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    新建海关桥桩基工程施工方案比选

    时间：2023-02-27 10:55:06来源：百花范文网本文已影响人

    吴发展，张晓辉，龙成明

    （中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201）

    桩基础施工应结合工程特点及岩土工程条件，进行施工方案比选，选出技术可行、经济合理的方案。贺剑龙[1]根据勘察资料结合建筑物所在地区的建筑经验，对可采用的高强预应力混凝土管桩和钻孔灌注桩做了技术分析和经济比较，提出适宜的桩基施工方案。吴思明等[2]对旋挖钻斗成孔灌注桩和长螺旋钻孔灌注桩两种施工方案运用层次分析法比选和评价，选出最优方案。李鹏[3]通过实际案例收集成桩工艺技术数据，分析三种钻机施工工艺在杂填土区成桩的优缺点，比选出最终确定施工方案。新建海关桥桩基通过四种方案比选，选出最适合本工程的方案。

    新建海关桥是跨抚河的重要通道，联系老城区与朝阳洲之间的重要纽带。新建海关桥为变截面连续箱梁桥，桥长67m，桥宽45m。桥梁桩基础为钻孔灌注桩。桥墩桩基桩径1.8m，桩长16m，桥台承台下桩基桩径1.0m，桩长20m，桩基均为嵌岩桩，持力层为中风化泥质粉砂岩。抚河常水位为18.7m，最高水位为19.7m，勘探期间初见地下水位标高16.28～20.03m，水位埋深3～5m，稳定地下水位标高15.28～18.57m，水位埋深5～6m。水位年变幅2～3m。地下水主要以大气降水垂直入渗为补给方式，向低洼处排泄。

    新建海关桥是在旧桥原位新建桥梁，因此影响新桥施工的地下障碍物主要为旧桥地下结构。旧海关桥由平行的三座三孔简支梁桥拼接而成。桩基为钻孔灌注桩，承台为钢筋混凝土现浇承台，桥台为浆砌片石重力式桥台。根据新建桥梁桩基位置，旧桥地下结构影响新桥桩基施工主要为桥台部位地下结构和水中桩基。

    根据新建桥梁图纸所示（图1），旧桥桥台及承台位于新桥桥台桩基施工范围，新桥桩基施工需穿越旧桥桥台及承台，且旧桥桩基与新桥桩基存在局部重合、全重合情况。

    图1 新桥桩基与旧桥下部结构位置关剖面图（单位：m）

    根据图纸，对桩基主要工程量进行了统计（表1）。

    表1 主要工程量统计表

    4.1 设计方案：全套管全回转钻机成桩

    针对既有旧桥承台及桩基等障碍物，采用全套管全回旋钻成桩。全套管全回转钻机驱动钢套管360°回转，钻机工作时产生向下压力和回转扭距带动套管头部刀头切削土体，全套管护壁，没有泥浆，对周围环境没有影响，成孔质量好[4]，配合抓斗可实现桩基础、钢筋混凝土结构等还没有清除情况下的灌注桩，适用于本工程旧桥承台及桩基等障碍物的处理。

    （1）钻机就位，移动套管钻机至桥桩的正确位置，使套管钻机抱管器中心对应定位在导桩孔设计桩位中心。

    （2）取土成孔，在桩机就位后，吊装第一节管在桩机钳口中，校正桩管垂直度后，桩管向下压入深度约1.5～2.5m，然后用旋挖钻机从套管内取土，一边抓土、一边继续下压套管，始终保持套管底口超前于开挖面的深度不小于2.5m。第一节套管压入土中后（地面以上要留1.2～1.5m，以便于接管），检测垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第二节套管继续下压取土，直至设计孔底标高。

    （3）清障流程，全套管全回旋钻机主要针对于孤石、旧桩、混凝土结构等障碍物施工，借助钻机强大的回转扭矩和下压力，将障碍物与其周围的土体切削分离，用冲抓斗将分离后的障碍物清除。

    施工顺序：用抓斗抓土体至障碍物位置→用钻机自备吊车提升带刀齿叉式重锤冲击障碍物并切断→用冲抓抓除障碍物。

    4.2 比选方案一：冲击钻成桩

    冲击钻成孔灌注用冲击式钻机悬吊冲击钻头上下往复冲击，将岩层破碎成孔，有少部分碎渣和泥浆被挤入孔壁中，大部分则成为泥渣落入孔内，用淘渣筒将泥渣掏出成孔，然后再灌注混凝土成桩。

    冲击钻成孔灌注桩的特点是：设备构造简单，操作方便，操作效率高[5]，所成孔壁较稳定，塌孔少，成孔质量可靠，不受施工场地限制，但成孔速度慢，效率低，适用于工业与民用建筑中的黄土、人工杂填土、粘性土或粉质粘土以及含有孤石的砂砾石层、坚硬土层、岩层地基的冲击成孔灌注桩。

