旋挖鉆機在市政橋梁樁基中的施工工藝及質(zhì)量控制

摘要: 旋挖鉆機具有高效、優(yōu)質(zhì)、適用范圍廣、環(huán)保等優(yōu)點，在市政橋梁鉆孔灌注樁的施工中有廣泛應(yīng)用。本文簡要介紹了旋挖鉆機的工藝原理和施工工藝，以及在市政橋梁鉆孔灌注樁基施工中采用旋挖鉆機施工的質(zhì)量控制措施及注意事項。

關(guān)鍵詞: 旋挖鉆機市政橋梁莊基工程施工實踐

旋挖鉆機進行鉆孔灌注樁施工的工藝已在建筑工程、市政工程、交通工程中被廣泛應(yīng)用，它具有適用地層范圍廣、鉆機移位便捷、成孔速度快、施工質(zhì)量好、泥漿污染少、低噪音等優(yōu)點，成為近年來發(fā)展最快的一種新型樁孔施工方法。市政橋梁施工有施工場地小，線路長，現(xiàn)場施工安全文明標準高，工期短等特點。在地層條件適合的情況下，鉆孔灌注樁施工采用旋挖鉆成孔能充分發(fā)揮旋挖鉆機的優(yōu)勢。同時，只有根據(jù)設(shè)備情況、地層條件和孔內(nèi)情況的變化正確合理地運用，才能保證旋挖鉆孔灌注樁的順利施工。筆者介紹了旋挖鉆機的施工工藝原理，施工中的質(zhì)量控制措施和注意事項。

1.工藝原理

旋挖鉆機成孔施工法，又稱鉆斗施工法。成孔原理是在鉆桿柱下端連接一個可閉合開啟的鉆斗，鉆斗底部及側(cè)邊有帶耙齒的切削刀具，借助鉆具自重和鉆機加壓力，使鉆具鉆齒切入地層中，動力頭帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)，在回轉(zhuǎn)力矩作用下鉆頭同時回轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)切削挖掘土層，并將切削挖掘下來的土渣納入鉆斗內(nèi)。待斗內(nèi)裝到相當數(shù)量后將其提出孔外，打開鉆斗卸土。其后再將鉆頭降入孔內(nèi)，如此循環(huán)鉆孔，不斷加深，最終形成樁孔。

主要優(yōu)點:旋挖成孔施工速度快，適合的地層范圍廣，移位靈活，對孔位快，自動化程度高，成孔質(zhì)量好;可采用干挖或回收泥漿，減少泥漿污染;能直接了解地層的變化情況;孔底沉渣清理得更為干凈;采用柴油動力，減小施工用電的要求;噪聲低，實現(xiàn)文明施工。

該機械適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、砂土層、卵石、碎石、強風化基巖等地層。

2.施工工藝

2.1施工流程

施工流程見圖1。

2.2鉆機選型

旋挖鉆機的主要工作參數(shù)有以下幾種:扭矩、發(fā)動機功率、鉆孔直徑、鉆孔深度及鉆機整機質(zhì)量。根據(jù)這些參數(shù)旋挖鉆機可分為三種機型，即小型機、中型機和大型機。

小型鉆機扭矩為100KN·m，發(fā)動機功率170KW，鉆孔直徑0.5—lm，鉆孔深度40m左右，鉆機整機質(zhì)量40t左右。小型機適用于護坡樁、結(jié)構(gòu)樁與小于lm的樁。

中型鉆機扭矩為180kN·m，發(fā)動機功率200kW，鉆孔直徑0.8—1.8m，鉆孔深度可到60m左右，整機質(zhì)量約65t。適用范圍廣，市場占有率高。

大型鉆機扭矩為240KN·m，發(fā)動機功率300KW，鉆孔直徑1—2.5m，鉆孔深度80m左右，鉆機整機質(zhì)量100t左右。適用于特大樁基工程。

施工人員應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況、設(shè)計圖紙、現(xiàn)場情況、施工組織設(shè)計等合理地選取旋挖鉆機機型，并配備可能用到的鉆頭型式，如短螺旋鉆頭、回旋鉆頭等。

