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1、多機(jī)成孔工藝在復(fù)雜地質(zhì)條件下大直徑超長(zhǎng)樁中的施工應(yīng)用馬重剛 謝小飛 李建勇 敬翔 粟周毅（中建三局建設(shè)工程股份有限公司 湖北 武漢 430070）摘要：武漢江漢六橋工程主橋?yàn)殡p塔雙索面自錨式懸索橋，主墩樁基為大直徑超長(zhǎng)樁，最大成孔深度高達(dá)120m，穿越地層復(fù)雜，施工難度大，工期緊，若采用單一的成孔工藝很難保證進(jìn)度及成樁質(zhì)量，為此結(jié)合本工程特點(diǎn)選用“多機(jī)成孔工藝”，即覆蓋層采用旋挖鉆，巖層采用氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)“接力施工”，不僅提高了施工效率，且保證了成樁質(zhì)量，為今后其他工程提供了可借鑒之處。Abstract：The main bridge of the sixthhanjiang bridge2、 in Wuhan is a self-anchored suspension bridge with double pylons and double cable planes. The main pylon pile foundation with large diameters is extremely long.The maximum drilling depth is 120 m. The crossing formation is complex and the construction is very difficult and the construction periodis3、 very short. The construction quality and time planning cannot be guaranteed if the single drilling technology was used in this project. So, based on the engineering characteristics of this project, we use the muti-machine drilling technology. That is the auger drilling overburden and airlifting rev4、erse circulation rotary drilling strata. The muti-machine drilling technology not only can increase construction efficiency, but also can guanatee quality.It offers reference for dealing with similar problems in future.關(guān)鍵詞：多機(jī)成孔工藝；大直徑超長(zhǎng)樁；旋挖鉆；氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆；Key words：Muti-machine drilling technology; extrem5、ely long and large diameter piles; auger drill; airlifting reverse circulation rotary drilling.1 概述隨著國(guó)內(nèi)橋梁、鐵路事業(yè)的發(fā)展，鉆孔灌注樁的應(yīng)用越來越廣泛，樁基施工工藝也日臻成熟。尤其近年來出現(xiàn)的旋挖鉆機(jī)以其成孔效率高、成孔質(zhì)量好、孔壁泥皮薄（孔壁呈螺旋線狀，利于摩擦樁側(cè)摩阻力）、可實(shí)現(xiàn)垂直度的自動(dòng)調(diào)節(jié)和鉆孔深度的精確計(jì)量、塵土泥漿污染少、地層適應(yīng)性強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，逐漸取代了其他鉆機(jī)，成為鉆孔灌注樁施工首先考慮的機(jī)型。但對(duì)于大直徑超長(zhǎng)樁的施工，由于對(duì)鉆桿強(qiáng)度的要求較高，國(guó)內(nèi)在成孔深度90m以上的鉆6、孔灌注樁一般不采用旋挖鉆施工工藝。對(duì)于施工工期緊、施工難度大的大直徑超長(zhǎng)樁，采用單一的施工工藝已不能滿足當(dāng)前的施工要求，“多機(jī)成孔工藝”概念的提出應(yīng)運(yùn)而生。“多機(jī)成孔工藝”是指根據(jù)不同地層在同一孔段內(nèi)選用兩種或者兩種以上的施工工藝而有效成樁的工藝。目前，“多機(jī)成孔工藝”在少數(shù)工程中已得到應(yīng)用，多選用旋挖鉆與沖擊鉆的“接力鉆進(jìn)”施工工藝，效果明顯，但對(duì)于其他鉆機(jī)的組合應(yīng)用工藝仍處于摸索與探討的階段，技術(shù)尚不成熟，本文結(jié)合武漢江漢六橋主塔樁基施工實(shí)際情況，針對(duì)旋挖鉆與氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的“接力鉆進(jìn)”在大直徑超長(zhǎng)樁中的施工應(yīng)用作分析研究。