潛孔鉆+沖擊鉆組合施工方法在傾斜硬質(zhì)巖層樁基施工中的應(yīng)用

1 概述

　　樁基工程是橋梁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)不同水文、地質(zhì)、氣候條件，常規(guī)的樁基成孔工藝有旋挖鉆、沖擊鉆、回旋鉆、反循環(huán)和人工挖孔樁成孔等。但對(duì)于一些特殊地質(zhì)如硬質(zhì)斜巖地層嵌巖樁基，單一施工方法在斜面巖進(jìn)尺、孔平面偏位、豎直度、正常鉆進(jìn)速度等方面存在不足，且已不能很好滿足工程要求。

　　2 工程概況

　　本工程為104國(guó)道溫州西過境永嘉張堡至甌海桐嶺段改建工程（甌江特大橋），大橋于永嘉縣化學(xué)劑廠和礁下山南側(cè)先后跨越甌北陽(yáng)光大道及甌江至鹿城區(qū)洞橋制革基地，連接鹿城區(qū)與永嘉縣甌北兩區(qū)縣，與甌江河道基本垂直，全長(zhǎng)1332.72m。大橋主橋6#輔助墩樁基礎(chǔ)為10根直徑Φ2.0m的嵌巖鉆孔灌注樁，樁底標(biāo)高-18.0m，樁頂標(biāo)高-0.5m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)17.5m，該區(qū)原地面標(biāo)高4.2m左右，上部覆蓋層主要為粉質(zhì)粘土，淤泥夾粉細(xì)砂等，厚度為6.0m～15m，下部為強(qiáng)-中風(fēng)化流紋質(zhì)晶凝灰?guī)r、流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r，基巖面從北向南趨勢(shì)傾斜。根據(jù)實(shí)際情況擬采用沖擊鉆施工，但該范圍基巖為高強(qiáng)度斜巖面巖層，巖石強(qiáng)度達(dá)120MPa。鉆機(jī)進(jìn)入巖層后，鉆頭磨損嚴(yán)重且易斜孔，需反復(fù)回填處理，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。采用潛孔鉆輔助沖擊鉆施工，利用潛孔鉆掏“蜂窩煤”形式進(jìn)行取孔，再采用沖擊鉆進(jìn)行施工的方法，有效解決硬質(zhì)巖層難進(jìn)尺、斜巖宜偏孔等難題，其工藝簡(jiǎn)單、施工便捷、安全可靠，能加快施工速度并顯著節(jié)約施工成本。

　　3 工藝原理及特點(diǎn)

　　3.1 工藝原理

　　基于巖石破碎機(jī)理，樁基成孔前，采用潛孔鉆在樁位平面范圍內(nèi)取一定數(shù)量的小孔預(yù)鉆進(jìn)，對(duì)孔內(nèi)巖芯圓周進(jìn)行破壞，人為制造一定深度蜂窩狀排列的孔洞，增加巖層自由面，削弱樁基柱狀巖石的抵抗力，使之有利于沖擊鉆進(jìn)一步鉆進(jìn)，提高工作效率。潛孔鉆采用鋼套管跟進(jìn)鉆采技術(shù)，通過空壓機(jī)的高壓氣流將鉆渣排出孔外，確保覆蓋層鉆進(jìn)過程不至埋鉆（潛孔鉆頭）。斜巖面上的孔洞能與鉆頭刃腳形成咬合作用，防止鉆頭順斜巖面傾斜方向偏轉(zhuǎn)，有效避免樁孔偏斜，從而保證工程進(jìn)度、提高工程質(zhì)量。

　　 3.2 工藝特點(diǎn)