2.3樁機就位

旋挖鉆機就位前需平整場地，對軟土進行填料壓實，施工便道做好排水，防止樁機傾斜位移。測量放線確定樁位，用兩根互相垂直的直線相交于樁點，定出十字控制點。調(diào)整旋挖鉆機桅桿垂直，鉆頭中心對準樁位，對中完成后設(shè)置并鎖定各項數(shù)據(jù)。

2.4護筒埋設(shè)

護筒埋設(shè)由人工與旋挖機配合完成。一般采用1.5—2m長的鋼護筒，人工清除道路表面瀝青與結(jié)構(gòu)層后，利用旋挖鉆機進行開孔，人工配合埋設(shè)護筒。對于深厚雜填土的土層采用壁厚為10mm的長鋼護筒穿越，由旋挖鉆機將鋼護筒壓入土層中，護筒底埋置于穩(wěn)定土層中至少0.5m。護筒頂面高出地面20cm，內(nèi)徑大于鉆頭直徑100mm，上部開設(shè)2個溢漿孔。護筒埋設(shè)位置應(yīng)準確，利用十字線定出的四個控制點進行定位，護筒中心與樁位中心應(yīng)一致，偏差不得大于5cm，傾斜度偏差不大于1%。護筒外側(cè)的空隙填壓緊密，并測量筒頂水平面標高。

2.5旋挖成孔

旋挖鉆機成孔利用鉆頭回轉(zhuǎn)切削土層，將切削下的碎土裝進鉆斗內(nèi)，鉆機將鉆斗提出孔外卸土，如此循環(huán)往復，是一個短回次、多回次的過程，直至鉆至設(shè)計深度。旋挖鉆機挖出的碎土等需裝載機及運渣車輛配合，及時將鉆渣轉(zhuǎn)移至指定堆放場地。

在旋挖鉆機成孔過程中，采用靜態(tài)泥漿護壁鉆進工藝，泥漿的配制根據(jù)土層情況與其他泥漿護壁鉆孔灌注樁相同。隨旋挖鉆進孔深增加及泥漿損失，及時向孔內(nèi)注入泥漿，泥漿一般應(yīng)高出護筒底口1m以上。

在旋挖鉆機鉆進過程中應(yīng)注意土層變化，土層發(fā)生變化時應(yīng)取樣與地質(zhì)資料進行核對，并做好鉆進記錄。鉆進至鉆機顯示深度在設(shè)計深度以上1m左右時，采用經(jīng)檢定過的鋼絲測繩進行精確測量，避免出現(xiàn)后期超鉆深度過大。

2.6清孔

旋挖至設(shè)計標高后，用筒式鉆頭在原處繼續(xù)旋轉(zhuǎn)數(shù)圈進行掏渣清孔，清孔速度不宜過快，并保持孔內(nèi)泥漿的水頭高度。下入鋼筋籠后，再測孔底沉渣厚度是否超標，如超標則用吊機吊起鋼筋籠，旋挖鉆機進行二次清孔。

2.7鋼筋籠安裝

鋼筋籠采用分節(jié)下放、孔口焊接的方式安裝。鋼筋籠的吊裝采用三點起吊，入孔時避免碰撞孔壁，垂直下放。先將下節(jié)籠掛在孔口，隨即吊起第二節(jié)進行焊接，逐節(jié)焊接下放，各節(jié)籠焊前須對上下節(jié)主筋位置進行校正，使上下節(jié)保持垂直。節(jié)段較多時，可在現(xiàn)場先水平焊接兩節(jié)，一起起吊，減少成孔后在孔口鋼筋籠的焊接時間。

