广东省南粤交通龙怀高速公路管理中心 英德市 513000
摘要：为了解决普通旋挖钻机在上部地层为软弱覆盖层进行桩基施工时容易产生坍孔、缩径等问题，通过采用振动锤埋设钢套管的方法，形成长钢套管旋挖钻施工工艺，经过施工验证该工艺切实可行，能有效地保证桥梁桩基的施工质量和进度。
关键词：桥梁工程；钢套管；桩基施工；质量控制
一、引言
桥梁桩基采用旋挖钻施工时，遇到上部地层为软弱覆盖层（如砂卵石、淤泥等），一般深度为5～6m，下层地层为岩层的情况，在上部地层极易产生坍孔、缩径等现象，大大地增加了桩基成孔时的质量和安全风险。当前处理以上风险的措施主要是采取泥浆护壁、重新扫孔等方法，但在施工过程中存在泥浆处理困难，极易造成环境污染。
二、工程概况
广东省龙川至怀集公路工程（龙怀高速）是国家高速公路网规划“71118”布局方案中第17横—汕头至昆明高速公路的重要路段，也是广东省“九纵五横两环”高速公路网规划主骨架中“一横”的重要组成部分，已经列入广东省基本建设计划。
龙怀高速龙川至连平段全长127.467km，主线采用双向四车道，设计速度100km/h，路基宽度26.0m，桥涵设计荷载等级为公路-I级，沿线地形条件复杂、地质条件差、道路及河网密布、土地资源少，地貌形态以山地、丘陵、盆地为主，属典型的山区高速公路，建设规模大，技术难度高。
龙怀高速龙连段TJ6合同段范围内桥址地质区属丘陵及丘间谷地地貌，地层稍有起伏，山坡地势起伏稍大，勘察区内无活动性断裂通过，区域地质稳定性较好，岩层产状295~325°∠5~25°，岩层倾向与线路走向夹角较小，倾角较缓，桥台无顺层。根据钻探及地调成果揭示，桥基岩土体地质评价自上而下为粉质粘土，中砂，全风化泥质砂岩，强风化泥质砂岩中风化泥质砂岩，表层覆盖5m软弱覆盖层（粘性土）。为保证工程施工质量，加快施工进度，结合桥梁桩基地质情况，本标段采用振动锤埋设长钢套管配合旋挖钻成孔施工工艺，应用于本项目桥梁桩基施工。
三、长钢套管旋挖钻施工原理
长钢套管旋挖钻施工首先利用履带吊配合振动锤埋设套管的工艺对桩基上部软弱地层下长钢套管进行桩孔孔壁加固，然后采用旋挖钻机实施桩基干法或静态清水下成孔，为了确保桩基成桩质量，不论干孔或湿孔均采用导管水下灌注工艺灌注成桩。
振动锤埋设套管，当振动锤接通电源时，其体内偏心重轮高速运转产生高频振动和激振力，高频振动通过液压钳传递到钢套管上，再通过钢套管作用到接触地层，地层在挤压振动力的作用下液化，产生接触面，振动锤通过液压钳夹持着钢套管沿着接触面沉入地层，直到钢套管沉入到预定的位置。
四、施工工艺流程及操作要点
4.1施工工艺流程
图1 长套管旋挖桩施工工艺流程图
4.2操作要点
1、施工准备：施工前应对场地进行平整，保证基底密实，不产生不均匀沉降，具备重型设备进场施工条件。开挖泥水沉淀池，确保灌桩溢出泥水沉淀后再排放。
2、桩位放样：振动锤埋设套管前，根据设计图纸和计算坐标用全站仪精确放出墩台桩基中心并记录与保护，自检合格后，及时向监理工程师报验。
3、履带吊就位套管对中：根据基桩中心桩施放十字桩，开挖导坑。再进行履带吊就位，起吊套管，恢复十字线，检查套管对中情况。如果无问题缓慢下放套管就位在土层上，再检查套管垂直度。套管中心定位及垂直度合格，方可进行一道工序。
4、振动沉管：桩基导管采用振动锤振动沉管法进行埋管。启动振动锤要断续进行，避免对地层产生过大的扰动；沉入过程中，避免钢套筒发生倾斜；钢套管下到指定稳定岩层上，检查套管施放中心偏位、垂直度及出露地面高度，符合要求后进入下一道工序施工。振动埋管见图2。
