人工島上全套管旋挖鉆孔灌注樁施工

黃 磊

1. 上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002；2. 上海非開挖建造工程技術研究中心 上海 200002

1 工程概況

港珠澳大橋珠海口岸基礎工程，是港珠澳大橋的重要組成部分，擬建項目位于港珠澳大橋口岸人工島北區(qū)。場地為人工海島，其原始地貌單元為海相地貌，后經拋石護岸，堆砂推填整平，原始地形業(yè)已改變（圖1）。現(xiàn)已完成推覆填土整平及軟基處理施工，地形相對較平坦，絕對高程為4.8 m左右。

圖1 工程位置示意

本工程輕軌預留區(qū)為坑中坑，支護樁采用全套管鉆孔灌注樁，樁徑800 mm，成孔深度19.2 m。其中：WZ1型樁442根，實樁長14.20 m，空樁長5 m；WZ2型樁488根，實樁長13.75 m，空樁長5.75 m。

2 施工難點及應對措施

本工程位于人工島上，與常規(guī)陸域施工有較大的不同。對于鉆孔灌注樁來說：首先，地質條件較差，圍護樁成孔主要位于人工填砂層和淤泥層中，成孔施工時容易發(fā)生坍孔、頸縮等質量問題；其次，人工島與陸地不相連，常規(guī)灌注樁施工所需大量的淡水和泥漿制作材料（黃土或膨潤土等）運輸及廢漿排放均存在一定的困難。

針對人工島特殊的地理位置和存在的不利地質情況，結合支護樁是固定統(tǒng)一樁長的特點，制訂了全套管護壁旋挖鉆孔施工方法。其思路為：加工制作長20 m、厚15 mm鋼制長護筒，用液壓振動錘將長護筒振動下沉至設計樁底標高，長護筒作為套管，可以保護旋挖鉆機在管內進行干作業(yè)旋挖取土，直至設計樁底標高，不需要泥漿護壁。安裝鋼筋籠并澆筑水下混凝土后，再用液壓振動錘將長護筒緩慢拔出。

此方法的難點在于需要解決打設和拔出鋼制套管、控制混凝土的超灌量、拔管引起鋼筋籠上浮等問題，同時優(yōu)化施工流程的安排，提高工效。為解決以上問題，經研究后采取了長短鋼套管結合、用長臂挖機配備振動錘改裝的插板機分級安裝套管、澆筑混凝土時邊澆筑邊測量、適量縮小鋼筋籠直徑和在鋼筋籠底部焊接鋼筋網片等措施。

3 施工過程中遇到的具體問題及解決方法

3.1 施工工藝流程

平整場地→測量放樁位→埋設長護筒到設計樁底→鉆機就位→干作業(yè)取土成孔→檢查孔底，清除虛土→吊放鋼筋籠→安設導管→澆筑樁身水下混凝土→拔除護筒→混凝土養(yǎng)護

3.2 套管的打設和拔出工藝

本工程采用長、短鋼套管結合，用長臂挖機配備振動錘改裝的插板機打設和拔出套管。具體如下：鉆孔前準備好2種規(guī)格的鋼套管，一種套管長20 m，壁厚10 mm，外徑與設計樁徑相同，為800 mm（以下稱長套管），另一種套管長6 m，壁厚10 mm，外徑1 000 mm（以下稱短套管）。選用長臂挖機配備振動錘改裝的插板機，而不用大型履帶吊配振動錘，主要是考慮長臂挖機的靈活性和打設套管時可以自身控制垂直度而不需要另外的機械配合，降低了機械使用成本，施工效率也較高。插板機有一個明顯弊端，就是臂長不足以一次性打設長20 m的套管，只能打設10 m左右的套管。因此，我們增加了長10 m的短套管，采用長、短套管結合、分級安裝的方法。此方法雖然增加了打設和拔出短套管的工序，但是因為套管短并且插板機調整垂直度方便，所以打設和拔出的速度都很快。再通過優(yōu)化施工流程，合理配置長、短套管的數量，完全消除了這一缺點對施工的不利影響。通過對施工的進度和資源的投入進行綜合比較，長臂挖機配備振動錘改裝的插板機都優(yōu)于大型履帶吊機配振動錘。

沉放套管前先開挖一個淺坑，坑底應整平，然后通過定位的控制樁放樣，把孔位中心位置標于坑底，再用插板機上的振動錘夾住短套管上口，把短套管夾起放進坑內。找出短套管的圓心位置，用十字線定在短套管頂部或底部，然后移動短套管使其中心與鉆孔中心位置重合，同時用水平尺或鉛錘線檢查，使短套管保持垂直。插板機開始振動下沉短套管，直至管口露出地面30 cm。然后旋挖機就位，在短套管內旋挖鉆孔取土，鉆到短套管底暫停鉆孔。接著用汽車吊機把長套管吊起放進短套管里，對準中心調整垂直度后，用插板機夾住其上口振動下沉，沉放時要防止套管偏斜。把長套管打設到位后，可拔出短套管繼續(xù)下一根樁的短套管打設，旋挖鉆機在長套管內旋挖成孔直至設計樁底標高。

支護樁水下混凝土澆筑完成后，為防止土體對未凝固的灌注樁混凝土的擠壓而引起頸縮，灌注好混凝土后需要等待混凝土凝固到一定程度后再拔長套管。經過數次試驗，要確保不發(fā)生頸縮的情況，至少在混凝土澆灌1 h后，才可以用振動錘緩慢拔除長護筒。

