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(xué)劑廠和礁下山南側(cè)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(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)計樁長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-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(yán)重且易斜孔，需反復(fù)回填處理，嚴(yán)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(zhì)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(nèi)取一定數(shù)量的小孔預(yù)鉆進，對孔內(nèi)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(shù)，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(zhuǎn)，有效避免樁孔偏斜，從而保證工程進度、提高工程質(zhì)量。
　　 3.2 工藝特點
　?。?）潛孔鉆采用鋼套管跟進鉆采技術(shù)，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(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(zhuǎn)，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(zhǔn)備
　?。?）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(shè)備的需用量計劃，按計劃采購并做好進場質(zhì)量檢驗。（3）做好施工人員分工，進行詳細(xì)安全、技術(shù)交底。（4）做好測量儀器的校準(zhǔn)工作，對測量控制網(wǎng)進行復(fù)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(nèi)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(yīng)不大于
　　50mm，護筒在豎直方向的傾斜度應(yīng)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(yīng)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(cè)四周采取黏質(zhì)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(jié)構(gòu)，放置在鋼護筒頂口，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
　　護筒外徑大20cm～30cm，下層鋼板比鋼護筒內(nèi)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(yīng)。（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(fù)核其精度滿足要求后，在鋼護筒外側(cè)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(nèi)徑150mm，壁厚5mm的鍍鋅管，鍍鋅管采用電焊焊接接長。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(shè)計樁底標(biāo)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(diào)試好鉆機，確認(rèn)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(yù)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(chǎn)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(shè)計樁底標(biāo)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(fù)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(chǎn)生水平位移和沉降。（3）開鉆前，采用膨潤土在鋼護筒內(nèi)造漿，護筒內(nèi)鉆進也是調(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，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(nèi)情況，不定期進行孔內(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(shè)計樁底標(biāo)高，對孔中心位置、孔徑、孔深等進行檢查，滿足設(shè)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(jié)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(zhì)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。