　?。?）潛孔鉆采用鋼套管跟進(jìn)鉆采技術(shù)，通過空壓機(jī)的高壓氣流將鉆渣排出孔外，有效地解決了覆蓋層不易成孔的問題。（2）鋼護(hù)筒頂口設(shè)置雙層鋼板框架定位裝置，起到鋼套管的定位和固定作用，能有效保證鉆孔的豎直度。（3）潛孔鉆預(yù)鉆孔在樁位巖面上鉆的多個(gè)孔洞，形成“蜂窩”狀的孔洞，有效地減小樁基柱狀巖石體積，人為制造樁基巖層的“臨空面”，能有效地削弱樁基柱狀巖石的抵抗力，能大大加快沖擊鉆進(jìn)效率。（4）斜巖區(qū)域的孔洞能與沖擊鉆頭刃腳形成咬合作用，防止鉆頭順斜巖傾斜方向偏轉(zhuǎn)，糾偏斜孔，大大減少了回填片石或高強(qiáng)度混凝土糾偏的工序，縮短樁基施工周期。

　　4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

　　4.1 施工工藝流程

　　4.2 操作要點(diǎn)

　　4.2.1 施工準(zhǔn)備

　?。?）平整場(chǎng)地，接通水、電源，合理布置，使現(xiàn)場(chǎng)井然有序，做到道路暢通。（2）做好材料、設(shè)備的需用量計(jì)劃，按計(jì)劃采購(gòu)并做好進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)。（3）做好施工人員分工，進(jìn)行詳細(xì)安全、技術(shù)交底。（4）做好測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)工作，對(duì)測(cè)量控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

　　4.2.2 鋼護(hù)筒施工

　　鋼護(hù)筒采用鋼板卷制，吊車配合振動(dòng)錘下放到位。鋼護(hù)筒施工具體有以下幾點(diǎn)要求：（1）鋼護(hù)筒內(nèi)徑大于樁徑至少 　　200mm。（2）護(hù)筒中心與樁中心的平面位置偏差應(yīng)不大于

　　50mm，護(hù)筒在豎直方向的傾斜度應(yīng)不大于1%。（3）護(hù)筒頂宜高于地面0.3m或水面1.0～2.0m，有潮汐影響的水域，護(hù)筒頂應(yīng)高出施工期間最高潮水位1.5～2.0m。（4）陸地護(hù)筒的底部與外側(cè)四周采取黏質(zhì)土回填并分層夯實(shí)，使護(hù)筒底口處不致漏失泥漿。

　　4.2.3 定位裝置安裝

　　定位裝置為雙層鋼板和工字鋼制作而成框架結(jié)構(gòu)，放置在鋼護(hù)筒頂口，起導(dǎo)向、固定鋼套管的作用。

　　定位裝置制作與安裝具體要求如下：（1）上層鋼板比鋼

　　護(hù)筒外徑大20cm～30cm，下層鋼板比鋼護(hù)筒內(nèi)徑小20cm。（2）鋼板上的定位孔現(xiàn)場(chǎng)劃線切割，直徑比鋼套管外徑大

　　30mm。定位孔成梅花型布置，具體數(shù)量和位置根據(jù)計(jì)算確定，使其能達(dá)到最佳減小樁基巖石抵抗力的效果。（3）利用工字鋼將上下兩層鋼板焊接成整體，加工精度滿足：工字鋼與鋼板垂直，上下兩層鋼板平行，定位孔上下對(duì)應(yīng)。（4）定位裝置安裝前，檢查鋼護(hù)筒頂口是否平整，有必要時(shí)進(jìn)行局部處理。（5）吊機(jī)吊裝定位裝置就位，保證安裝精度符合要求：上層鋼板頂面平整，鋼板中心與鋼護(hù)筒中心重合。（6）定位裝置安裝后復(fù)核其精度滿足要求后，在鋼護(hù)筒外側(cè)四周焊接牛腿將定位裝置固定，保證鉆進(jìn)過程不偏移。

　　4.2.4 鋼套管安裝

　　鋼套管采用內(nèi)徑150mm，壁厚5mm的鍍鋅管，鍍鋅管采用電焊焊接接長(zhǎng)。預(yù)先將鋼套管從雙層鋼板定位孔穿過打設(shè)至覆蓋層，待潛孔鉆進(jìn)過程中再跟進(jìn)至巖層頂面。

