李 偉

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

我國濱海（湖）地區(qū)大都是沉積為主的深厚層淤泥質(zhì)軟土，具有高含水量、壓縮性大、固結(jié)緩慢等特點(diǎn)。摩擦樁作為軟土區(qū)域主要承載樁型，依靠孔壁土層的側(cè)摩阻力來承載的樁基，適用于上覆地層承載能力較差的土層［1-3］。根鍵式鉆孔灌注樁針對(duì)傳統(tǒng)鉆孔灌注樁進(jìn)行接觸面改造，相比之下有效提高了普通鉆孔灌注樁的承載力。于是，以其有效縮短樁長的良好經(jīng)濟(jì)性，越來越被工程界加以重視和應(yīng)用；尤其適合應(yīng)用于深淤軟土區(qū)域鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，根式基礎(chǔ)可用于公路工程、鐵路工程、市政工程、建筑工程等其他行業(yè)［4］。

浙江甬臺(tái)溫高速復(fù)線南塘至黃華段，翁垟高架橋共有樁基1 231根，均為長大鉆孔灌注樁，且85.5%樁基樁長80 m以上。工程位于浙江南部沿海，項(xiàng)目沿線在丘陵與海積平原相間分布，海積平原區(qū)地勢(shì)平坦，河道水網(wǎng)密布，地面標(biāo)高一般為3～5 m。橋址區(qū)為深厚層海積松散堆積物軟土地區(qū)，基礎(chǔ)為全新統(tǒng)海基層淤泥、淤泥質(zhì)土，整體厚度20～45 m，局部厚度達(dá)90 m。

1 根鍵式鉆孔灌注樁鉆孔設(shè)備

根據(jù)樁基所在位置地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，綜合比較，選擇大扭矩、鉆進(jìn)深度長的性能優(yōu)越的TRM280型旋挖鉆機(jī)施工根鍵式鉆孔灌注樁鉆孔，配套泥漿泵、泥漿池、空壓機(jī)、根鍵頂進(jìn)設(shè)備、泥漿分離器等機(jī)械。

2 根鍵式鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵技術(shù)及重難點(diǎn)

2.1 旋挖鉆機(jī)鉆孔

鋼護(hù)筒埋設(shè)就位并固定牢固后，測(cè)量檢查護(hù)筒坐標(biāo)位置，位置偏差滿足要求后，旋挖鉆機(jī)移動(dòng)到樁位，鉆桿抬升調(diào)整豎直并鎖定，鉆桿的垂直度調(diào)整符合要求后，用全站儀進(jìn)行測(cè)量校正和鉆桿豎直度校正。旋挖鉆機(jī)發(fā)動(dòng)后，鉆桿的偏移量將在鉆桿工作畫面上實(shí)時(shí)顯示。鉆孔進(jìn)尺速度根據(jù)不同的地層確定，在硬塑地層鉆進(jìn)時(shí)，采用快轉(zhuǎn)速，以提高鉆進(jìn)效率；在松散的易塌砂層中鉆孔，采用慢轉(zhuǎn)速慢鉆進(jìn)并適當(dāng)增加泥漿比重和粘度。鉆機(jī)鉆斗升降速度過快時(shí)，鉆頭將在鉆孔中形成活塞效應(yīng)，鉆斗下部位置形成較大的負(fù)壓作用，大概率出現(xiàn)孔壁坍塌、縮頸現(xiàn)象，必須控制鉆斗的提升速度。在取土負(fù)荷狀態(tài)下，鉆斗升降速度≤0.6～0.7 m／s，空斗升降速度≤0.8 m／s。淤泥層施工鉆進(jìn)須提鉆慢進(jìn)尺，每次進(jìn)尺約0.7 m；淤泥質(zhì)黏土施工鉆進(jìn)，每次進(jìn)尺0.4 m；粉質(zhì)黏土施工鉆進(jìn)，每次進(jìn)尺0.5 m。清孔一般分兩次進(jìn)行，鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行第一次清孔，第一次清孔滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后下放鋼筋籠。根鍵安裝頂推到位后，下放完導(dǎo)管后再進(jìn)行第二次清孔。

在孔口泥漿出口處用手觸摸孔內(nèi)抽出的泥漿，無顆粒感覺，泥漿相對(duì)密度不大于1.03，含砂率＜2%，黏度17～20 s。測(cè)繩前端懸掛平砣在孔壁周圍測(cè)量孔深，同時(shí)采用鋼尺對(duì)測(cè)量繩進(jìn)行校核。清孔的時(shí)間要足夠充分，成樁施工前，孔底沉渣厚度、孔內(nèi)泥漿指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果必須符合規(guī)范要求。