    冲击钻成孔灌注桩施工工艺程序是：场地平整→桩位放线→护筒埋设→钻机就位→冲击造孔→终孔验收→下钢筋笼和钢导管→灌注水下混凝土。

    4.3 比选方案二：旋挖钻成桩

    旋挖钻机是采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，钻进时为保护孔壁稳定，孔内要注满优质泥浆，防止坍孔[6]。旋挖钻机一般适用粘土、砂土、淤泥质土、含有部分卵石、碎石的地层及人工回填土，借助钻具自重和钻机加压力切入土层，在回转力矩的作用下钻斗回转配合钻具的成孔作业。根据地质条件选用钻杆、钻头及合理的斗齿刃角，具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，能够适应微风化岩层的施工。

    施工顺序：测量放出桩位→埋设护筒→桩机就位→拌制护壁泥浆→钻进成孔→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→成桩。

    4.4 比选方案三：回转钻成桩

    回转钻成孔灌注桩，是用地质钻机采用泥浆护壁，慢速钻进，通过泥浆排渣成孔，护壁效果好，成孔质量可靠，施工工艺要求高，环节多，施工管理上要抓好每一环节的质量[7]。

    施工顺序：钻架定位→钻孔→第一次清孔→测孔深→安放钢筋笼→固定安放格构柱→下导管→第二次清孔→测孔深→安放隔水球→灌注混凝土。

    4.5 方案对比

    （1）可行性分析：

    ①全套管回旋钻成桩分析：依据全套管回旋钻施工原理：能有效处理旧桥承台、旧桩基，同时可实现处理障碍物后直接成桩，工效高。

    ②冲击钻成桩分析：根据旧桥桩基和承台数量、布置范围和深度，考虑周边环境，无法进行深挖清障的方式处理旧桥承台、旧桩基，结合新建桥梁位于地铁保护范围内：“新建桥梁桩基时，建议采用地基土扰动小的成桩工艺”，因冲击钻对地基土扰动大，不满足对地铁隧道保护的要求。

    ③旋挖钻成桩分析：旋挖钻无法处理旧桥承台、旧桩基；
    本工程桩基位于抚河河道两岸及河道内，地下水位高，水压力大，旋挖钻施工因在成孔过程中孔壁一直受钻斗的刮擦，孔壁难以形成泥皮，泥浆护壁效果差，容易缩径、塌孔，废桩率高；
    旋挖钻在砂卵石层中成孔困难；
    因此旋挖钻成桩不满足本工程施工条件的要求。

    ④回转钻成桩分析：成孔速度慢，仅适用于土层、砂土层、软质岩地层，对中风化岩层不适用，且无法处理地下障碍物，根据本工程桩基施工范围内存在旧桥承台、旧桩基等障碍物，回转钻无法满足施工需求。

    （2）安全环保分析：

    ①全套管回旋钻成桩：全套管施工无振动，采用全套管支护无塌孔风险，施工过程不需要泥浆护壁，对环境污染极小。

    ②冲击钻成桩：新建桥梁桩基紧临地铁区间隧道，冲击钻施工时的震动，无法保证地铁区间隧道结构安全；
    对抚河两岸截污箱涵会造成影响；
    长时间处理旧桥承台、旧桩基等障碍物，由于冲击力大极易造成塌孔、偏孔；
    成桩需泥浆护壁，泥浆及泥渣对环境污染严重，施工噪音大，噪音污染。

    ③旋挖钻成桩：旋挖钻施工因在成孔过程中孔壁一直受钻斗的刮擦，孔壁难以形成泥皮，护壁性较差，容易缩径、塌孔，加之本工程桩基位于抚河河道两岸及河道内，地下水位高，水压力大，泥浆护壁效果差，安全风险高；
    成桩需泥浆护壁，泥浆及泥渣对环境污染严重，施工噪音大，噪音污染。

    ④回转钻成桩分析：长时间处理旧桥承台、旧桩基等障碍物，极易造成塌孔、偏孔，严重可能引起孔口地表沉陷、钻机倾覆等事故；
    成桩需泥浆护壁，泥浆及泥渣对环境污染严重。

    （3）工期对比：

    ①借鉴地铁2号线处理地下障碍物成功经验分析，采用全套管回转钻机成桩工艺工期约45d（2台设备）。

    ②借鉴桥南引桥桩基托换工程钻孔桩施工情况分析，采用冲击钻工艺工期约90d（2台设备）。

    ③借鉴其他单位施工经验，采用旋挖钻成桩工艺施工工期约60d（2台设备）。

    ④借鉴周边工地钻孔桩施工经验，采用回转钻成桩工艺施工工期约90d（2台设备）。

    （4）费用对比：

    ①全套管回旋钻成桩费用约450万元。

    ②冲击钻成桩费用约400万元。

    ③旋挖钻成桩费用约430万元。

    ④回转钻成桩费用约380万元。

    （5）综合四个方案，对比情况见表2。

    表2 桩基施工方案对比表

    通过以上分析，本工程新建桥梁桩基施工推荐采用设计方案：全套管回转钻机成桩施工方案。

    根据地质和地下障碍物情况，通过几种施工方案的可行性、安全与环保、工期和费用对比，桩基工程采用全套管回转钻机成桩施工方案，目前已顺利完成桩基施工任务。

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