2 工程概況及地質(zhì)條件武漢江漢六橋工程主橋?yàn)殇摶旖Y(jié)合梁雙塔雙索7、面自錨式懸索橋，全長(zhǎng)682m，橋跨布置為110+452+110m，兩側(cè)增設(shè)48+57m壓重跨。主塔基礎(chǔ)采用分離式承臺(tái)，承臺(tái)尺寸16.9m16.9m5.5m，單幅承臺(tái)行列式布置9根2.5m的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)110m，設(shè)計(jì)為摩擦端承樁。橋址臨近河道微彎處，北岸為淤積岸，南岸為沖刷岸，地質(zhì)條件復(fù)雜，地層分布不均勻，表層2.7m范圍內(nèi)以素填土、雜填土為主；2.7m13.9m以粉質(zhì)黏土為主，局部夾粉土、粉砂；13.9m28m以粉砂層為主；28m31.5m以細(xì)砂層為主；31.5m54.1m以中粗砂為主；54.1m62m以細(xì)砂層為主，局部夾雜粉質(zhì)黏土；62m66.5m以卵石層為主；66.5m100m以粉質(zhì)黏8、土為主，局部夾雜強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖；100m120m以石英砂巖為主，局部地層覆蓋中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化碳質(zhì)頁(yè)巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r等。圖2.1.1 武漢江漢六橋主橋正面圖3 多機(jī)成孔工藝確定主橋3#、4#墩基礎(chǔ)采用筑島施工，枯水期結(jié)束前施工必須完成，樁基工期要求75天，施工工期緊，樁基直徑大，成孔深度深，穿越土層復(fù)雜，嵌巖深度大、且?guī)r石軸心抗壓強(qiáng)度高達(dá)100MPa，成樁質(zhì)量要求高，成孔難度大。結(jié)合橋位處地質(zhì)條件，覆蓋層鉆進(jìn)施工選用旋挖鉆施工，其具有施工工效快，自動(dòng)化程度高，可自動(dòng)檢測(cè)鉆孔深度及垂直度的特點(diǎn)。考慮到旋挖鉆受功率及鉆桿的限制，在深度超過90m的巖層上鉆進(jìn)施工，其成孔9、效率及成孔質(zhì)量，特別是垂直度無法得到保證，因此巖層鉆進(jìn)施工不考慮旋挖鉆。常規(guī)的巖層成孔可采用沖擊鉆反循環(huán)、氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)這三種工藝，我們對(duì)這三種工藝在巖層中施工功效進(jìn)行比較分析，具體見表3-1所示：表3-1 三種鉆機(jī)在巖層中施工工藝對(duì)比分析序號(hào)工藝工藝分析比較1沖擊反循環(huán)（1）工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，成本投入少，但巖層進(jìn)尺難度大，平均進(jìn)尺在0.1m/d0.2m/d，成孔周期長(zhǎng)，耗電量大、鋼絲繩磨損大。（2）沖擊反循環(huán)行程無法達(dá)到施工要求，成孔深度無法滿足要求。2泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)（1）管路容易漏氣、鉆頭鉆桿容易堵塞，冬季施工真空管路容易凍結(jié)、真空表接頭堵塞或真空表易損壞10、等，影響施工。（2）泵吸反循環(huán)在孔深超過80m后，效率大幅降低。（3）在巖層平均進(jìn)尺0.3m/d0.5m/d，進(jìn)尺效率不高，工期壓力大。3氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)（1）鉆桿內(nèi)水流上升速度與鉆桿內(nèi)外液柱壓力差有關(guān)，只需相應(yīng)地增加和供氣壓力就可保持理想的上升速度。（2）氣舉反循環(huán)在孔深超過50m后，鉆進(jìn)效率高而穩(wěn)定。（3）在巖層中平均進(jìn)尺在1m/d1.2m/d，可滿足工期要求。通過以上分析，若成孔采用氣舉反循環(huán)進(jìn)行施工，那么在覆蓋層鉆進(jìn)施工工期較長(zhǎng)，若采用旋挖鉆施工，那么成孔深度超過90m后效率低，且旋挖鉆在巖層中成孔難度較大，功效較低，垂直度無法保證。因此本工程結(jié)合兩種工藝的優(yōu)勢(shì)，樁基采用大功率旋挖鉆11、+氣舉反循環(huán)“接力鉆進(jìn)”工藝。圖4-1 多機(jī)成孔工藝施工流程4 多機(jī)成孔工藝施工流程采用旋挖鉆+氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆多機(jī)成孔工藝，即先采用旋挖鉆施工覆蓋層，旋挖鉆施工至接近巖層處時(shí)，換機(jī)為氣舉反循環(huán)鉆機(jī)繼續(xù)施工，直至達(dá)到設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。其施工流程如圖4-1所示。5 多機(jī)成孔工藝關(guān)鍵技術(shù)5.1 多機(jī)成孔工藝泥漿配置本工程對(duì)泥漿指標(biāo)主要依據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范規(guī)范（JTJ041-2000）中提到的泥漿性能指標(biāo)選擇進(jìn)行取值。