2.2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)

泥漿護(hù)壁是維持孔壁穩(wěn)定不發(fā)生塌孔、縮孔的重要手段。泥漿能提供孔壁土體所必須的抗塌力，孔壁的側(cè)向壓強(qiáng)與孔內(nèi)泥漿相對(duì)密度大小是成正比關(guān)系，相對(duì)密度越大的泥漿施加孔壁的側(cè)向壓強(qiáng)越大，獲得的孔壁“支撐力”越大。泥漿的性能指標(biāo)關(guān)系到護(hù)壁的效果。泥漿的相對(duì)密度達(dá)到一定程度，會(huì)造成泥漿泵堵塞，還可能導(dǎo)致“糊鉆”而影響鉆進(jìn)效率。適宜的泥漿相對(duì)密度既可保證樁孔壁穩(wěn)定而不塌孔、不縮孔，以確保鉆機(jī)的高效鉆進(jìn)。

2.2.1 泥漿的制備

鉆孔樁施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)鋼制泥漿池、沉淀池，沉淀池容積為鉆孔灌注樁混凝土體積的1.5～2.0倍，設(shè)置于兩個(gè)墩位中間的左右兩側(cè)。根據(jù)各個(gè)墩位的不同地質(zhì)條件，按最容易發(fā)生坍孔的土層進(jìn)行泥漿的配比試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后使用。鉆孔施工中根據(jù)孔位具體地質(zhì)結(jié)構(gòu)，采用不同理化指標(biāo)的泥漿護(hù)壁及懸浮鉆渣。

2.2.2 鉆孔泥漿配制

控制根鍵式鉆孔灌注樁施工的質(zhì)量、安全、高效的核心和關(guān)鍵工序是泥漿護(hù)壁。現(xiàn)場(chǎng)采用PHP泥漿做為鉆孔施工用漿，PHP泥漿又稱聚丙烯酞胺不分散低固相泥漿，PHP泥漿主要材料為膨潤土、聚丙烯酞胺（PAM）、純堿（Naa C03）和甲基纖維素（CMC）。進(jìn)行了反復(fù)試配，通過各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試對(duì)比，確定優(yōu)質(zhì)復(fù)合泥漿配合比，膨潤土6%～8%，黏土20%，片堿0.3%～CMC0.5%，PHP0.05%，泥漿相對(duì)密度為1.25～1.35 g／m3，含砂率4.5%左右，膠體率96.5%，pH值為9.1。淤泥質(zhì)黏土容易坍塌、縮孔，泥漿相對(duì)密度控制在1.23，含砂率控制在4%以內(nèi)，黏度達(dá)到22～24 s。

2.2.3 泥漿護(hù)壁攪拌

旋挖鉆機(jī)為靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，成孔速度快，鉆進(jìn)時(shí)對(duì)泥漿性能要求較高。在制作泥漿時(shí)，膨潤土必須足夠充分地水化攪拌，保證漿體均勻一致。為保證膨潤土的充分水化，達(dá)到最優(yōu)使用效果，造漿完成靜置24 h之后使用。

2.3 鉆孔控制

根鍵式鉆孔灌注樁施工過程中，最大程度上發(fā)揮根鍵式鉆孔灌注樁的承載效果，關(guān)鍵及重難點(diǎn)主要在于高質(zhì)量控制孔形。如果成孔的孔形出現(xiàn)擴(kuò)孔或塌孔，會(huì)導(dǎo)致根鍵頂推到孔壁土層中長度達(dá)不設(shè)計(jì)應(yīng)有的長度，甚至頂推的根鍵或?qū)⑷炕蛘卟糠直还嘧⒌幕炷痢鞍?，從而?dǎo)致根鍵的有效作用全部或者部分“失效”。根鍵帶動(dòng)周邊大范圍土體承擔(dān)上部荷載的功能“喪失”。只要根鍵式鉆孔灌注樁的成孔的孔形沒有出現(xiàn)擴(kuò)孔或塌孔，并且成孔的孔形平順平整，才能確保根鍵式鉆孔灌注樁有可靠的承載力。見圖1。