　　4.2.5 潛孔鉆進(jìn)

　　潛孔鉆就位，鉆桿順著鋼套管接長(zhǎng)取孔，取孔的鉆渣由空壓機(jī)順鋼套管吹出。待取孔至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高50cm時(shí)停止取孔，然后開始取第二個(gè)孔，如此循環(huán)直至取完最后一個(gè)孔。

　　潛孔鉆進(jìn)的具體操作要點(diǎn)：（1）正式鉆孔前，先空鉆調(diào)試好鉆機(jī)，確認(rèn)正常工作后正式鉆進(jìn)。（2）鉆進(jìn)過程始終保持鉆桿豎直且位于鋼套管中心，避免與鋼套管發(fā)生碰撞。（3）覆蓋層鉆進(jìn)及時(shí)跟進(jìn)鋼套管，保證鉆桿在預(yù)埋的鋼套管中鉆進(jìn)，通過空壓機(jī)的高壓氣流將鉆渣（覆蓋層）吹散排出孔外，實(shí)現(xiàn)覆蓋層正常鉆進(jìn)及過程不至埋鉆。（4）潛孔鉆進(jìn)至覆蓋層與巖石交接面時(shí)要低速慢進(jìn)，待完全進(jìn)入巖層后方可提高鉆速正常鉆進(jìn)，防止交界面斜巖對(duì)鉆頭產(chǎn)生偏心受力，造成鉆頭損壞。（5）潛孔鉆桿按編號(hào)順序使用，存放時(shí)注意保護(hù)連接絲扣完好性，接長(zhǎng)時(shí)須將絲扣擰到位，防止鉆進(jìn)過程中松動(dòng)發(fā)生斷桿現(xiàn)象。（6）做好鋼套管頂口的防護(hù)工作，避免鉆進(jìn)過程中鉆渣飛濺。

　　4.2.6 沖擊鉆進(jìn)

　　潛孔鉆取孔完畢后，換沖擊鉆進(jìn)直至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。沖擊鉆進(jìn)的操作要點(diǎn)：（1）鉆孔前，測(cè)量放出樁中心位置，并用鋼筋在鋼護(hù)筒四周做好牢固的護(hù)樁，備隨時(shí)復(fù)核鉆孔中心偏位情況。（2）鉆機(jī)底座安放牢固可靠，保證鉆機(jī)鉆進(jìn)過程不產(chǎn)生水平位移和沉降。（3）開鉆前，采用膨潤(rùn)土在鋼護(hù)筒內(nèi)造漿，護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)也是調(diào)試泥漿的過程，保證泥漿質(zhì)量符合要求后方可繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆孔過程中加大泥漿檢測(cè)頻率。（4）鉆孔過程須及時(shí)填寫記錄表，每?jī)尚r(shí)記錄一次，并做好渣樣取樣工作。（5）根據(jù)孔內(nèi)情況，不定期進(jìn)行孔內(nèi)泥漿循環(huán)，排除鉆渣，調(diào)試泥漿性能。（6）沖擊鉆進(jìn)遇斜巖偏孔時(shí)，及時(shí)采用高強(qiáng)度混凝土或片石回填糾偏，防止鉆孔傾斜。

　　4.2.7 終孔

　　沖擊鉆至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，對(duì)孔中心位置、孔徑、孔深等進(jìn)行檢查，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求后即可終孔，并立即進(jìn)行一清工作。

　　4.2.8 成樁施工

　　成樁施工有鋼筋籠安裝、砼澆筑工序，與常規(guī)施工一致。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　潛孔鉆+沖擊鉆組合施工方法在104國(guó)道甌江大橋項(xiàng)目6#墩樁基施工成功運(yùn)用，從計(jì)劃30天縮短至15天，有效解決硬質(zhì)巖層難進(jìn)尺、斜巖宜偏孔等難題，其工藝簡(jiǎn)單、施工便捷、安全可靠，能加快施工速度并顯著節(jié)約施工成本，對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。