图2 振动锤沉管照片 图3 旋挖桩成孔
5、旋挖钻机就位：确认桩位附近平整，把钻机开到桩位旁，螺旋钻头的尖端对正桩位标注点，钻机回转中心距孔位4～4.2m。在允许的情况下，变幅油缸尽可能推动桅杆前伸，这样可以减小钻机自重和提升、下降交变拉力对孔的影响，同时检查回转半径内是否有障碍物。
6、钻进成孔：在操纵动力头作钻孔旋转的同时，将钻杆放到孔底，按下主卷扬浮动按钮，即可进行加压钻进工作，在钻渣达到一定装斗容量时（装斗容量的多少根据不同的地质情况确定），即可提钻。
7、清孔：由于钻头的刀刃是倾斜的，会扰动孔底土层。钻进时钻渣和回落土会沉淀于孔底，但长钢套管一直埋设到稳定岩层上，可采用一次性清孔，一般用沉渣处理钻头（带挡板的钻头）来排除沉渣，清孔后沉渣厚度须满足设计或规范要求。
8、钢筋笼的安放：钢筋笼采用钢筋加工场集中式加工，钢筋采用滚轧直螺纹套筒连接，同一区段截面钢筋接头率不超过50%。保护层采用滚轮式垫块，选用强度不得低于桩基砼设计强度，加工好的钢筋笼采用平车运输到施工现场安装下放。
9、灌注水下混凝土：桩基混凝土采用水下灌注工艺施工，导管采用Φ250~300mm钢管，每节长度2～3m，节与节之间采用丝扣连接。导管使用之前必须进行水密性试验，进行水密性试验的水压不应小于孔内水深的1.5倍的压力，也不应小于管壁和焊缝可能承受的灌注砼最大内压力p的1.3倍；首次安装导管管底控制标高按实际孔底悬空250~400mm控制。
桩基混凝土采用水下混凝土配比，采用拌和站集中拌和后运至桩基施工现场浇筑。混凝土出厂前，要进行混凝土坍落度检查，不合格不得出厂；混凝土到达现场需进行再次坍落度检查，不合格不准灌注。首批封底混凝土灌注下落时具有一定的冲击能量，能够将孔底沉渣尽可能冲开浮起，是控制孔底沉渣，减少桩基工后沉降的关键环节，应引起高度重视，保证导管下口埋入混凝土不少于1m。
混凝土灌注应连续进行，严禁中间随意停工。在灌注过程中，应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠疑结，致使探测不准确；应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除；导管的埋置深度应控制在2～4m.同时应经常测探孔内混凝土面的位置，及时调整导管埋深。
导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升；如导管卡挂钢筋笼骨架，可转动导管，使其脱离钢筋骨架后，再移到钻孔中心。拆除导管动作要快，一般不宜超过15min，操作要规范，已拆下的管节应立即清洗干净，堆放整齐，以便下步使用。
混凝土灌注接近设计标高时，应计算需要的混凝土量（计算时应将导管内及漏斗中中的混凝土数量估计在内），通知拌和站按需要的数量拌制，以免造成浪费。在混凝土灌注时，每根桩留取三组试件。灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除以及发生的异常现象等，应指定专人记录。
10、起拔钢套管
