馬占飛　郭若男

摘 要：以太行山高速公路邯鄲段漳河大橋河道內(nèi)樁基為例，重點(diǎn)闡述河道內(nèi)卵礫石及硬巖地質(zhì)深埋承臺(tái)樁基快速施工技術(shù)。該技術(shù)采用大功率旋挖鉆機(jī)巖石牙輪筒鉆頭分級(jí)鉆進(jìn)和螺旋鉆頭破壞巖芯相結(jié)合的施工方法，不僅達(dá)了到穩(wěn)定孔壁的效果，提高了工程質(zhì)量，還能使樁成孔更快，節(jié)約了大量的時(shí)間，為以后河道、河湖范圍樁基礎(chǔ)或類似地質(zhì)情況下的各類樁基礎(chǔ)施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：深埋承臺(tái)樁；旋挖鉆機(jī)；樁基礎(chǔ)施工

中圖分類號(hào)：U443.15+9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）12-0001-03

1 工程概況

太行山高速公路作為唯一省網(wǎng)項(xiàng)目，列入了京津冀協(xié)同發(fā)展交通一體化國(guó)家專項(xiàng)規(guī)劃，自北向南貫穿太行山區(qū)全境，規(guī)劃全長(zhǎng)680 km。太行山高速邯鄲段起于武安市礦山鎮(zhèn)上焦寺村西北的邢臺(tái)、邯鄲市界，起點(diǎn)樁號(hào)K1+160.773，止于合漳鄉(xiāng)邰家口村東的漳河冀豫省界，終點(diǎn)樁號(hào)K69+846.18，路線全長(zhǎng)68.685 km。

漳河大橋河北段由中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司負(fù)責(zé)承建，漳河大橋施工里程左幅K69+490.081～K70+309.081，左幅橋梁全長(zhǎng)819.0 m；施工里程右幅K69+410.081～K70+309.081，右幅橋梁全長(zhǎng)899.0 m。

漳河大橋在清漳河、濁漳河匯合口下游約200 m處跨越漳河，漳河橋面寬80～200 m，水深2～5 m，河道內(nèi)地下水位埋深3～8 m，橋址區(qū)為卵礫石、中風(fēng)化砂巖，工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜?？紤]到河道清理及沖刷等，承臺(tái)埋深約13 m，河道范圍內(nèi)上部卵礫石覆蓋層為6～8 m，下部為中風(fēng)化石英砂巖，巖石抗壓強(qiáng)度約80 MPa。

2 施工工藝原理及特點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)公路樁基施工方法通常采用螺旋鉆孔、正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔、反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔、潛水鉆機(jī)鉆孔、沖抓鉆孔、沖擊鉆孔、旋挖鉆機(jī)鉆孔、人工挖孔等施工方法。考慮地層地質(zhì)條件復(fù)雜，地面以下6.8～8 m為卵礫石層，以下地層為中風(fēng)化砂巖，中風(fēng)化砂巖內(nèi)部含部分石英，適用于巖層地質(zhì)成孔方法有旋挖鉆機(jī)鉆孔、沖擊鉆孔和人工挖孔。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)水文情況，地表有常年流水，地下水位較高，人工挖孔不適用帶水作業(yè)，屬于國(guó)家限制使用工藝，能用于巖層地質(zhì)成孔方法只有旋挖鉆機(jī)鉆孔、沖擊鉆孔兩種工藝可以使用。由于沖擊鉆孔需用泥漿量較大，污染環(huán)境，不環(huán)保，成孔速度慢，適應(yīng)能力差，且自動(dòng)化程度低，操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大?？紤]到地質(zhì)限制和施工工期要求，現(xiàn)場(chǎng)采用旋挖鉆機(jī)施工。

為了解決河道內(nèi)卵礫石及硬巖地質(zhì)樁基施工成孔困難問(wèn)題，保證樁基施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，漳河大橋河道內(nèi)樁基采用了旋挖鉆施工。這種樁基成孔形式主要是依靠旋挖鉆機(jī)強(qiáng)大的扭矩和壓力使硬巖破碎[1]，通過(guò)旋挖鉆機(jī)鉆頭前端截齒子彈頭沖擊、切削硬巖。

