（福建省閩西交通工程有限公司，福建 龍巖 364000）

1 工程概況

福建省漳州至永安高速公路龍巖段路基土建工程A5合同段，全長(zhǎng)7.631km，起于蘆芝鄉(xiāng)蘆芝村，途徑漳平南互通、內(nèi)坑中橋、東坑大橋、和平樞紐互通后上跨莆永高速，終于和平鎮(zhèn)和平村。其中和平樞紐互通位于漳平市北面和平鎮(zhèn)和春村，是漳永高速公路與莆永高速公路進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換的樞紐工程，共設(shè)置7座橋梁和8條匝道，其中主線2號(hào)橋、E、F、G、H匝道橋均上跨莆永高速公路，主線1號(hào)橋和3號(hào)橋分別上跨G、E匝道，A、C、D、F、G、H匝道路基與莆永高速并線連接。主線2號(hào)橋2#墩和E、F、G、H匝道橋1#墩均位于莆永高速公路中央分隔帶內(nèi)，共有12根樁徑為1800mm的灌注樁，樁底巖層為中風(fēng)化花崗巖，樁長(zhǎng)為18～32m，均為嵌巖樁，設(shè)計(jì)要求砍巖3.6m。由于莆永高速公路已通車，樁基施工需要封閉莆永高速半幅車道及另半幅部分車道，為了減少高速運(yùn)營(yíng)損失和確保莆永高速行車安全，本工程樁基的工期為32d，工期緊張。

2 工程地質(zhì)情況和水文條件

2.1 工程地質(zhì)情況

樁基所在施工區(qū)域的地質(zhì)情況從上到下分別揭示敘述如下：①粉質(zhì)粘土，主要成分為粘粒和粉粒，夾雜少量碎石，呈可塑狀態(tài)，層厚2.10～5.80m；②全風(fēng)化花崗巖，主要成分為石英、長(zhǎng)石和粘土礦物，灰黃色，屬于極軟巖，散體狀結(jié)構(gòu)，層厚5.30～13.50m；③砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，灰黃色，巖芯呈砂土狀，屬于軟巖，散體狀構(gòu)造，基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，巖體極破碎，層厚3.60～15.10m；④碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，主要成分為石英、云母和長(zhǎng)石，中粗粒結(jié)構(gòu)，屬于較軟巖，裂隙發(fā)育，巖體較破碎，在E和H匝道橋1#墩承臺(tái)位置揭露有孤石，厚度為2.5～4m，巖質(zhì)為中風(fēng)化花崗巖，層厚4.30～11.70m；⑤中風(fēng)化花崗巖，青灰色，屬于較硬巖，巖體較完整，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，層厚6.20～10.10m。

2.2 水文條件

地下水主要以孔隙潛水和裂隙水為主，地下水較少，地下水對(duì)混凝土無腐蝕性。

3 工程施工難點(diǎn)剖析

（1）本工程樁基施工處于莆永高速公路中央分隔帶內(nèi)，施工場(chǎng)地相對(duì)狹小，交叉作業(yè)較多，對(duì)樁基施工部署的要求較高。

（2）樁基施工工期只有32d，工期非常緊迫。莆永高速公路的半幅部分車道仍處于通車狀態(tài)，粉塵及噪音對(duì)行車安全影響較大，環(huán)保的要求較高。

（3）地質(zhì)中存在孤石，孤石的巖質(zhì)與樁端巖層一致，孤石厚度較厚，鉆進(jìn)較為困難。

（4）樁基為嵌巖樁，設(shè)計(jì)要求嵌巖深度為3.6m，樁端巖層質(zhì)地堅(jiān)硬，進(jìn)尺較為困難，耗時(shí)長(zhǎng)，極大地影響施工工期。

4 鉆機(jī)方案比選

4.1 沖擊鉆機(jī)方案

該方案需要提供電力配套系統(tǒng)，在高速公路上需要準(zhǔn)備發(fā)電機(jī)組。沖擊成孔需要泥漿護(hù)壁，施工場(chǎng)地狹小，泥漿池的設(shè)置較為困難。遇到孤石和持力層巖層時(shí)，成孔速度慢，樁錘磨損厲害，樁錘與巖層的撞擊產(chǎn)生的振動(dòng)較大，噪音污染大，對(duì)高速公路行車安全造成一定影響。成孔后需要兩次清孔，施工時(shí)間較長(zhǎng)，單樁成孔需要時(shí)間為6～8d，無法滿足施工工期的要求。

