李向陽(yáng) 許騰飛

中交路橋華東工程有限公司 上海 201210

灌注樁是指在橋梁設(shè)計(jì)樁位上通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土及人力挖掘等手段在土體中開孔，并在孔內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，根據(jù)成孔方法不同，灌注樁分為沉管、鉆孔灌注樁及挖孔灌注樁等[1]，依據(jù)鉆孔機(jī)械不同，又分為沖擊鉆孔，旋挖鉆孔，回旋鉆孔，氣舉反循環(huán)成孔，泵吸反循環(huán)成孔等。

山區(qū)及丘陵地區(qū)高速公路橋梁中，樁基施工常用的成孔方式采用人工挖孔、沖擊鉆鉆進(jìn)以及旋挖鉆鉆進(jìn)的方式成孔。山區(qū)及丘陵地區(qū)高速往往線路長(zhǎng)，沿線地層分布不均，變化較大，同時(shí)受地形及場(chǎng)地限制。如何根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌及地質(zhì)條件合理選擇成孔方式，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度及成本控制具有重大意義。本文結(jié)合湖南省白倉(cāng)至新寧清江橋高速公路項(xiàng)目橋梁樁基現(xiàn)場(chǎng)施工情況，對(duì)各類常用成孔方式進(jìn)行分析、總結(jié)，可為后續(xù)類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

邵陽(yáng)縣白倉(cāng)至新寧縣清江橋高速公路，起點(diǎn)位于湖南省邵陽(yáng)縣塘渡口鎮(zhèn)，終點(diǎn)位于新寧縣清江橋鄉(xiāng)，路線全長(zhǎng)45.423km。

本項(xiàng)目橋梁樁基設(shè)計(jì)均為灌注樁，大部分為端承樁，少數(shù)為摩擦樁。

樁徑類型有Φ1.2m、Φ1.3m、Φ1.4m、Φ1.6m、Φ1.8m、Φ2.0m、Φ2.2m；最短樁長(zhǎng)15m，最長(zhǎng)樁長(zhǎng)51.5m，端承樁（除溶洞外）樁長(zhǎng)均小于30m，摩擦樁基本為40余米。

1.2 工程自然條件

1.2.1 地形地貌

本線路地勢(shì)起伏變化較大，呈兩端高、中間低的形式，地面高程226.12m～374.96m。地貌類型主要有河谷階地地貌，為夫夷水及其支流階地，低山丘陵間溝谷地和丘陵、丘崗地貌，三類地貌沿線交錯(cuò)分布，總體上為低山丘陵地貌。

1.2.2 地質(zhì)條件

本標(biāo)段線路上覆地層主要為人工填土、沖洪積成因的粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、粗砂、卵石，殘坡積成因的粘土、粉質(zhì)粘土、碎石。

下伏基巖為頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、砂巖、灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥巖等。沿線分布不均勻，變化大，主要為碳酸鹽巖類，巖溶較發(fā)育，存在多種巖溶形態(tài)，如溶溝、溶槽、溶洞等。

1.2.3 水文地質(zhì)條件

項(xiàng)目走廊帶散布大量的水塘、水庫(kù)，主要河流為夫夷水及其支流，屬資水南源。呈平行羽狀分布，流程短，落差大，流域面積小。

地下水主要位于第四系松散堆積層中，分別為巖裂隙水、孔隙水和碳酸鹽巖裂隙水三種類型。

1.2.4 周邊環(huán)境

本項(xiàng)目位于湘中丘陵地帶，沿線居民區(qū)較多且集中，主線橋梁主要跨越國(guó)道、縣道及低山丘陵間農(nóng)田地段。天橋均位于主線挖方段，上跨新建高速，地勢(shì)較陡，且無進(jìn)場(chǎng)道路。

起點(diǎn)設(shè)樞紐互通與既有高速公路相接?；ネǚ秶鷥?nèi)設(shè)置拼寬橋梁1座，跨線橋（既有高速路基改橋）1座，天橋、渡槽各1座，上跨新建高速匝道及原高速。