結(jié)合旋挖鉆施工泥漿屬于靜態(tài)泥漿護(hù)壁及減少泥漿配置次數(shù)，泥漿配置以氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工為主，參考規(guī)范（JTJ041-2000）中對(duì)反循環(huán)施工泥漿性能指標(biāo)，本工程樁基施工泥漿性能如下表所12、示。泥漿原材料組成：自來水、膨潤(rùn)土（鈣質(zhì)）、碳酸鈉。泥漿配合比由試驗(yàn)室配置，通過試驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果，本工程樁基泥漿膨潤(rùn)土摻入量為水的11%12%，碳酸鈉摻入量為膨潤(rùn)土的10%40%，能夠滿足施工要求。表5.1-1 江漢六橋主墩樁基采用多機(jī)成孔工藝泥漿性能一覽表鉆孔方法比重含砂率（%）粘度（Pas）膠體率（%）失水率（ml/30min）泥皮厚(mm/30min)PH旋挖鉆+氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)1.081.1541825952038105.2 多機(jī)成孔工藝二次對(duì)中問題根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTG/T F50-2011）對(duì)鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：孔的中心位置偏差不大于10cm，傾斜度1%。在實(shí)13、際施工操作時(shí)，鉆頭中心與樁孔中心的偏差一般控制在5cm內(nèi)。采用多機(jī)成孔工藝對(duì)鉆孔中心存在二次定位，必然會(huì)引起二次偏差。覆蓋層90m深度采用旋挖鉆，偏差按1%考慮，則旋挖鉆成孔到90m深度后，孔底平面中心與原樁中心偏差。換用氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，須重新對(duì)孔位對(duì)中。因氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)對(duì)中還不能實(shí)現(xiàn)如旋挖鉆自動(dòng)調(diào)節(jié)鉆桿垂直度、鎖定孔中位置。在實(shí)際施工操作中，考慮鉆頭制作偏差、鉆頭磨損偏差、人為因素、鉆機(jī)平整度、鉆桿垂直度等，鉆桿與樁孔重新對(duì)位時(shí)誤差在5cm左右，若按此施工，最終成孔后孔底中心位置與樁中心的偏差為。 圖5.2-1 未采取任何措施前的二次對(duì)中前后孔中心偏差在上述計(jì)算中因旋挖鉆可14、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中，所以并未計(jì)入其誤差，若按此施工最終成孔垂直度仍不能滿足規(guī)范要求，大于規(guī)范規(guī)定1%的要求。根據(jù)上述分析，須采取相應(yīng)措施予以解決，具體如下：（1）因旋挖鉆的對(duì)中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，因此在施工時(shí)嚴(yán)格要求旋挖鉆機(jī)操作人員作業(yè)時(shí)務(wù)必確保鉆桿垂直度與對(duì)中，在地層變化處須減壓、慢速鉆進(jìn)，保證孔壁的垂直度在1/200內(nèi)，在換機(jī)操作時(shí)孔底中心偏差與樁中心偏差控制在45cm內(nèi)；（2）在進(jìn)行鉆孔施工前，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整夯實(shí)，并做適當(dāng)?shù)募庸烫幚恚员ＷC旋挖鉆施工完畢后，氣舉反循環(huán)鉆機(jī)的鉆機(jī)機(jī)平整度確保在1%內(nèi)，以減小因鉆機(jī)底座不平造成鉆孔中心偏位及孔傾斜過大問題。（3）采取以下兩種措施以保證二次對(duì)中鉆頭15、中心與樁中心的偏差控制在2cm內(nèi)：旋挖鉆進(jìn)施工前，在場(chǎng)地平整過后，對(duì)控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)的精度進(jìn)行復(fù)核，樁位放樣時(shí)必須使用在木樁打釘?shù)姆绞竭M(jìn)行確認(rèn)，以此保證放樣的精確。樁位確定后應(yīng)立即采用水泥砂漿對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，使得二次對(duì)中時(shí)直接利用首次放樣樁位，避免人為誤差。在氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)底座上進(jìn)行放樣，調(diào)整鉆機(jī)位置，使鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁中心，并準(zhǔn)確調(diào)平，使鉆錐起吊滑輪緣、鉆錐中心和樁孔三者中心在同一垂線上，以保證鉆頭中心與首次鉆進(jìn)的樁中心的偏差控制在2cm內(nèi)。