔出過程中注意觀察混凝土下沉情況，如下沉量較大，應(yīng)查明原因并處理后方可繼續(xù)進(jìn)行。外護(hù)筒拔出時(shí)，必須滿足樁身混凝土已成形，有一定強(qiáng)度抗水流沖擊力，緩慢頂升，使外護(hù)筒松動(dòng)后拔出，避免影響樁身混凝土質(zhì)量。不得盲目起吊外護(hù)筒。

7 結(jié)束語

本施工方法采用的旋挖鉆孔工藝是在吸收各種成孔工藝優(yōu)勢的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的灌注樁成孔工藝，該工藝由于采用非水介質(zhì)取土成孔，鉆孔出土由鉆具直接帶出，不依靠泥漿輸送，大大減少了泥漿的使用，成孔速度快，工藝污染小，噪音低、振動(dòng)小，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染；而且，鉆機(jī)的安裝比較簡單，鉆頭拆卸方便，內(nèi)外護(hù)筒的回收和循環(huán)利用，大幅減少了鋼材的消耗量，并避免了因殘留在水體或土體中的鋼材逐漸銹蝕而導(dǎo)致的環(huán)境污染，與當(dāng)前整個(gè)社會(huì)所提倡的節(jié)能、環(huán)保精神相契合。