2 常見樁基成孔方式工藝原理、適用條件

2.1 人工挖孔

2.1.1 工藝原理

人工挖孔樁，主要成孔工藝有兩種，一種為爆破結(jié)合人工挖土，一種為水磨鉆成孔。

水磨鉆成孔采用立式三相工程水磨鉆機(jī)，配合人工挖孔清渣使用，利用鉆機(jī)套筒周邊的刀片在鉆機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)下切割巖體，并將巖體切入套筒內(nèi)，待鉆入一定深度后提出套筒，敲斷并清除筒內(nèi)巖石，鉆機(jī)取出巖芯后，中間巖石和周邊巖壁形成臨空面，再用鉆機(jī)或鐵鍬鑿碎中間巖石，吊運(yùn)出渣[2]。

人工挖孔即人工在孔內(nèi)用鐵鏟或風(fēng)鎬進(jìn)行取土（鑿巖），過程中逐節(jié)澆筑護(hù)壁。地質(zhì)為巖層時(shí)，配合炸藥進(jìn)行巖層松動(dòng)，然后人工進(jìn)入取土。

2.1.2 適用條件

⑴水磨鉆適于巖石較硬，樁基長(zhǎng)度不大于20m，且周邊臨靠建筑較近，對(duì)臨邊建筑保護(hù)要求高的地段。

⑵人工挖孔適用于主要適于施工場(chǎng)地狹窄或缺水源、地質(zhì)較好地段的地段。樁基長(zhǎng)度不宜大于20m。

2.2 沖擊鉆成孔

2.2.1 工藝原理

利用鉆機(jī)不斷地提錐、落錐反復(fù)沖擊孔底，即采用適當(dāng)?shù)臎_程和沖擊頻率，把地層中的泥砂、石塊擠向四壁或打成碎渣，通過泥漿循環(huán)或掏渣筒掏渣實(shí)現(xiàn)出渣，重復(fù)上述過程,至鉆進(jìn)深度達(dá)要求深度而實(shí)現(xiàn)成孔的。

2.2.2 適用條件

⑴地質(zhì)：特別是對(duì)卵石層地質(zhì)條件中鉆孔最為適用。⑵樁長(zhǎng)：不大于80m。⑶樁徑：適用于0.8m～3m。

2.3 旋挖鉆成孔

2.3.1 工藝原理

旋挖成孔首先是通過底部帶有活門的桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆孔機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，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。對(duì)粘結(jié)性好的巖土層，可采用干式或清水鉆進(jìn)工藝，無需泥漿護(hù)壁。而對(duì)于松散易坍塌地層，或有地下水分布，孔壁不穩(wěn)定，必須采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)工藝，向孔內(nèi)投入護(hù)壁泥漿或穩(wěn)定液進(jìn)行護(hù)壁。

2.3.2 適用條件

⑴地質(zhì)：一般用于砂土、粘性土、粉質(zhì)土等土層及軟弱地質(zhì)差的地段。⑵樁長(zhǎng)：不大于80m。

3 樁基成孔方式選擇

為加快施工進(jìn)度，在地質(zhì)條件、場(chǎng)地條件允許的情況下優(yōu)先選擇旋挖鉆成孔。

本項(xiàng)目位于巖溶區(qū)，巖溶發(fā)育，且項(xiàng)目三跨夫夷水河，為河谷階地地貌，上覆地層為卵石層，層厚3～4m，易塌孔。針對(duì)巖溶樁基、卵石層，項(xiàng)目采用沖擊鉆鉆孔施工，充分利用泥漿護(hù)壁特點(diǎn)，防止塌孔，同時(shí)通過回填黏土、片石能很好的解決硬質(zhì)巖層傾斜大，出現(xiàn)巖溶等情況，同時(shí)在施工中經(jīng)過不斷沖擊砸實(shí)能有效的解決漏漿、塌孔等問題[3]。