沖擊、切削破巖是破碎堅(jiān)硬巖石的有效方法，主要原理是組成巖石的晶粒軟硬不一而導(dǎo)致鉆頭高低起伏和產(chǎn)生沖擊荷載使巖體破碎。破碎巖體通過(guò)撈砂斗進(jìn)行清渣，局部碎塊通過(guò)泥漿懸浮排出孔外。對(duì)局部難以鉆進(jìn)位置采用筒鉆開(kāi)槽后使用螺旋鉆破壞巖芯的鉆進(jìn)方式，這種方法可以有效減小鉆齒侵入巖石時(shí)所需要壓力，具體效果與開(kāi)槽深度和鉆齒壓入巖石點(diǎn)與開(kāi)槽的距離有關(guān)。當(dāng)鉆齒壓入巖石點(diǎn)與開(kāi)槽的距離過(guò)大時(shí)，此效應(yīng)的效果就不明顯[2，3]。采用筒鉆開(kāi)槽后螺旋鉆破壞巖芯的施工方法一次成孔時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，螺旋鉆中心齒侵入巖石所需壓強(qiáng)為孔內(nèi)邊界條件的0.6倍。

3 主要施工方案和施工工藝

河道內(nèi)上覆卵礫石下，覆中風(fēng)化硬質(zhì)砂巖地質(zhì)樁基成孔，卵礫石層采用撈砂斗鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)成孔，全護(hù)筒跟進(jìn)直至嵌入硬巖[4，5]，局部容易塌孔的樁位采用混凝土鎖口+埋設(shè)嵌巖護(hù)筒方法保護(hù)孔口。中風(fēng)化硬質(zhì)砂巖采用大功率旋挖鉆機(jī)巖石牙輪筒鉆頭分級(jí)鉆進(jìn)和螺旋鉆頭破壞巖芯相結(jié)合的施工方法，巖石牙輪筒鉆分3次成孔。鋼筋籠平面定位采用浮球進(jìn)行軸線偏位控制。

3.1 施工工藝流程

施工過(guò)程一般包括：施工準(zhǔn)備、測(cè)量放樣、鋼護(hù)筒制作安裝、鉆機(jī)就位、牙輪筒鉆分級(jí)鉆進(jìn)、螺旋鉆頭破壞巖芯、撈砂斗鉆頭取渣（鉆渣外運(yùn)）、成孔檢測(cè)、清孔、沉渣厚度檢測(cè)、移機(jī)、鋼筋籠制作吊裝、灌注水下混凝土等。

3.2 測(cè)量放樣

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)，施工前做好導(dǎo)線控制網(wǎng)的布設(shè)，所有控制樁點(diǎn)設(shè)在施工作業(yè)范圍之外。控制點(diǎn)保證兩個(gè)點(diǎn)以上的通視，控制點(diǎn)位置選定后，用GPS經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)并計(jì)算分析確定各控制坐標(biāo)，高程控制網(wǎng)點(diǎn)經(jīng)水準(zhǔn)儀引測(cè)到橋位附近，控制網(wǎng)成果表報(bào)監(jiān)理復(fù)核。

樁位放樣采用坐標(biāo)法放樣，樁位中心是用木樁及圓釘打入，便于護(hù)筒埋設(shè)校核工作。根據(jù)樁位中心點(diǎn)布設(shè)十字護(hù)樁，方便護(hù)筒埋設(shè)檢查及施工過(guò)程對(duì)樁位的檢查。護(hù)筒埋設(shè)完成開(kāi)孔前對(duì)樁位中心坐標(biāo)再次確認(rèn)，滿足要求后再開(kāi)始施工。開(kāi)孔前采用水準(zhǔn)儀測(cè)設(shè)護(hù)筒頂面高程及地面高程，計(jì)算鉆孔深度。

3.3 護(hù)筒埋設(shè)及鉆機(jī)就位

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查確定卵石層深度，確定護(hù)筒埋設(shè)深度為6～8 m（護(hù)筒埋設(shè)嵌入巖層）。鋼護(hù)筒為15 mm厚，內(nèi)徑大于樁徑至少200 mm。鋼護(hù)筒節(jié)段高度2～4 m，施工過(guò)程中采用現(xiàn)場(chǎng)焊接埋設(shè)，鋼護(hù)筒頂高出地面0.3 m。護(hù)筒埋設(shè)精度確認(rèn)無(wú)誤后，四周分層回填黏土并夯實(shí)，對(duì)易塌孔樁基增加混凝土鎖口。