圖1 鉆孔成孔擴(kuò)孔、塌孔孔形示意

2.4 根鍵施工

2.4.1 鋼筋籠設(shè)計(jì)及根鍵布置方式

主筋采用16Ф28鋼筋，加強(qiáng)箍筋采用Ф28鋼筋設(shè)在主筋外側(cè)，自身搭接部分采用雙面焊。第一道根鍵設(shè)置在距樁頂向下2.0 m處，各層每隔0.8、1.9 m設(shè)置一道，環(huán)向箍筋采用Ф10鋼筋設(shè)在主筋外側(cè)。除預(yù)留孔位置處外，每0.2 m一道。鋼筋籠根鍵式預(yù)留孔尺寸600 mm×750 mm（主筋間距×環(huán)向箍筋豎向間距）。

按梅花形布設(shè)根鍵，其截面尺寸為150 mm×150 mm。采用Φ1.6 m長20 m的普通鉆孔灌注樁1根作為試驗(yàn)樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，進(jìn)行2根同直徑、同樁長的根鍵式鉆孔灌注樁的靜荷載試驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，采用根鍵長度和布置方式的不同設(shè)置2根根鍵式鉆孔灌注樁。選用①根鍵長550 mm，凈間距800 mm，梅花狀布置，第一層根鍵布置在距樁頂向下2.0 m處，每層4個(gè)根鍵，共布置16層，共計(jì)64個(gè)根鍵；②根鍵長550 mm，凈間距1 900 mm，梅花狀布置，第一層根鍵布置在距樁頂向下2.0 m處，共布置8層，每層4個(gè)根鍵，共計(jì)32個(gè)根鍵；兩根樁一共布置108個(gè)根鍵。見圖2、圖3。

圖2 Φ1.6樁基根鍵立面布置

圖3 Φ1.6樁基根鍵平面布置

2.4.2 根鍵預(yù)制及頂進(jìn)裝置

根鍵預(yù)制場(chǎng)地及存放場(chǎng)地先進(jìn)行硬化處理，根鍵鋼筋骨架在鋼筋加工廠制作，分類編號(hào)、懸掛標(biāo)識(shí)牌后堆放在指定區(qū)域。根鍵混凝土采用細(xì)石混凝土，采用振動(dòng)臺(tái)和X30振搗棒與鋼釬配合振搗密實(shí)。根鍵拆模后，根鍵采用覆蓋灑水養(yǎng)生7 d，按“先預(yù)制先頂堆、后預(yù)制后頂堆”的原則堆放并使用，待根鍵強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后方能使用。

根鍵頂進(jìn)裝置由反力架、千斤頂、錐壓件組成，與旋挖鉆配合進(jìn)行預(yù)制成型的根鍵頂進(jìn)施工。頂進(jìn)裝置的反力架由上頂板、滑臺(tái)和四根豎直的連桿聯(lián)接而成。四件滑臺(tái)通過圓形的鋼板環(huán)形成一體，在鋼板環(huán)形中間設(shè)置十字形的開槽，十字形的槽內(nèi)用以放置滑塊及根鍵，滑塊卡被限制在滑臺(tái)的卡槽內(nèi)，只能沿著水面方向作徑向移動(dòng)。錐壓件平面為十字形，豎立面為三角錐形結(jié)構(gòu)。上端與千斤頂相連的錐壓件放置在滑臺(tái)的十字形開槽內(nèi)，在反力架內(nèi)可軸向移動(dòng)?；瑝K的斜坡面與錐壓件的斜面相切，當(dāng)錐壓件受千斤頂?shù)膲毫ο蛳乱苿?dòng)時(shí)，錐壓件的三角錐形斜面向下移動(dòng)，移動(dòng)的水平距離由小變大，最大的水平運(yùn)動(dòng)距離是三角形的水面直角邊。三角錐形斜面向下移動(dòng)的同時(shí)，會(huì)對(duì)滑塊產(chǎn)生向下及徑向向外的兩分力。作用在根鍵上將其向外頂出的是滑塊徑向向外的分力，向下分力作用在滑臺(tái)上。

2.4.3 根鍵頂進(jìn)裝置與旋挖鉆系統(tǒng)連接

在進(jìn)行根鍵頂進(jìn)施工前，拆除旋挖鉆頭，安裝過油體，再將頂進(jìn)裝置與鉆桿連接。過油體上設(shè)置有收放線盤，頂進(jìn)施工時(shí)，過油體置于孔外正上方，鉆桿下放時(shí)，過油體同步下放油管，鉆桿提升時(shí)，過油體同步收油管，在整個(gè)頂進(jìn)施工過程中，油管保持自然垂直狀態(tài)，防止油管掛住鋼筋籠［3］。頂進(jìn)裝置與鉆桿連接時(shí)，設(shè)置有一個(gè)連接頭。該連接頭一端與鉆桿銷接，一端與頂進(jìn)裝置焊接。見圖4。