起點(diǎn)樞紐互通拼寬橋梁樁基與原橋樁基凈距僅2.13m，天橋、渡槽樁基位于原高速挖方段碎落臺(tái)位置，距離高速較近，安全風(fēng)險(xiǎn)高。為減少拼寬橋梁樁基施工對(duì)原橋梁的擾動(dòng)，同時(shí)為降低邊通車邊施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，拼寬橋梁及天橋、渡槽樁基采用人工挖孔（水磨鉆）法施工。主線天橋均位于挖方邊坡內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)無大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)及施工條件，主線天橋樁基同樣采用人工挖孔（水磨鉆）法施工。

4 各類成孔方式實(shí)施過程及效果

4.1 人工挖孔

⑴工期：人工挖孔一般地質(zhì)條件下，實(shí)際綜合工效1m/d；有效施工工效1.5m/d。水磨鉆在一般地質(zhì)條件下，實(shí)際綜合工效0.8m/d，有效施工工效1.2m/d。⑵成本：采用人工、爆破的，不含稅單價(jià)550元/m3（除混凝土、炸材外所有施工費(fèi)用）；采用水磨鉆的，不含稅單價(jià)800元/m3（除混凝土外所有施工費(fèi)用），水磨鉆單價(jià)為常規(guī)單價(jià)，具體根據(jù)實(shí)際情況確定。⑶質(zhì)量效果：人工開挖成孔施工操作工藝簡(jiǎn)單、施工方便、不需要大型機(jī)械設(shè)備，可同時(shí)進(jìn)行多樁施工，單樁承載力高，可直接檢查樁外形尺寸和直接確認(rèn)樁地質(zhì)情況、受力性能可靠，抗震能力強(qiáng)，施工質(zhì)量易保證。水磨鉆對(duì)于施工擾動(dòng)要求較高的情況下更為適用。⑷安全效果：挖孔過程勞動(dòng)強(qiáng)度大、單樁施工速度緩慢、施工中的安全隱患也非常突出。必須采取井下作業(yè)，人身安全問題較大，施工安全管理難度較大[4]。同時(shí)受天氣影響明顯，遇地下水較高時(shí)抽水對(duì)周邊建筑物的影響比較大。

4.2 沖擊鉆成孔

⑴工期：嵌巖樁地質(zhì)條件下，實(shí)際綜合工效（黏土層）3～4m/d；有效施工工效4～5m/d。實(shí)際綜合工效（淤泥層）6～8m/d；有效施工工效10m/d。實(shí)際綜合工效（碎石、全風(fēng)化層）4～5m/d；有效施工工效5～6m/d。實(shí)際綜合工效（強(qiáng)風(fēng)化層）3～4m/d；有效施工工效4～5m/d。實(shí)際綜合工效（中風(fēng)化層）1m/d；有效施工工效1～1.5m/d。⑵成本：不含稅單價(jià)250～500元/m3（除混凝土、磚渣外運(yùn)外所有施工費(fèi)用），孔徑1.2m～2.5m，孔徑與單價(jià)成反比。⑶質(zhì)量效果：沖擊鉆錐以自由落體的方式?jīng)_擊巖土。由于鉆頭質(zhì)量大，沖擊末速度較高，沖擊力大，能夠有效地破碎較硬的巖石；沖擊土層時(shí)的沖擠作用形成的孔壁較為堅(jiān)固；鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)泥漿循環(huán)的作用，使得懸浮鉆渣循環(huán)至孔口排除，并保持了孔壁穩(wěn)定,泥漿用量少；使用沖擊鉆機(jī)所成的孔更穩(wěn)固，大大減小了塌孔現(xiàn)象的出現(xiàn)機(jī)率，在灌注混凝土前孔內(nèi)泥漿能達(dá)到更加潔凈的指標(biāo)。⑷安全效果：沖擊鉆自重較輕，設(shè)備較少，相對(duì)于旋挖樁等設(shè)備多的機(jī)械安全隱患少；占用場(chǎng)地較少，標(biāo)準(zhǔn)化施工可達(dá)到復(fù)制性就位；鉆機(jī)所使用設(shè)備簡(jiǎn)單，安裝方便，減少了外部機(jī)械所帶來的的安全問題；采用電腦控制系統(tǒng)，設(shè)置沖程后可自動(dòng)沖擊。