2.8澆筑水下混凝土

鋼筋籠安裝完畢后，盡快下放導管澆灌混凝土。水下澆灌混凝土按規(guī)范要求施工，與其他鉆孔灌注樁澆灌混凝土工藝相同。只是澆筑過程中要做好泥漿的回收，泥漿可循環(huán)利用，做到減少損失，保護環(huán)境。

3.不同地層的施工技術(shù)

3.1深厚松散雜填土層

松散雜填土，多為人工填積土，含碎石、建筑垃圾、生活垃圾等。該土層壓縮性高，強度低，滲透性較高，開挖容易坍塌。旋挖鉆機試鉆過程中塌孔嚴重，通過采用泥漿護壁的方法無法保持孔壁的穩(wěn)定性。通過采用長護筒(長度8—10m，壁厚10mm)，穿過這一松散層，硬土層使用泥漿護壁的方式鉆進。

3.2粉質(zhì)粘土層

粉質(zhì)粘土層，對于該土層，旋挖鉆機鉆進速度快，對泥漿要求小，甚至可以采用螺旋鉆干成孔的方式，最后采用筒鉆掃孔，成孔質(zhì)量好。旋挖鉆機在粉質(zhì)粘土層施工，能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，孔底成渣少，孔壁粗糙，臺班效率高，從下鋼筋籠到下導管澆筑混凝土不超過40分鐘，樁身質(zhì)量能得到保證。

3.3軟巖

樁基設(shè)計的持力層為軟巖時，該類巖層飽和單軸抗壓強度標準值變化較大，施工中遇到巖石較硬難以鉆進或打滑現(xiàn)象時，采用螺旋鉆頭和回轉(zhuǎn)鉆頭配合使用。先用短螺旋鉆頭破碎巖石，再換回轉(zhuǎn)鉆頭鉆進，如此反復直至終孔。對巖層太硬，采用此法仍不能鉆進，在鉆齒磨損極大的情況下，應(yīng)及時停鉆，以防止傷害旋挖鉆機，而采用沖擊鉆機施工。

4.質(zhì)量控制

4.1施工準備

4.1.1施工前，旋挖鉆機操作人員應(yīng)進行技術(shù)培訓。

4.1.2研究巖土工程勘察資料，選擇正確的施工方法。

4.1.3正確選用適當機型，盡可能發(fā)揮機械的最大效能。

4.1.4市政工程施工過程中，要密切關(guān)注地下管線，鉆進前一定要挖探槽，確認無地下管線后方可進行施工。

4.1.5平整場地，軟弱地基要壓實，并做好場地排水。

4.1.6樁位測量要準確。

4.2過程控制

4.2.1護筒埋設(shè)位置、傾斜度誤差在規(guī)范要求內(nèi)。鉆機就位時鉆頭對準樁位中心，鉆桿垂直，鉆機鉆進中途移位后要重新對中就位。施工過程中經(jīng)常檢查鉆機鉆桿的垂直度，尤其是進入硬土層加層鉆進時，以防止斜孔。

4.2.2鉆進過程中，根據(jù)地質(zhì)情況控制進尺速度。由硬地層鉆到軟地層時，可適當加速;當軟地層變?yōu)橛驳貙訒r，應(yīng)減速慢進;對硬塑層采用快轉(zhuǎn)速鉆進;砂層則采用慢轉(zhuǎn)慢速鉆進?？刂沏@斗的升降速度在0.75—0.85m/s，鉆斗升降速度過快，容易塌孔。

4.2.3根據(jù)地質(zhì)情況制備泥漿。旋挖鉆成孔快，對于護壁要求高，鉆進過程中要及時補充泥漿，保持對孔壁的靜液壓力。根據(jù)土層調(diào)整泥漿的性能指標，遇易塌孔的土層應(yīng)增大泥漿比重和粘度。

4.2.4鋼筋籠骨架外側(cè)設(shè)置控制混凝土保護層厚度的墊塊，豎向間距為2m，徑向圓周不少于4處。鋼筋籠吊放入孔應(yīng)對中、慢放，防止碰撞孔壁。鋼筋籠入孔，應(yīng)牢固定位。