圖4 旋挖鉆與頂進(jìn)裝置連接

根鍵頂推裝置安裝連接在旋挖鉆鉆桿上，根鍵頂推時(shí)要精確調(diào)整鉆桿位置。旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)到孔外，工人將預(yù)制根鍵塞入頂推口，鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)復(fù)位，調(diào)整好旋挖鉆機(jī)的鉆桿，將調(diào)整回轉(zhuǎn)根鍵對(duì)準(zhǔn)鋼筋籠上的預(yù)留根鍵頂推孔，鉆桿往孔下移動(dòng)到該層根鍵高度位置。啟動(dòng)鉆液壓系統(tǒng)頂推根鍵，根鍵頂推完成后，提升鉆桿頂推進(jìn)裝置提升至孔外，重復(fù)安裝根鍵，按上述相同步驟依次自下至上完成所有根鍵頂進(jìn)。在進(jìn)行根鍵頂進(jìn)施工前，調(diào)整旋挖鉆鉆桿位置，使頂進(jìn)裝置位于鋼筋籠中心平面位置，防止頂進(jìn)裝置下放過程中剮蹭鋼筋籠或同一層根鍵入土深度不一致。下放頂進(jìn)裝置至孔口，量測(cè)4根聲測(cè)管至頂進(jìn)裝置外側(cè)的距離，前后左右調(diào)整旋挖鉆鉆桿，使其偏差控制在10 mm以內(nèi)，完成對(duì)中。采用人工安裝根鍵至頂進(jìn)裝置。

在根鍵頂進(jìn)裝置上加置4塊限位板，在根鍵頂進(jìn)施工時(shí)，精確定位根鍵的平面與豎向位置，保證保證能夠順利頂入鋼筋籠預(yù)留孔。在根鍵頂進(jìn)裝置上加置4塊限位板，利用鋼筋籠根鍵預(yù)留孔兩側(cè)聲測(cè)管作導(dǎo)向進(jìn)行控制。平面定位時(shí)，旋轉(zhuǎn)鉆桿進(jìn)行微調(diào)，使頂進(jìn)裝置上的滑槽套入聲測(cè)管。

豎向位置定位通過旋挖鉆鉆桿下放深度來控制。鋼筋籠制作成型后，以護(hù)筒頂面作為垂直方向的控制點(diǎn)，設(shè)置水平標(biāo)高控制線作為豎向深度零點(diǎn)，通過每層根鍵與護(hù)筒頂面的位置關(guān)系和水平標(biāo)高控制線與護(hù)筒的位置關(guān)系，計(jì)算出各層根鍵相對(duì)于水平標(biāo)高控制線的深度。鉆桿自身有測(cè)深功能，操作室設(shè)置有鉆桿下放深度感應(yīng)裝置，下放深度在儀表盤上直接顯示鉆桿下放深度，同時(shí)鋼筋籠根鍵預(yù)留口位置安裝有磁鐵，根鍵頂進(jìn)裝置上設(shè)有磁感應(yīng)器，裝置下到對(duì)應(yīng)位置后，感應(yīng)裝置指示燈亮，確定鉆桿下放深度位置準(zhǔn)確，從而保證根鍵能夠夠順利頂進(jìn)。

在根鍵下放至頂進(jìn)位置后，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，進(jìn)行根鍵頂進(jìn)。當(dāng)油表壓力讀數(shù)穩(wěn)定后，且油量不再下降，表示根鍵頂進(jìn)到位。根鍵豎向定位圖見圖5。

圖5 根鍵豎向定位

3 結(jié) 語

在傳統(tǒng)樁基施工的基礎(chǔ)上提出一種新的樁基施工方法，該方法通過豎向每隔一定距離環(huán)向打入預(yù)制根鍵的形式來增加樁基承載力。施工中采用根鍵頂推裝置將預(yù)制根鍵頂推到鉆孔側(cè)壁中，待鉆孔灌注樁水下混凝土澆筑完成后，預(yù)制根鍵與鉆孔灌注樁側(cè)壁組合形成整體，從而有效發(fā)揮根鍵的作用。這對(duì)樁基沉降有良好的控制效果，且縮短樁基長度作用明顯，材料節(jié)省，提高施工進(jìn)度；尤其對(duì)于軟土區(qū)域提高樁基承載力有明顯效果，也為類似工程施工提供了一種新的施工方法。