4.3 旋挖鉆成孔

⑴工期：一般地質(zhì)條件下，實(shí)際綜合工效80～100m/d；有效施工工效90～110m/d。⑵成本：孔徑1.3m及以下，不含稅單價(jià)200元/m3（除混凝土、磚渣外運(yùn)外所有施工費(fèi)用）；孔徑1.5m～2.0m，不含稅單價(jià)180元/m3（除混凝土、磚渣外運(yùn)外所有施工費(fèi)用）。⑶質(zhì)量效果：自動(dòng)化程度高、成孔速度快、質(zhì)量高。鉆進(jìn)過程中一些施工參數(shù)如轉(zhuǎn)速、鉆壓力、深度等有電腦顯示，可有效的控制成樁的垂直度，防止超挖和欠挖。采用全程鋼套跟進(jìn)還可以避免縮徑等樁身質(zhì)量缺陷，切實(shí)解決了復(fù)雜地層護(hù)壁難的問題，鉆孔質(zhì)量好。⑷安全效果：采用了國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，性能優(yōu)異，自動(dòng)化程度高，在施工時(shí)能夠自行移動(dòng)并達(dá)到移動(dòng)、孔位對(duì)準(zhǔn)方便、快捷，減少人工操作，相對(duì)比較其他鉆機(jī)如沖擊鉆需要較多人工操作的鉆機(jī)，有效的減少了人和機(jī)械之間的危險(xiǎn)因素。

5 存在問題及建議

5.1 存在問題

⑴人工挖孔樁：人工挖孔樁需要人下井作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度高，工作環(huán)境及條件較差，如遇到腐植層、煤炭層等不良地層情況下存在一氧化碳或瓦斯等有毒氣體產(chǎn)生，直接危害作業(yè)人員生命安全；如遇到回填土、含承壓地下水土層、流砂、膨脹性等軟弱土層時(shí)，易發(fā)生塌孔危及施工人員安全。⑵沖擊鉆：污染環(huán)境，不環(huán)保；循環(huán)泥漿，沉淀出渣需要泥漿池，占用較大的施工場(chǎng)地。此外，沖擊鉆沖擊過程容易偏孔及吊錘，大孔徑施工需要分級(jí)進(jìn)行擴(kuò)孔，沖擊震動(dòng)受干擾比較大。⑶旋挖鉆：旋挖鉆機(jī)受地層地質(zhì)情況的制約，遇硬質(zhì)巖層、卵石層，孤石層時(shí)鉆進(jìn)困難，易發(fā)生事故。同時(shí)，由于旋挖鉆體型較大，重量較重，對(duì)場(chǎng)地大小及承載力要求較高。

5.2 建議

⑴人工挖孔樁：人工挖孔樁施工過程中，主要受地下水及孔內(nèi)流沙、淤泥等因素影響，嚴(yán)重可能造成較大的質(zhì)量或安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)兩項(xiàng)應(yīng)針對(duì)性采取處理措施。

1）地下水：水問題在工程人工挖孔樁中屬于常見問題，含水層中的水會(huì)因開挖時(shí)平衡狀態(tài)的破壞，導(dǎo)致周圍的靜態(tài)水流入孔內(nèi)。

①關(guān)于滲水的處理，采用膨脹性材料，通過遇水膨脹達(dá)到堵水效果。

②關(guān)于孔內(nèi)積水的處理，如滲水量較大，發(fā)生涌水情況，無法單純的通過堵水措施解決時(shí)，可采用抽水泵放置井底邊挖邊抽，保證孔內(nèi)不積水?；?qū)撍弥糜诳變?nèi)中部涌水處，從源頭解決。

