潛孔鉆+沖擊鉆組合施工方法在傾斜硬質巖層樁基施工中的應用

1 概述
　　樁基工程是橋梁施工的關鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)不同水文、地質、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。但對于一些特殊地質如硬質斜巖地層嵌巖樁基，單一施工方法在斜面巖進尺、孔平面偏位、豎直度、正常鉆進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），大橋于永嘉縣化學劑廠和礁下山南側先后跨越甌北陽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1332.72m。大橋主橋6#輔助墩樁基礎為10根直徑Φ2.0m的嵌巖鉆孔灌注樁，樁底標高-18.0m，樁頂標高-0.5m，設計樁長17.5m，該區(qū)原地面標高4.2m左右，上部覆蓋層主要為粉質粘土，淤泥夾粉細砂等，厚度為6.0m～15m，下部為強-中風化流紋質晶凝灰?guī)r、流紋質晶玻屑凝灰?guī)r，基巖面從北向南趨勢傾斜。根據(jù)實際情況擬采用沖擊鉆施工，但該范圍基巖為高強度斜巖面巖層，巖石強度達120MPa。鉆機進入巖層后，鉆頭磨損嚴重且易斜孔，需反復回填處理，嚴重影響工程進度。采用潛孔鉆輔助沖擊鉆施工，利用潛孔鉆掏“蜂窩煤”形式進行取孔，再采用沖擊鉆進行施工的方法，有效解決硬質巖層難進尺、斜巖宜偏孔等難題，其工藝簡單、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
　　3.1 工藝原理
　　基于巖石破碎機理，樁基成孔前，采用潛孔鉆在樁位平面范圍內取一定數(shù)量的小孔預鉆進，對孔內巖芯圓周進行破壞，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一步鉆進，提高工作效率。潛孔鉆采用鋼套管跟進鉆采技術，通過空壓機的高壓氣流將鉆渣排出孔外，確保覆蓋層鉆進過程不至埋鉆（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，有效避免樁孔偏斜，從而保證工程進度、提高工程質量。
　　 3.2 工藝特點
　?。?）潛孔鉆采用鋼套管跟進鉆采技術，通過空壓機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）鋼護筒頂口設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）潛孔鉆預鉆孔在樁位巖面上鉆的多個孔洞，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，糾偏斜孔，大大減少了回填片石或高強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
　　4.1 施工工藝流程
　　4.2 操作要點
　　4.2.1 施工準備
　　（1）平整場地，接通水、電源，合理布置，使現(xiàn)場井然有序，做到道路暢通。（2）做好材料、設備的需用量計劃，按計劃采購并做好進場質量檢驗。（3）做好施工人員分工，進行詳細安全、技術交底。（4）做好測量儀器的校準工作，對測量控制網進行復測。
　　4.2.2 鋼護筒施工
　　鋼護筒采用鋼板卷制，吊車配合振動錘下放到位。鋼護筒施工具體有以下幾點要求：（1）鋼護筒內徑大于樁徑至少 　　200mm。（2）護筒中心與樁中心的平面位置偏差應不大于
　　50mm，護筒在豎直方向的傾斜度應不大于1%。（3）護筒頂宜高于地面0.3m或水面1.0～2.0m，有潮汐影響的水域，護筒頂應高出施工期間最高潮水位1.5～2.0m。（4）陸地護筒的底部與外側四周采取黏質土回填并分層夯實，使護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構，放置在鋼護筒頂口，起導向、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
　　護筒外徑大20cm～30cm，下層鋼板比鋼護筒內徑小20cm。（2）鋼板上的定位孔現(xiàn)場劃線切割，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)計算確定，使其能達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，定位孔上下對應。（4）定位裝置安裝前，檢查鋼護筒頂口是否平整，有必要時進行局部處理。（5）吊機吊裝定位裝置就位，保證安裝精度符合要求：上層鋼板頂面平整，鋼板中心與鋼護筒中心重合。（6）定位裝置安裝后復核其精度滿足要求后，在鋼護筒外側四周焊接牛腿將定位裝置固定，保證鉆進過程不偏移。
　　4.2.4 鋼套管安裝
　　鋼套管采用內徑150mm，壁厚5mm的鍍鋅管，鍍鋅管采用電焊焊接接長。預先將鋼套管從雙層鋼板定位孔穿過打設至覆蓋層，待潛孔鉆進過程中再跟進至巖層頂面。
　　4.2.5 潛孔鉆進
　　潛孔鉆就位，鉆桿順著鋼套管接長取孔，取孔的鉆渣由空壓機順鋼套管吹出。待取孔至設計樁底標高50cm時停止取孔，然后開始取第二個孔，如此循環(huán)直至取完最后一個孔。
　　潛孔鉆進的具體操作要點：（1）正式鉆孔前，先空鉆調試好鉆機，確認正常工作后正式鉆進。（2）鉆進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）覆蓋層鉆進及時跟進鋼套管，保證鉆桿在預埋的鋼套管中鉆進，通過空壓機的高壓氣流將鉆渣（覆蓋層）吹散排出孔外，實現(xiàn)覆蓋層正常鉆進及過程不至埋鉆。（4）潛孔鉆進至覆蓋層與巖石交接面時要低速慢進，待完全進入巖層后方可提高鉆速正常鉆進，防止交界面斜巖對鉆頭產生偏心受力，造成鉆頭損壞。（5）潛孔鉆桿按編號順序使用，存放時注意保護連接絲扣完好性，接長時須將絲扣擰到位，防止鉆進過程中松動發(fā)生斷桿現(xiàn)象。（6）做好鋼套管頂口的防護工作，避免鉆進過程中鉆渣飛濺。
　　4.2.6 沖擊鉆進
　　潛孔鉆取孔完畢后，換沖擊鉆進直至設計樁底標高。沖擊鉆進的操作要點：（1）鉆孔前，測量放出樁中心位置，并用鋼筋在鋼護筒四周做好牢固的護樁，備隨時復核鉆孔中心偏位情況。（2）鉆機底座安放牢固可靠，保證鉆機鉆進過程不產生水平位移和沉降。（3）開鉆前，采用膨潤土在鋼護筒內造漿，護筒內鉆進也是調試泥漿的過程，保證泥漿質量符合要求后方可繼續(xù)鉆進，鉆孔過程中加大泥漿檢測頻率。（4）鉆孔過程須及時填寫記錄表，每兩小時記錄一次，并做好渣樣取樣工作。（5）根據(jù)孔內情況，不定期進行孔內泥漿循環(huán)，排除鉆渣，調試泥漿性能。（6）沖擊鉆進遇斜巖偏孔時，及時采用高強度混凝土或片石回填糾偏，防止鉆孔傾斜。
　　4.2.7 終孔
　　沖擊鉆至設計樁底標高，對孔中心位置、孔徑、孔深等進行檢查，滿足設計規(guī)范要求后即可終孔，并立即進行一清工作。
　　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 結束語
　　潛孔鉆+沖擊鉆組合施工方法在104國道甌江大橋項目6#墩樁基施工成功運用，從計劃30天縮短至15天，有效解決硬質巖層難進尺、斜巖宜偏孔等難題，其工藝簡單、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，對類似工程具有一定的借鑒意義。