4.2 潛孔錘鉆機(jī)方案

該方案利用潛孔錘產(chǎn)生的沖擊能量將孤石和樁端巖層充分破碎，但是高壓氣流對(duì)孔壁的沖刷較為厲害，孔壁的穩(wěn)定性不高，巖屑通過高壓空氣排出孔外形成粉塵污染，對(duì)行車安全影響較大。如果采用泥漿護(hù)壁，同樣存在泥漿污染和施工時(shí)間長(zhǎng)等問題，單樁成孔需要時(shí)間為4～6d，該方案環(huán)保和工期均不符合要求。

4.3 旋挖鉆機(jī)方案

該方案行走靈活方便，設(shè)備自帶動(dòng)力，無需提供電力供應(yīng)。根據(jù)土層性質(zhì)不同選擇不同種類的旋挖鉆頭，從而加快鉆進(jìn)速度。旋挖鉆機(jī)利用自身獨(dú)特的桁架式抗振桅桿和吸收振動(dòng)能力，施工過程中噪音小，無粉塵污染，環(huán)保效果好。本工程巖土層黏結(jié)性好，可以采取干孔作業(yè)方式，無需泥漿護(hù)壁，省去清孔時(shí)間。旋挖鉆機(jī)能夠自動(dòng)精準(zhǔn)定位、自動(dòng)測(cè)量孔深和自動(dòng)校正鉆孔垂直度，自動(dòng)化程度高，成孔質(zhì)量有保障。單樁成孔需要時(shí)間為1～2d，有效保證施工工期。

綜合地質(zhì)情況、施工工期、施工質(zhì)量、對(duì)高速公路行車安全影響以及環(huán)保等因素，本工程樁基選用旋挖鉆機(jī)方案。鉆機(jī)選用國(guó)產(chǎn)的TR280D大孔徑旋挖鉆機(jī)。該鉆機(jī)的最大輸出扭矩為280kN·m，鉆孔鉆速為6～23rpm，鉆機(jī)自重為66t，鉆桿自重為12t，最大加壓力為180kN，最大起拔力為200kN，最大鉆孔直徑為2500mm，最大鉆孔深度為85m，滿足多種地質(zhì)樁基的施工要求。

5 旋挖鉆施工原理

旋挖鉆機(jī)步履式行走到樁位，由動(dòng)力頭裝置將動(dòng)力提供給鉆桿，鉆桿的底部為帶有活門的桶式鉆具，通過加壓裝置將壓力作用于動(dòng)力頭裝置，使得壓力傳遞到鉆桿和鉆具，從而實(shí)現(xiàn)鉆具按照既定的軌跡對(duì)巖土層進(jìn)行回旋切削，將切削下來的土體回旋裝入桶內(nèi)，采用提升裝置將鉆具提升到孔外進(jìn)行卸土。根據(jù)不同的土層更換相應(yīng)的鉆具，使得巖土層的切削或套取更為便利。循環(huán)反復(fù)操作，直至旋挖至設(shè)計(jì)樁底高程。鉆進(jìn)方式根據(jù)地質(zhì)情況復(fù)雜程度采取干孔成孔或泥漿護(hù)壁成孔。

6 旋挖鉆施工技術(shù)

6.1 施工流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)放樁位→埋設(shè)鋼護(hù)筒→移機(jī)就位→旋挖成孔→清孔→下放鋼筋籠→混凝土灌注。

6.2 施工準(zhǔn)備

旋挖鉆機(jī)的自重較大，施工場(chǎng)地應(yīng)平整壓實(shí)，避免鉆機(jī)應(yīng)軟硬不均勻出現(xiàn)傾斜或沉陷現(xiàn)象。對(duì)施工場(chǎng)地的施工設(shè)備行走和材料運(yùn)輸路線進(jìn)行規(guī)劃，保證混凝土灌注和鉆渣外運(yùn)不發(fā)生沖突，臨時(shí)用電和臨時(shí)用水設(shè)施的布置應(yīng)滿足施工要求。相鄰墩的灌注樁樁位采取交替施工順序進(jìn)行安排，減少交叉作業(yè)的相互干擾。