起拔钢套管时，为避免附加震动造成混凝土离析，套管起拔工作必须确保在混凝土初凝前完成。起拔初期要用振动锤振动，所用吊具、索具必须安全可靠，禁止超负荷运转。起拔要缓慢，吊机提升力要适中，不可以将振动锤减震弹簧完全压缩，避免损坏振动锤和钢套管。起拔全过程要求吊机天轮、振动锤、钢套管轴线成一条直线。当振动锤工作拌有金属敲击声音时，说明吊机提升力太大，此时应即减小提升力，以免损坏吊机和振动锤，或钢套管。振动锤要采用试振方式进行，不可长时间振动。当吊机可以直接拔起钢套管时，应立即停止振动锤直接用吊机起拔。
5.机具设备
本施工所需的施工机械设备见表1。
6.质量控制
6.1质量验收规范
《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）；
《公路工程质量检验评定标准（第一册 土建工程）》（JTG/T F80/1-2004）
6.2质量控制措施
1.钢套管垂直度控制
为保证桩基成孔质量，除对桩位定位误差严格控制外，还应对其垂直度进行严格的控制，根据设计要求桩垂直度要求为3 ‰。施工中应抓好以下工作：
①钢套管垂直度检查和校正：施工前在平整地面上首先检查和校正单节套管的顺直度，偏差宜小于10mm。
检测方法：在地面上测放出两条相互平行的直线，将套管置于两条直线之间，然后用线锤和直尺进行检测。
②振动沉入埋设过程中套管垂直度监测和检查：
地面检查：在地面选择两个相互垂直的方向，同时用线锤或经纬仪监测地面以上部分的套管垂直度，发现偏差随时纠正。
孔内检查：每节套管压完后，都要采用测斜仪或“测环”进行孔内垂直度检查，不合格时应及时进行纠偏。
2.钢筋笼上浮
钢筋笼上浮发生于灌注混凝土的导管位于钢筋笼底部或更下方而混凝土埋管深度已经较大时，此时钢筋笼靠自身重力及孔壁的摩擦力来抵抗混凝土上顶力、摩擦力及泥浆的浮力，一旦失去平衡，钢筋笼就会上浮。
所以首先应对导管埋深应进行时时控制，避免埋深过大。其次应加强观察，以便及时发现问题，或在骨架顶施加竖向的约束，以保证钢筋笼的垂直度，如将骨架顶部钢筋接长，焊于护筒顶部，一方面阻止钢筋笼上浮，另一方面可悬挂住钢筋笼，以保证钢筋笼的垂直度。
发现钢筋笼上浮之后，应立即停止灌注混凝土，查明原因及程度。如上浮不严重，则检查钢筋笼底及导管底的准确位置，拆除一定数量的导管，使导管底升至钢筋笼底上方后可恢复灌注；如上浮严重，应立即通过吸渣等方式清理已灌注的混凝土，另行处理。
3.断桩
断桩是严重的质量问题，灌注时要十分注意防止断桩。为了防止断桩、夹泥事故，施工中要采取如下的有效的预防措施：灌注前应很好地清孔；灌注时速度要快，应保证在适当的灌注时间内灌注完毕；提升不可过猛；若遇堵管尽量不采用将导管提出的办法解决；要准确测量砼面；要保证设备的正常工作；要有备用设备；要注意天气预报，合理安排灌注时间。
7.结论
1、长钢套管旋挖桩施工桩基，成孔过程中不使用泥浆，可不设置泥浆池，能有效防范坍孔、缩径事故的发生，保证桥梁桩基的施工质量和进度。
2、长钢套管可反复使用，材料不浪费，所挖出的土石方通过晾晒还可用于路基适当部位的回填；渣土相对泥浆处理成本低，如控制得当对环境基本上不构成污染，有较好经济与社会效益。
作者简介：
张亮，男1988年7月4日出生，专业：桥梁工程，从事：高速公路建设管理。
论文作者:张亮
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/2
标签：套管论文; 桩基论文; 导管论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 地层论文; 泥浆论文; 《基层建设》2017年第21期论文;