4.2.5樁基成孔后認真清理孔底沉渣，嚴格控制沉渣厚度符合設(shè)計要求。

4.2.6灌注水下混凝土。灌注前導管做好水密承壓和接頭抗拉試驗?；炷翍?yīng)具有良好的和易性，其坍落度控制在180—220mm。首批灌注水下混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導管首次埋置深度和填充導管底部的需要;混凝土應(yīng)連續(xù)灌注，中途停頓時間不大于30min;導管埋置深度控制在2—6m;灌注的樁頂標高比設(shè)計高出0.8—1.0m。

4.2.7鉆孔、安裝鋼筋籠、下導管澆灌水下混凝土各工序間要緊密配合，盡量縮短成孔至澆筑混凝土之間各工序的時間，防止軟巖層長時間浸水軟化，降低樁的側(cè)阻力和端阻力。

4.2.8鉆孔過程中，應(yīng)及時分析挖出的泥渣，與地質(zhì)資料進行比對，做好記錄。如發(fā)現(xiàn)鉆進地層與地質(zhì)資料有較大出入，應(yīng)及時匯報。

5.注意事項

5.1.1旋挖鉆成孔工藝不適宜施工硬度較大的巖層，主要原因是鉆進效率低、鉆齒磨損大，鉆桿易扭曲變形，機械故障率高。不要讓鉆機在極限狀態(tài)下工作，以免增加機械故障率。

5.1.2施工過程中，注意對機械的保養(yǎng)，機械發(fā)生故障后，更換配件修復時間較大，影響工程進度。

5.1.3旋挖鉆機質(zhì)量大，加之使用大型起重機械輔肋作業(yè)，會對地基產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力。因此，對在軟土地層上施工，護筒的壁厚、埋深要適當加大，防止產(chǎn)生縮徑、塌孔。

6.工程實例

南京某高架橋全線采用雙向六車道高架形式，橋梁最大跨徑60m，寬25.5m，全線長約2.8km。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鉆孔嵌巖灌注樁，共有670多根，樁徑分別為Φ1.2m和Φ1.5m，樁長20—40m，樁端持力層為中風化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。工地兩側(cè)是商家和居民區(qū)，環(huán)保要求高。

該工程鉆孔灌注樁基礎(chǔ)采用旋挖鉆機施工，共投入8臺SD200/220型旋挖鉆機，樁基施工在兩個月內(nèi)基本完成。

施工過程中，由旋挖鉆挖出的泥渣由裝載機及運渣車及時清運或打堆進行覆蓋，泥漿采用可移動式鋼板泥漿池供給和回收，做到了環(huán)保、節(jié)能，施工現(xiàn)場達到了無泥漿、無揚塵的文明工地要求。

旋挖鉆機施工時，采用上述施工技術(shù)措施和質(zhì)量控制方案進行管理，樁基質(zhì)量得到有效控制。經(jīng)檢測，鉆孔灌注樁全部為Ⅰ類樁，樁基承載力滿足設(shè)計要求，取得了令人滿意的效果。

7.結(jié)語

旋挖鉆機在市政橋梁樁基工程中的施工實踐表明，采用旋挖鉆機進行鉆孔灌注樁的施工能充分滿足市政橋梁工程的施工場地小、路線長，安全文明施工標準高、工期緊的要求。

參考文獻:

[1]劉金波.建筑樁基技術(shù)規(guī)范理解與應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范(CJJ2-2008)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]林后寬，蔣惠娟.淺述旋挖鉆機的選購及其在實際應(yīng)用中存在的問題[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009，(2).

[4]劉建國.橋梁樁基旋挖鉆施工新技術(shù)的應(yīng)用[J].巖土工程界，2002，(12).

[5]徐志超.旋挖鉆機鉆進泥巖及硬塑黃土地層打滑原因分析及處理[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008，(12).