3.3 混凝土澆筑量的控制

因為是全套管旋挖鉆孔灌注樁，套管有管壁厚度，澆筑混凝土時必須考慮到拔出套管后形成的空隙體積，計算出混凝土超灌量，然后換算成混凝土澆筑的施工高度，澆筑時用吊繩測量混凝土標高，以控制混凝土澆筑量，確保套管拔出后樁頂標高滿足設計要求。

3.4 解決拔管時帶動鋼筋籠上浮的措施

全套管旋挖鉆孔灌注樁施工的前期，發(fā)現(xiàn)拔出長套管后，鋼筋籠有上浮的現(xiàn)象。經過分析研究，認為鋼筋籠上浮主要是由2個原因引起的：一是鋼筋籠和套管之間間隙小，垂直度稍有偏差，二者間就會發(fā)生接觸甚至卡住，拔起套管時帶動鋼筋籠上?。欢翘坠軆葲]有護壁泥漿，混凝土澆筑速度較快，鋼筋籠容易上浮。針對上述原因，采取了以下措施。

1）適當縮小鋼筋籠直徑：本工程的灌注樁用于支護結構，主要起到抗彎和抗剪的作用，鋼筋籠直徑在適當范圍內調整對抗彎和抗剪效果影響不大，經過設計單位復核，把鋼筋籠的直徑縮小了5 mm；同時，在施工過程中，加強套管和鋼筋籠安裝時的垂直度控制。

2）在鋼筋籠底部焊接鋼筋網片：在制作鋼筋籠時，在鋼筋籠底部增加焊接了1層鋼筋網片，初澆混凝土自重荷載作用在鋼筋網片上，有效地抵消了后續(xù)混凝土澆筑對鋼筋籠的上抬力；同時，還需控制混凝土澆筑速度，不宜過快。

3.5 長、短套管的合理配置和施工流程的優(yōu)化

通過對施工流程分析可知，影響施工進度的主要因素是鋼套管的打設、地質條件、旋挖成孔速度、鋼筋籠制作安裝、混凝土的供應等。具體情況分析如下：

1）混凝土由人工島上的混凝土攪拌站供應，運輸路程短，隨叫隨到，基本可以排除其對施工進度的影響。

2）由于人工島上場地開闊，鋼筋籠的制作和吊放沒有多大限制，故對施工進度的影響也很小。

3）旋挖灌注樁成孔深度19.2 m，在鋼套管的保護下穿透了砂層進入到粉質黏土和淤泥層中，不良地質對旋挖機成孔不造成阻礙。

4）旋挖鉆機成孔效率很高，在樁長19.2 m的情況下，單樁成孔不超過1 h即可完成。

排除了上述因素影響，鋼套管的配置就成為影響施工進度的關鍵因素，也直接關系到施工流程是否可以優(yōu)化。

針對旋挖鉆機是在長套管內旋挖作業(yè)，短套管在長套管安裝完成后即已結束其作用，完全可以拔出，去打設下一個樁位的套管。我們擯棄了一長一短的固定配置，采用1根短套管配置多根長套管的配置方案。根據安裝套管各道工序所需的工時，計算出流水作業(yè)的最佳配置數量，并在施工實踐中驗證，根據實際情況作進一步的調整，最終形成了以下配置方案和施工步序。

施工機械為旋挖鉆機1臺，長臂挖機配備振動錘改裝的插板機1臺，2根長套管與1根短套管為1個組合，總共投入3套組合，共6長3短，另外配置了1根長套管作為備用。按照以下步序流水作業(yè)：插板機于樁位1插入1#短套管→旋挖機于樁位1的1#短套管內旋挖，同時插板機于樁位2插入2#短套管→旋挖機于樁位2的2#短套管內旋挖，同時插板機于樁位3插入3#短套管→插板機于樁位1插入1#長套管，拔出1#短套管，同時旋挖機于樁位3的3#短套管內旋挖→旋挖機于樁位1的1#長套管內旋挖，同時插板機于樁位2插入2#長套管，拔出2#短套管→樁位1安裝鋼筋籠，旋挖機于樁位2的2#長套管內旋挖，同時插板機于樁位3插入3#長套管，拔出3#短套管→樁位2安裝鋼筋籠，旋挖機于樁位3的3#長套管內旋挖，同時插板機于樁位4插入1#短套管→樁位3安裝鋼筋籠，樁位1～3澆筑混凝土，旋挖機于樁位4的1#短套管內旋挖，同時插板機于樁位5插入2#短套管。按此順序，分別向后施工樁位4～6的旋挖樁，直至旋挖機于樁位6的6#長套管內旋挖時，拔出1#～3#長套管，然后直至所有旋挖樁完成施工。按照以上步序，每天基本能完成12根支護樁，滿足進度計劃要求。

4 結語

港珠澳大橋珠?？诎痘A工程地鐵預留區(qū)支護樁采用全套管旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝，克服了人工島填砂層和淤泥層等不良地層對鉆孔造成的困難。從樁身質量檢測以及基坑土方開挖后對樁體外觀質量進行的檢查可知，支護樁的質量滿足設計要求，在進度方面也取得了較為理想的效果。全套管旋挖鉆孔灌注樁施工技術既可有效避免圍護樁施工過程中坍孔、頸縮等質量問題，又不需要使用大量淡水和黃土制作護壁泥漿，施工過程中不產生廢棄泥漿，有利于環(huán)境保護，特別適用于像本工程人工島的砂層和淤泥層地質。施工中的技術創(chuàng)新點是長、短套管結合的分級打設和拔出工藝，施工中遇到的一些問題可根據具體情況采取有針對性的措施加以解決。