③當(dāng)以上兩種方法均不能解決時(shí)，可考慮在場(chǎng)地四周通過管井降水或分流，但應(yīng)注意周邊環(huán)境，考慮由于地下水位下降而導(dǎo)致的地表下沉。

2）流砂或易坍塌地層：在遇有流動(dòng)的細(xì)砂、粉砂層地質(zhì)時(shí)，較容易形成流砂，甚至?xí)l(fā)生井漏，造成嚴(yán)重的后果。因此，要在施工時(shí)就采取一系列有效可靠的措施，來確保施工順利安全進(jìn)行。

①當(dāng)流砂情況較輕時(shí)，有效的方法是將每次開挖深度縮短，減少孔壁暴露時(shí)間，并及時(shí)施做混凝土護(hù)壁，必要時(shí)護(hù)壁內(nèi)增設(shè)鋼筋，以保證護(hù)壁的穩(wěn)定性。

②當(dāng)流砂情況較重時(shí)，可以采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)，或在開挖過程中遇該類地層時(shí)，沿孔底下方向四周鉆孔注漿，形成止水帷幕，提高孔內(nèi)周邊土體的穩(wěn)定性，從而有效控制塌方等情況。

⑵沖擊鉆：沖擊鉆機(jī)特別適用于山區(qū)丘陵嵌巖樁的成孔。表層為軟弱土?xí)r，可以通過換填地表土，以求穩(wěn)固鉆機(jī)。也可以根據(jù)工地的實(shí)際情況自行組裝，并且具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。在鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作程序的繁簡(jiǎn)上，沖擊鉆優(yōu)于旋挖鉆機(jī)。

⑶旋挖鉆：遇到易塌陷地層時(shí)，采用高質(zhì)量靜態(tài)泥漿造壁，同樣應(yīng)嚴(yán)格遵守以前鉆機(jī)的慢進(jìn)多掃的技術(shù)要求。在通過膨脹性土層時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)掃孔，防止縮徑的發(fā)生。

嚴(yán)格控制成孔過程中提升斗的升降速度和鉆進(jìn)速度，若鉆機(jī)升降鉆斗時(shí)速度過快，鉆斗外壁和孔壁之間的泥漿沖刷孔壁，再加上鉆斗下部產(chǎn)生較大負(fù)壓作用，造成孔壁頸縮、坍塌現(xiàn)象。當(dāng)鉆斗在粉砂層或亞砂土層作業(yè)時(shí)，其升降速度應(yīng)更加緩慢。必要時(shí)，針對(duì)特殊軟弱地層，限制鉆機(jī)作業(yè)成孔的時(shí)間，通過3～4根的試樁，測(cè)定掌握最佳的科學(xué)成孔時(shí)間后，再規(guī)范指導(dǎo)旋挖鉆機(jī)正常施工。

回轉(zhuǎn)斗提升時(shí)下方產(chǎn)生較大負(fù)壓，導(dǎo)致提升阻力增大及孔壁收縮、坍塌。這個(gè)原因?qū)е乱恍┭睾┩寇浕貐^(qū)禁止采用旋挖鉆機(jī)的政策，可通過技術(shù)改進(jìn)，側(cè)壁加焊導(dǎo)流槽，利于泥漿的導(dǎo)流，減小樁孔內(nèi)的負(fù)壓。同時(shí)底盤加焊?jìng)?cè)齒，控制回轉(zhuǎn)斗與刀尖間的距離，防止回轉(zhuǎn)斗升降旋轉(zhuǎn)時(shí)碰壞孔壁。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合湖南省白倉(cāng)至新寧清江橋高速公路項(xiàng)目所處位置地形地貌，地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，以及項(xiàng)目環(huán)境等情況，根據(jù)不同成孔方式的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，合理的選擇了人工挖孔樁、沖擊鉆及旋挖鉆施工。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)施工論證，本項(xiàng)目樁基施工工期、安全、質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)可行，可為類似項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)參考。