鋼護(hù)筒埋設(shè)一般采用鉆孔埋入方法，通過(guò)旋挖鉆引孔，全護(hù)筒跟進(jìn)直至穿過(guò)卵礫石層并嵌入硬巖。局部無(wú)法直接插入的采用插拔機(jī)配合施工。

護(hù)筒埋設(shè)精度確認(rèn)無(wú)誤后，四周分層回填黏土并夯實(shí)，局部容易塌孔的樁位采用混凝土鎖口+埋設(shè)嵌巖護(hù)筒方法保護(hù)孔口，鉆機(jī)導(dǎo)桿中心線、回旋盤(pán)中心線、鋼護(hù)筒中心線需保持在同一軸線。鋼護(hù)筒中心與設(shè)計(jì)樁位中心的偏差不得大于50 mm，鋼護(hù)筒垂直度偏差不允許大于1%，保證鉆機(jī)沿著樁位豎直方向順利鉆進(jìn)。

護(hù)筒就位后，通過(guò)十字護(hù)樁中心掛吊一線錘來(lái)檢驗(yàn)護(hù)筒中心是否與樁中心重合，然后在其外側(cè)開(kāi)挖縫分層回填沙礫并搗密。

鉆機(jī)使用前，需要對(duì)其主要機(jī)具設(shè)備進(jìn)行檢查和維修。鉆機(jī)就位時(shí)，保證機(jī)械底座和頂端平穩(wěn)，避免產(chǎn)生位移或沉陷。

3.4 泥漿制備

泥漿造漿材料選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土，必要時(shí)再摻入適量CMC羧基纖維素或Na2CO3純堿等外加劑，保證泥漿自始至終達(dá)到性能穩(wěn)定、沉淀極少、護(hù)壁效果好和成孔質(zhì)量高的要求。在鉆孔樁施工過(guò)程中，對(duì)沉淀池中沉渣及澆筑混凝土?xí)r溢出的廢棄泥漿隨時(shí)清理，嚴(yán)防泥漿溢流，并用汽車(chē)棄運(yùn)至指定地點(diǎn)傾泄，禁止就地棄渣，污染周?chē)h(huán)境。

3.5 鉆進(jìn)成孔

鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)保證泥漿面始終不低于護(hù)筒底部50 cm，根據(jù)地質(zhì)層情況合理控制鉆進(jìn)速度，避免進(jìn)尺過(guò)快造成坍孔埋鉆事故。鉆斗的升降速度宜控制在0.75～0.80 m/s，在卵礫石層或巖層中，升降速度應(yīng)隨地質(zhì)變化調(diào)整。泥漿初次注入時(shí)，應(yīng)垂直向樁孔中間進(jìn)行注漿。

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，且孔深、孔徑符合要求后，再進(jìn)行清孔。鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭選用撈砂斗鉆頭、巖石牙輪筒鉆頭、雙錐雙旋螺旋鉆頭，根據(jù)地質(zhì)情況交替使用達(dá)到鉆孔要求。采用巖石牙輪筒鉆、直徑1.0 m、1.5 m、1.8 m鉆頭分級(jí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)與螺旋鉆頭破壞巖芯相結(jié)合的方式成孔。

鉆孔步驟為：直徑1 m牙輪筒式鉆頭鉆孔形成第一個(gè)臨空面→直徑1.5 m牙輪筒式鉆頭鉆孔形成第二個(gè)臨空面→直徑1.8 m牙輪筒式鉆頭鉆孔形成第三個(gè)臨空面→螺旋鉆頭破壞巖芯→采用撈砂斗撈取破碎巖石→分級(jí)鉆進(jìn)為1 m，鉆進(jìn)循環(huán)進(jìn)行直至成孔。牙輪筒分級(jí)鉆進(jìn)如圖1所示。

3.6 成孔驗(yàn)收

鉆孔完成后，檢測(cè)樁基的各項(xiàng)指標(biāo)，待孔深、孔徑、孔形、孔位、豎直度檢查合格后，方可進(jìn)行清空，否則需重新進(jìn)行掃孔。清孔的目的是清除孔底沉渣、控制泥漿相對(duì)密度和泥漿中含鉆渣量等。澆筑水下混凝土前沉渣厚度不大于30 cm。嚴(yán)禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔。