（4）氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在巖層中施工作業(yè)時(shí)，利用滾刀鉆頭大氣量、低壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，適當(dāng)控制鉆壓及鉆具轉(zhuǎn)速，控制進(jìn)尺速度，確保成孔垂直度，使得垂直度控制在1/20016、內(nèi)。圖5.2-2 樁位偏差曲線表5.3 鉆機(jī)交接施工段的確定鉆機(jī)交接施工段的確定是采用“多機(jī)成孔工藝”施工的關(guān)鍵控制點(diǎn)。施工時(shí)若采用旋挖鉆鉆到到巖層，因巖層分布并不均勻，采用氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)直接施工，會(huì)產(chǎn)生孔斜的施工隱患。因此為避免此類施工事故的發(fā)生，我們結(jié)合TR400旋挖鉆成孔深度等特點(diǎn)，旋挖鉆鉆至90m深的覆蓋層后，距離巖層以上10m改用氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工，保持減壓鉆進(jìn)，利用10m深的覆蓋層作為回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆頭的導(dǎo)向及糾偏措施，使得鉆頭平穩(wěn)的從覆蓋層進(jìn)入至巖層，保證兩種鉆機(jī)“接力鉆進(jìn)”之間過渡平順，確保孔壁的垂直度能夠滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。5.4 超長(zhǎng)鋼筋籠吊裝鉆孔灌注樁成孔后，安裝鋼筋籠17、時(shí)易造成孔壁坍塌，應(yīng)盡量減少吊裝鋼筋籠的時(shí)間。對(duì)于本工程的超長(zhǎng)樁，鋼筋籠總長(zhǎng)為111.6m，若采取常規(guī)每節(jié)9m的鋼筋籠進(jìn)行吊裝，需吊裝13節(jié)，并安裝12個(gè)鋼筋籠接頭，吊裝時(shí)間過長(zhǎng)，因此為縮短鋼筋籠吊裝時(shí)間，采取每節(jié)27m的鋼筋籠進(jìn)行吊裝，吊裝時(shí)間減少三分之二。同時(shí)為了避免鋼筋籠對(duì)孔壁的損傷，在鋼筋籠螺旋筋上安裝滾輪型混凝土墊塊，使鋼筋籠能通過滾輪墊塊順利下放。 圖5.4-1 鋼筋籠吊裝示意圖5.5 水下混凝土配置對(duì)于超長(zhǎng)大直徑樁，單根樁基混凝土方量大，對(duì)水下混凝土的初凝時(shí)間及流動(dòng)性要求較高，采用配置的超緩凝大流態(tài)的水下混凝土，其初凝時(shí)間達(dá)到30小時(shí)，混凝土坍落度為2022cm。混凝土配合比設(shè)計(jì)18、情況如下表所示：表5.5-1 混凝土配合比水水泥砂石粉煤灰外加劑15632076710609075.6 多機(jī)成孔工藝施工質(zhì)量控制要點(diǎn)（1）嚴(yán)密控制鉆進(jìn)過程中的孔內(nèi)泥漿比重、粘度，保證能夠滿足要求，防止出現(xiàn)塌孔、縮頸等質(zhì)量事故；（2）精確定位樁中心位置，嚴(yán)格控制氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)二次對(duì)中，使得鉆頭與樁中心的偏差在2cm內(nèi)；（3）旋挖鉆施工必須在距離巖層以上10m處停止鉆進(jìn)，由氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)進(jìn)行接力施工，防止出現(xiàn)斜孔事故。6 結(jié)語(yǔ)多機(jī)成孔工藝即克服了旋挖鉆遇深孔下部堅(jiān)硬地層效率低、鉆頭磨損嚴(yán)重的缺點(diǎn)，又解決了氣舉反循環(huán)在覆蓋層，特別是黏土層進(jìn)尺效率不高的弊端，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，大幅度的提高了施工19、功效。經(jīng)過對(duì)武漢江漢六橋主墩鉆孔灌注樁采用旋挖鉆與氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)“多機(jī)成孔工藝”的摸索、總結(jié)和提高，工期得到了保證。通過該工程實(shí)踐，證明了在大直徑超長(zhǎng)樁采用“多機(jī)成孔工藝”具有明顯的優(yōu)越性，使得施工效率得到大幅的提升，同時(shí)很好的保證了施工質(zhì)量，可供相關(guān)類似工程借鑒。參考文獻(xiàn)1 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.JTJ 041-2000.人民交通出版社,2000.2 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.JTG/T F50-2011.人民交通出版社,2011.3 沈曹旭,孫瑩.大口徑樁基礎(chǔ)施工中“接力鉆進(jìn)”的探討與分析.工程技術(shù),2009(30):81-82.4 毛靚坤. 氣舉反循環(huán)法在百米超長(zhǎng)鉆孔樁施工中的應(yīng)用.橋梁,2009增刊:89-91.作者簡(jiǎn)介馬重剛，中建三局建設(shè)工程股份有限公司工程總承包公司，18627813697謝小飛，中建三局建設(shè)工程股份有限公司工程總承包公司，13618628350，xxfhm