6.3 埋設(shè)鋼護(hù)筒

鋼護(hù)筒的高度為3m，壁厚為10mm，內(nèi)徑為2000mm，上下口外圍均焊接一圈加勁環(huán)，鋼護(hù)筒的強(qiáng)度應(yīng)符合施工要求。鋼護(hù)筒埋設(shè)時(shí)，采用旋挖鉆頭加壓將鋼護(hù)筒靜壓入土體，護(hù)筒頂部露出地面高度為0.4m。鋼護(hù)筒四周采用粉質(zhì)粘土均勻回填并夯實(shí)，鋼護(hù)筒的垂直度偏差≤1%，平面位置偏差≤50mm。

6.4 移機(jī)就位

步履式旋挖鉆機(jī)行走到樁位所在位置后，啟動(dòng)電氣手柄將鉆桿平穩(wěn)起立，起立應(yīng)緩慢，注意對(duì)鉆桿的傾斜角度控制。鉆桿起立后，利用旋挖鉆機(jī)自帶的調(diào)垂操作系統(tǒng)對(duì)鉆桿的垂直度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)鉆桿處于相對(duì)零位±5°的區(qū)域內(nèi)采取自動(dòng)調(diào)垂方式進(jìn)行作業(yè)，鉆桿超過上述區(qū)域則采取手動(dòng)調(diào)垂方式進(jìn)行作業(yè)。操作人員可以通過顯示器來實(shí)時(shí)檢查鉆桿的位置狀態(tài)，確保鉆桿處于垂直狀態(tài)。

6.5 旋挖成孔

由于場(chǎng)地地質(zhì)條件中風(fēng)化巖的厚度較厚，采用單一的鉆具成孔的難度較大。根據(jù)不同地質(zhì)情況采取不同鉆具和成孔工藝相結(jié)合的方法進(jìn)行成孔。

（1）粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化花崗巖和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等巖層成孔

該巖層采用帶斗齒的旋挖鉆斗切土成孔，利用鉆頭上的斗齒回旋切削巖土并將巖土轉(zhuǎn)入鉆斗內(nèi)，鉆斗裝滿巖土后由卷揚(yáng)機(jī)和鉆桿將桶式鉆斗提升到孔外進(jìn)行卸土，不斷循環(huán)操作，取土卸土，直至鉆至孤石或中風(fēng)化花崗巖，施工效率≥5m/h。旋挖成孔過程中通過旋挖鉆機(jī)自身的自動(dòng)校正鉆桿垂直度實(shí)現(xiàn)對(duì)孔壁的垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與校正，確保成孔的質(zhì)量。剛開始旋挖時(shí)應(yīng)低速慢進(jìn)，待旋挖至鋼護(hù)筒以下1m后方可加快旋挖速度。從軟地層旋挖進(jìn)硬地層時(shí)，應(yīng)放慢旋挖速度，當(dāng)從硬地層進(jìn)入軟地層時(shí)，則應(yīng)加快旋挖速度。為了防止縮頸，在容易出現(xiàn)縮頸的巖土層中應(yīng)增加掃孔次數(shù)。地面上卸下的鉆渣及時(shí)采用裝載機(jī)裝上土方車，將鉆渣運(yùn)到棄土地方進(jìn)行處理。

（2）孤石和中風(fēng)化花崗巖成孔

該巖層采用環(huán)切滾刀鉆頭取芯成孔，該筒式鉆頭底端鑲嵌子彈頭截齒，筒體內(nèi)布設(shè)合頁片用于承托巖芯。當(dāng)孤石或者中風(fēng)化花崗巖的強(qiáng)度不高時(shí)，直接采用直徑為1800mm的筒式鉆頭以低速大扭矩方式鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度為0.8～1.0m后，利用旋挖鉆機(jī)強(qiáng)大的扭力將巖層掰斷，提升鉆斗到地面卸下巖芯。如此循環(huán)反復(fù)操作，直至鉆至孔底，施工效率≥0.5m/h。根據(jù)巖層的硬度調(diào)整斗齒刃前角度，當(dāng)巖層強(qiáng)度較低時(shí)，角度取值為45°～65°；巖層強(qiáng)度較高時(shí)，角度取值為25°～45°。當(dāng)孤石或者中風(fēng)化花崗巖的強(qiáng)度較高時(shí)，則采用分級(jí)鉆進(jìn)的成孔方法。先采用直徑為1000mm的取芯桶鉆進(jìn)取芯，鉆進(jìn)深度≥0.5m時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆速突然劇增和扭矩突然變小，并有振動(dòng)跡象時(shí)，即可判斷巖芯被掰斷，將巖芯取出地面，如此反復(fù)操作直至鉆至孔底。接著采用直徑為1800mm的筒式鉆頭進(jìn)行環(huán)切鉆進(jìn)取芯，直至樁底高程。當(dāng)巖面傾斜角度較大時(shí)，應(yīng)采用主卷揚(yáng)機(jī)將鉆桿吊住，將鉆桿浮動(dòng)取消，接著輕壓慢進(jìn)，待切入巖體達(dá)到一定深度后再正常鉆進(jìn)。如果出現(xiàn)斜孔現(xiàn)象而無法修孔時(shí)，下導(dǎo)管灌注與巖層一致強(qiáng)度的混凝土至斜孔處，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再采用取芯桶進(jìn)行取芯鉆進(jìn)。

