倪江斌

（福建第一公路工程集團有限公司，福建 泉州 362000）

1 工程概況

國省干線橫七線（G356）永春達埔東園至前峰段公路工程主線路線里程7.9km，聯三線連接線里程1.2km。該項目包含6 座大橋，其中頂洋大橋位于聯三線連接線改造段上，下部結構采用柱式墩、肋式臺配樁基礎，全橋共計72 根樁基；樁徑為120cm、150cm，樁基類型均為端承樁，因入巖標高要求不同，孔深28～40m不等；頂洋大橋原地面以下主要巖土層按順序分別為素填土、粉質黏土、坡積粉質黏土、殘積砂質黏性土、全風化花崗閃長巖、砂土狀強風化花崗閃長巖、碎塊狀強風化花崗閃長巖、中風化花崗閃長巖。主要巖土層特征分述見表1。

表1 主要巖土層特征分述

2 施工條件及重難點分析

該項目為永春縣重要過境公路，通往即將完工的興泉鐵路永春站，而聯三線連接線改造段為蓬壺鎮(zhèn)通往永春站的必經道路。頂洋大橋樁基工程計劃工期為60 天，前期臨電策劃僅配備一臺容量為400kW 變壓器，保證樁基施工進度，選擇最優(yōu)樁基成孔工藝是施工的重點。

3 兩種成孔工藝比對分析

3.1 技術特點

3.1.1 沖擊成孔原理及特點

沖擊鉆機成孔工藝在橋梁樁基施工環(huán)節(jié)中扮演著十分重要的角色。這種工藝設備簡單，操作方便，適用于所有巖土層，尤其是在含有較大卵礫石層、漂礫石層中施工成孔效率較高，同時沖擊巖土層時的沖擠作用形成的孔壁較為堅固。但沖擊成孔工藝大部分作業(yè)時間消耗在提放沖錘和循環(huán)排渣土上，鉆進速度及功效較低。隨樁孔加深，循環(huán)排渣時間則相對較長。

3.1.2 旋挖成孔原理及特點

旋挖鉆機成孔工藝是近年來在我國路橋施工領域推廣使用的一種較先進的樁基施工工藝，這種工藝不需要提供動力電源、采用機身柴油發(fā)動機提供動力，機臺可自行行走，具有成孔速度快、施工精度高、機械化自動化程度高、噪聲小有利于環(huán)保等特點，近年來在橋梁樁基工程中得到較快的推廣應用。但旋挖鉆機成孔也存在前期投入大、自重大、對場地要求嚴格、孔壁護壁差、在軟土中孔內容易產生負壓等不足之處。

3.2 成孔質量

3.2.1 與孔壁結合度

旋挖成孔利用鉆機動力頭裝置為鉆桿提供扭矩，加壓裝置通過加壓動力頭的方式將壓力傳遞給鉆桿鉆頭，鉆筒底部刀刃回轉環(huán)切破碎巖土。鉆機對地層擾動小，孔壁泥皮薄，且形成的孔壁為粗糙型，有利于增加樁側摩阻力；而沖擊成孔孔壁泥皮較厚無此效果。

3.2.2 垂直度和擴孔系數

旋挖鉆機鉆進過程對樁深度、垂直度、鉆進角度、鉆壓、鉆筒內裝土容量均通過機身電腦控制，可通過機臺自我修正系統(tǒng)自動調節(jié)鉆進角度和垂直度，確保樁孔不發(fā)生傾斜，擴孔系數小。沖擊鉆機基本依賴工人操作，工人的技術水平參差不齊，在遇到斜巖或地質不均的情況下，沖錘擺動容易造成樁孔不圓，擴孔系數高，樁孔易發(fā)生傾斜。