清孔需達(dá)到以下4點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)：①樁孔深度符合設(shè)計(jì)要求。②清孔滿足設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求。③孔內(nèi)沉淀厚度不大于設(shè)計(jì)規(guī)定或規(guī)范要求。④孔后泥漿相對(duì)密度≤1.10，含砂率＜2%，孔底沉淀厚度≤30 cm。

3.7 鋼筋籠制作與吊裝

鋼筋籠在鋼筋加工場(chǎng)集中分節(jié)制作，現(xiàn)場(chǎng)吊放鋼筋籠入孔時(shí)對(duì)準(zhǔn)孔徑，保持垂直、輕放、慢放入孔，采用浮球進(jìn)行鋼筋籠軸線偏位控制[6]，在鋼筋籠中心位置，利用鋼筋籠十字撐栓繩固定浮球位置，通過(guò)觀測(cè)浮球在樁孔的平面位置來(lái)確定樁基鋼筋籠軸線偏位，如圖2所示。導(dǎo)管使用前進(jìn)行水密承壓試驗(yàn)和接頭抗拉試驗(yàn)，下設(shè)導(dǎo)管時(shí)為防止碰撞鋼筋籠，導(dǎo)管支撐架用型鋼制作，將支撐架支墊在鉆孔平臺(tái)上（中心位置），用于支撐懸吊導(dǎo)管，最后進(jìn)行水下混凝土灌注。混凝土灌注期間使用起重機(jī)吊放拆卸導(dǎo)管。圖3為濕作業(yè)旋挖鉆孔灌注樁施工示意圖。

4 施工注意事項(xiàng)

具體有以下5點(diǎn)注意事項(xiàng)：①施工現(xiàn)場(chǎng)護(hù)筒埋設(shè)后，需要使用全站儀核驗(yàn)護(hù)筒中心同樁位中心是否一致。②埋設(shè)護(hù)筒采用護(hù)筒內(nèi)徑上下兩端十字交叉法定心，通過(guò)兩中心點(diǎn)，確保護(hù)筒垂直。鉆進(jìn)時(shí)要及時(shí)測(cè)定孔斜，防止孔斜過(guò)大。③灌注樁樁長(zhǎng)需要嚴(yán)格把控，施工中對(duì)包括護(hù)筒頂在內(nèi)的各項(xiàng)高程記錄都要準(zhǔn)確，正確進(jìn)行換算。在巖層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭的起始點(diǎn)要準(zhǔn)確無(wú)誤，并根據(jù)不同地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整。機(jī)具長(zhǎng)度丈量要準(zhǔn)確，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤應(yīng)及時(shí)更正。④截齒子彈頭磨損比較嚴(yán)重時(shí)要及時(shí)更換?，F(xiàn)場(chǎng)配置專業(yè)焊工，子彈頭底座有破損時(shí)要及時(shí)更換底座。⑤樁底沉渣控制是灌注樁質(zhì)量控制的重點(diǎn)，泥漿性能指標(biāo)和孔底淤積厚度應(yīng)嚴(yán)格按清孔標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以河道內(nèi)卵礫石及中風(fēng)化硬質(zhì)砂巖地質(zhì)深埋承臺(tái)樁基施工為背景，對(duì)上覆卵礫石下覆蓋硬巖地質(zhì)深埋承臺(tái)樁基旋挖鉆機(jī)施工技術(shù)進(jìn)行了闡述。鉆機(jī)施工采用旋挖鉆機(jī)巖石牙輪筒鉆頭分級(jí)鉆進(jìn)和螺旋鉆頭破壞巖芯相結(jié)合的施工方法，對(duì)護(hù)筒埋設(shè)及鉆機(jī)就位、泥漿制作、鉆進(jìn)成孔和成孔驗(yàn)收等環(huán)節(jié)進(jìn)行施工控制控制和管理。采用旋挖鉆機(jī)施工方法，樁基施工成孔效率高、樁基檢測(cè)均為I類樁，工期質(zhì)量得到有效保障。

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收稿日期：2023-08-09

作者簡(jiǎn)介：馬占飛（1981—），男，山西運(yùn)城人，本科，工程師，研究方向：公路工程技術(shù)管理。