6.6 清孔

當(dāng)旋挖鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)孔底高程時(shí)，量測(cè)孔徑和孔深，采用測(cè)孔儀對(duì)孔壁垂直度進(jìn)行檢查，采用測(cè)繩對(duì)孔底沉渣厚度進(jìn)行量測(cè)。當(dāng)孔徑、孔深和孔壁垂直度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，采用專用的清底鉆斗對(duì)孔底沉渣進(jìn)行清底，沉渣厚度≤30mm。

6.7 下放鋼筋籠

鋼筋籠加工與制作嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分節(jié)制作，鋼筋籠的接長(zhǎng)采用單面焊形式，搭接長(zhǎng)度為10D（主筋的直徑），鋼筋籠按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置好保護(hù)層墊塊和吊筋，鋼筋籠采用吊車進(jìn)行下放，下放過程中嚴(yán)禁觸碰孔壁，鋼筋籠下放到設(shè)計(jì)高程后將吊筋固定在鋼護(hù)筒上。

6.8 干孔混凝土灌注

混凝土采用干孔導(dǎo)管法進(jìn)行灌注，導(dǎo)管直徑為250mm，底節(jié)長(zhǎng)度為4m，其余采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行連接，導(dǎo)管下放之前應(yīng)進(jìn)行試拼和試壓，確保導(dǎo)管不漏水。導(dǎo)管下口與孔底的距離為0.3～0.5m。采用管夾將導(dǎo)管固定在樁位中心，在導(dǎo)管內(nèi)放置隔水球，由于孔深較深，混凝土下落高度較大，過大的落差容易對(duì)孔底產(chǎn)生較大的沖擊振動(dòng)，導(dǎo)致部分巖層出現(xiàn)掉落現(xiàn)象，隔水球能夠有效地減緩混凝土下落的沖擊力?；炷恋奶涠葹?80～220mm，根據(jù)施工時(shí)氣候情況添加適量的緩凝劑，混凝土和易性應(yīng)良好。首灌混凝土量必須封孔并確保導(dǎo)管埋入混凝土深度≥1m，為了確?；炷恋拿軐?shí)度，要求導(dǎo)管埋入混凝土深度≥3m，以保證有足夠的壓強(qiáng)?；炷翝仓?yīng)連續(xù)，根據(jù)混凝土面的高程計(jì)算好拆管節(jié)數(shù)，及時(shí)拆管，樁頂混凝土應(yīng)超灌1m，待灌注剩下5m時(shí)應(yīng)插入振動(dòng)棒進(jìn)行人工振搗，提高混凝土的密實(shí)度。

7 結(jié)束語

本工程采用TR280D旋挖鉆機(jī)單樁成孔約24h，綜合考慮鉆頭修理、設(shè)備維修和交叉施工等因素，單樁成孔平均時(shí)間為36h，采用沖擊鉆機(jī)成孔則需要6d以上，旋挖鉆機(jī)施工工效較高。旋挖鉆機(jī)自帶的垂直度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)孔壁垂直度超過偏差值時(shí)能夠自動(dòng)報(bào)警，孔壁垂直度偏差≤1%。清孔時(shí)采用專用的清底鉆斗，能夠確保沉渣厚度≤30mm。旋挖鉆斗的牙齒在回旋過程中在巖土層上形成螺旋線能夠有效增強(qiáng)灌注樁的摩阻力，進(jìn)一步提高灌注樁的承載力。因此，采用旋挖鉆機(jī)成孔能夠有效保證橋梁樁基質(zhì)量和工期。樁基全部施工完成后，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示全部為Ⅰ類樁，取得良好的施工效果。