3.2.3 護壁成型區(qū)別

沖擊鉆機成孔孔壁泥皮較厚，在下放鋼筋籠過程中容易將泥皮刮入孔底，增加二次清孔的難度；在灌樁混凝土面上升過程中，可能出現孔壁泥皮包裹進入樁身，從而影響成樁質量甚至出現夾層導致斷樁。旋挖鉆機的鉆進僅需要靜壓泥漿，出現上述質量問題的可能性較小；但在遇到軟弱地層時，特別是淺埋卵石層或淤泥層，因成孔及泥漿護壁的原理不同，旋挖鉆機成孔過程中塌孔和縮徑現象容易發(fā)生。不過，沖擊鉆機在軟弱地層中成孔質量能夠得到保證，這也是沖擊鉆成孔的優(yōu)勢之一。

3.2.4 清孔和沉渣

旋挖鉆機是將孔內全部渣土通過鉆筒鉆桿提出孔外，每次循環(huán)進尺均補充泥漿確保漿液水頭高度；泥漿一般采用膨潤土與化學藥物進行配比，泥漿中只攜帶殘留巖屑，清孔時間短，孔底沉渣厚度容易保證。而沖擊鉆機孔內渣土是通過泥漿不斷循環(huán)置換排出，在成孔過程中泥漿含有大量鉆渣，特別是在砂層較厚的地層中，要達到規(guī)定的含砂率往往需要較長的清孔時間，有時還需要配備濾砂器加以輔助，孔底沉渣厚度也比較難以控制。

3.2.5 巖層判定

旋挖鉆機在施工嵌巖樁時，是直接將整段巖石提升到地面，可以非常直觀地判斷巖石的類型、完整性及是否存在夾層。而沖擊鉆機需要砍巖一定深度后才能撈取到巖樣，若清孔不及時巖樣中還會混雜一些前期碎塊狀風化巖樣，造成無法準確判斷巖層情況，在遇到地質復雜伴有夾層的巖層時，往往增加了判定入巖和判定終孔的難度。

3.3 功效進度

3.3.1 鉆進速度

在工程地質、樁徑、樁長、持力層基本一致的情況下，根據施工經驗，旋挖鉆機平均每分鐘進尺可達50cm 左右，旋挖成孔的功效相比沖擊成孔快5～6 倍以上。

3.3.2 施工準備和工序銜接

沖擊鉆機在前期施工準備時，臨電布設、機臺組拼、焊錘、開挖泥漿池及沉淀池等花費的時間要比旋挖鉆機長很多，且旋挖鉆機由于自帶底盤可以通過履帶進行快速移動。沖擊鉆機無法自行移動，在進行下一根樁基施工時需要吊車進行場內盤吊，旋挖鉆機就位效率遠高于沖擊鉆機。

3.4 經濟成本

3.4.1 充盈系數和混凝土消耗

按照以往的施工經驗，旋挖鉆機成孔的樁在灌注混凝土時，充盈系數一般在1.03～1.05 之間，而采用沖擊鉆機成孔的充盈系數則一般為1.08～1.15，沖擊鉆比旋挖鉆擴孔系數大。故采用沖擊成孔消耗混凝土偏多，成本也略高。

3.4.2 成孔泥漿需求量

沖擊鉆機需加大量清水用于稀釋泥漿進行清渣，成孔產生的泥漿量大，據實際工程經驗，沖擊鉆機產生的泥漿為樁孔體積的3～5 倍。對于沖擊成孔工藝往往需要配備泥漿分離器或者合規(guī)指定的場地專門用來臨時堆放泥漿，因此所產生的成本要大于旋挖鉆機。

3.4.3 人工機械費

在人工費、機械費方面，旋挖鉆單價相比沖擊鉆要高。在相同地質條件下依據市場行情，旋挖成孔綜合單價為600～680 元/m3，其中包括旋挖司機、維修人員的人工費、輔助機械的機械費以及機械運轉所產生的柴油費用；沖擊成孔綜合單價為260～290 元/m3（含電費）。估算旋挖鉆成本為沖擊鉆的2.3～2.5 倍左右。

