合铜高速公路项目郑家河大桥、小南河大桥、路村河特大桥共有大直径嵌岩桩共计192根,直径2米桩基152根,直径2.2米桩基4根,直径2.4米桩基12根,直径2.6米桩基24根。桩基大部分在强风化泥质砂岩上,最大入岩深度40米,砂岩强度高。设备进场后,通过试钻将钻进工艺达到最优。
嵌岩桩基通常采用冲击成孔法,但往往由于实际施工条件的限制以及环保、文明施工等要求,冲击成孔经常被限制使用。随着特大型桥梁的不断涌现,超大超深桩基越来越多,出现桩长甚至达60米,大功率旋挖钻机工作高效、移动灵活、环保和适应地层性较广等优点被广泛应用于公路桥梁、铁路、市政和水利等桩基工程中。大功率旋挖钻施工嵌岩桩主要核心是合金钻头掏心与桩基匹配及钻进方法的选择,为类似工程提供参考和借鉴。
传统法施工存在缺点
一、嵌岩桩采用冲击钻施工容易出现偏孔
以合铜高速项目郑家河大桥主桥11墩为例,施工现场地层主要为中风化砂岩,最大强度达到83.9Mpa,桩基桩径2.6米,桩长48米,桩基最大入岩深度达到45米。采用大功率旋挖钻机每3天可钻成一根桩基,不需要制备泥浆。若采用冲击钻成孔,每天只能钻进1.5至2米,钻成一根桩需要20至24天左右。采用旋挖钻施工嵌岩桩比冲击钻单根桩基可节约17至21天左右,大大的缩短了桩基施工时间,降低了塌孔风险,而且钻进过程不会出现卡钻、偏孔等现象。
二、泥浆易造成河流污染,文明施工难度大
采用冲击钻施工,需要制备大量泥浆,郑家河大桥11号1根桩基需要制备大约280立方米,泥浆池防护不当,会造成泥浆外流,污染河道。同时,再加上每个泥浆池分循环池、储浆池,中间设泥浆通道,后期需要自然风干,存在安全隐患。再加上郑家河大桥下穿国家级旅游景点林皋湖,泥浆处理不好会污染景观湖。
三、成本较大
从成本方面来分析,旋挖钻进工艺与传统冲击钻工艺比较,以郑家河大桥主桥11墩为例,施工现场地层主要为中风化砂岩,最大强度达到83.9MPa,桩基桩径2.6米,桩长48米,桩基最大入岩深度达到45米。如果采用大功率旋挖钻机每3天可钻成一根桩基,不需要制备泥浆。若采用冲击钻成孔,每天只能钻进1.5至2米,钻成一根桩需要20至24天左右,冲击钻钻进需要制备泥浆,泥浆池需要临时征地花费,需要消耗人工费和挖机挖泥浆池,抽浆清孔等费用约12000元,共可以节省49200元。通过计算,用大功率钻挖钻施工嵌岩桩经济实用,工程量越多对成本的有效利用越有利。而冲击钻施工却恰恰相反,工程量越多投资却越大,一正一反会相差很多,所以从成本方面来分析这种旋挖钻成孔可行。
改进后施工方案
以桩径2.6米桩基为例,对旋挖钻机施工时预先提出三种施工方案:第一种方案是先采用直径1.25米合金钻头进行掏心,施工完成10米后采用直径1.8米钻头进行扩孔,扩孔至标高后换成直径2.6米钻头成孔。第二种方案直接采用直径1.8米合金钻头进行掏心,施工完成10米后换直径2.6米钻头成孔。第三种方案为直接采用直径1.25米钻头进行三角形钻孔,施工完成10米后换直径2.6米钻头直接成孔。优化后旋挖钻施工方法示意图如下:

施工工艺流程

工艺调整后达到效果
根据方案比较,选择460KW大功率旋挖钻机配备高强合金钻头施工,先采用1.25米钻头进行掏心,施工完10米后采用1.8米钻头进行扩孔,扩孔至标高后换2米及与桩径相同大小的钻头进行成孔,此种方法能达到6.5米/天进尺。
旋挖钻施工


直径1.25米嵌岩筒钻头 直径2.6米扩孔钻头
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