3.5 安全文明環(huán)保

旋挖成孔所產生的泥漿少，在施工過程當中泥漿可循環(huán)利用無需外棄。另外沖擊成孔時沖錘從一定高度落下，與巖土體撞擊產生振動，會對周邊房屋結構產生影響，且鋼絲繩帶動沖錘上下往復運動會產生較刺耳的噪聲，從而對環(huán)境形成噪聲污染。

3.6 現場綜合管理

3.6.1 沖擊成孔

沖擊鉆機設備體型小、功效低，施工現場往往需布置一定數量的設備才能滿足進度要求。每臺沖擊鉆機均需設置獨立的泥漿池和沉淀池，一次投入的設備量越多，對應的泥漿池和沉淀池數量就越多，占用空間也就越大。在施工準備階段還需考慮電線布設走向、運輸便道、吊車作業(yè)平臺、挖掘機掏渣工作面等，這就需要對場地進行非常細致的排比規(guī)劃，增加了現場管理的難度。

3.6.2 旋挖成孔

旋挖成孔所需人工數較少，給現場管理降低了難度。但旋挖機體型龐大，單機重量達80～120t，為沖擊鉆機機臺的10 倍以上，對場地承載力要求較高。又因為旋挖鉆機成孔后，還需要吊車等其他大型設備來配合施工，故場地內旋挖鉆機的設備數量受到了明顯的限制。另外，旋挖成孔提到地面的渣土需及時清除外棄，若形成堆積會對其他輔助機械的施工及運輸便道產生影響。

4 工程實例分析

4.1 樁基成孔工藝的選擇

該橋地質良好，并無卵石或淤泥等易塌孔軟土層，故綜合考慮到施工現場條件、周邊環(huán)境、施工進度及成本等因素，頂洋大橋0#臺～12#墩共計41 根樁基采用旋挖成孔工藝（投入設備量1 臺），13#墩～21#臺共計30 根樁基采用沖擊成孔工藝（投入設備量6 臺）。

4.2 施工進度及成孔率

根據現場鉆孔原始記錄報表數據分析，在相同地質條件下旋挖鉆機要比沖擊鉆機施工快6 倍。在無卵石地層、易塌軟弱地層時，兩種成孔工藝的成孔率并無差異。不同成孔方式樁基成孔時間及混凝土澆筑方量見表2。

表2 不同成孔方式樁基成孔時間及混凝土澆筑方量

4.3 成本分析

頂洋大橋樁基工程旋挖成孔綜合單價610 元/m3，沖擊成孔綜合單價為260 元/m3。旋挖鉆機渣土外運每千米單價約6 元/m3，因泥漿需采用專用密閉環(huán)保車進行運輸，沖孔樁機泥漿外運每千米單價需達到約24 元/m3。不同成孔方式樁基經濟對比見表3。

表3 不同成孔方式樁基經濟對比

通過上述對比分析，在相同的條件下適用旋挖鉆成孔產生費用為（單根）：61.8×610+6×50+0×35+3.1×410+23.2÷24/1×50000=8.76 萬元。適用沖擊鉆成孔產生的費用為（單根）：61.8×260+24×240+95×35+6.8×410+147.5÷24÷7×50000=7.18 萬元。由此得出旋挖成孔工藝成本略高于沖擊成孔工藝。

5 結語

通過對兩種橋梁樁基成孔工藝多方面的對比分析，得出結論：橋梁樁基成孔工藝的選擇要根據工程具體條件，從質量、進度、成本、安全環(huán)保、綜合管理等多個角度進行分析，優(yōu)選適合工程實際情況的施工工藝，必要時考慮旋挖與沖孔的合理布局、協調作業(yè)。工藝的靈活選擇及結合是管理者在制定施工方案時需改進和創(chuàng)新的關鍵點，可供類似橋梁樁基工程成孔工藝選擇時借鑒。