旋挖鉆機(jī)在樁基工程中的應(yīng)用

拓偉民

（蘭州市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

0 前言

旋挖鉆機(jī)的英文為Rotary Drilling Rig，旋挖鉆機(jī)是在回轉(zhuǎn)斗鉆機(jī)和全套管鉆機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，第二次世界大戰(zhàn)前，美國CALWELD首先研制出回轉(zhuǎn)斗，短螺旋鉆機(jī)。二十世紀(jì)五十年代，法國BENOTO將全套管鉆機(jī)應(yīng)用于樁基礎(chǔ)施工，而后由歐洲各國將其組合并不斷完善，發(fā)展成為今天的多功能組合模式。鉆孔灌注樁是目前橋梁工程中常用的重要基礎(chǔ)形式之一，由于施工工藝成熟、安全性高、地層適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于橋梁工程施工中。但由于傳統(tǒng)的鉆孔機(jī)械主要為回轉(zhuǎn)循環(huán)類鉆機(jī)和沖抓類鉆機(jī)，受鉆機(jī)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工工藝制約，鉆進(jìn)速度較慢，并且在施工過程中循環(huán)泥漿、噪聲等對環(huán)境污染較大。

1 工程概況

蘭州市南山路道路九標(biāo)工程位于西固區(qū)，是解決蘭州市交通擁擠、改善沿線環(huán)境的東西大通道。為保證工期，加快南山路施工進(jìn)度，橋梁下部構(gòu)造大部分灌注樁采用旋挖鉆機(jī)施工。

其地層巖性特征分述如下：

（1）素填土（Q4 ml）:以粉土為主，含有碎石、角礫等，結(jié)構(gòu)松散，人工回填而成，層厚1.50～3.50 m，稍密、稍濕：

（2）黃土狀粉土（Q4al+pl）:褐黃色,以粉粒為主，土質(zhì)均勻，純凈，含白色鈣質(zhì)斑點(diǎn)及條紋，下部含有角砬，碎石等，沖洪積成因，層厚2.10～2.20 m，稍密、稍濕。主要分布在腦頂溝溝西側(cè)。

（3）黃土狀粉土（Q2al+pl）：褐黃色,以粉粒為主，含有角礫，略顯水平層理，沖洪積成因。層厚13.30～17.2 m；第 4層細(xì)沙層，深 17.1～18.2 m；第5層卵石層，深17.1～18.2 m，稍密—中密、稍濕—濕。

（4）土夾石（Q2al+pl）：雜色，以碎石、角礫及粉土為主，含有大量混砂，夾塊石，均勻性較差，層厚0.90～14.0 m，稍密—中密、稍濕—濕。

（5）泥巖（N）:頂板埋深 17.60～21.60 m,相應(yīng)標(biāo)高介于1 558.54～1 563.78 m。褐紅色,塊狀構(gòu)造,半成巖狀,屬第三系軟質(zhì)巖石.遇水、空氣易軟化，形成于干旱氣候條件下的氧化環(huán)境中。

2 旋挖鉆機(jī)施工工藝

旋挖鉆機(jī)施工工藝與常規(guī)鉆機(jī)部分相同，但由于旋挖鉆機(jī)自身的特點(diǎn)和成孔方式，在一些方面又有較大差別，施工基本流程如下。

2.1 旋挖鉆機(jī)施工工藝步驟

（1）樁位放樣、埋設(shè)護(hù)筒，放入泥漿。按照工地現(xiàn)場土質(zhì)情況，放下一定長度的護(hù)筒。護(hù)筒直徑一般應(yīng)比樁徑大100 m m，以便鉆頭在孔內(nèi)自由升降。按現(xiàn)場土質(zhì)情況，調(diào)配泥漿。如果現(xiàn)場土質(zhì)都是比較好的粘性土，可以考慮不注入泥漿或清水，直接鉆進(jìn)。

（2）旋挖鉆機(jī)就位。

（3）鉆頭輕輕著地，旋轉(zhuǎn)，開鉆。最好以鉆頭自重作為鉆進(jìn)壓力，以更好的保證樁基精度。

（4）當(dāng)鉆頭里裝滿土砂料，提升出孔外。注意孔內(nèi)地下水位情況，及時補(bǔ)充水，以防坍塌。

（5）旋挖鉆機(jī)旋回，將鉆頭內(nèi)的土砂料傾倒在土方車或地上。

（6）關(guān)上鉆頭活門，旋挖鉆機(jī)旋回到原位，鎖上鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)體。

（7）放下鉆頭。

（8）鉆孔完成，進(jìn)行第一次清孔，并測定深度。

（9）放入鋼筋籠。

（10）放入導(dǎo)管；進(jìn)行第二次清孔；進(jìn)行水下混凝土灌注；拔出護(hù)筒，清理樁頭沉淤，成樁。

2.2 施工要點(diǎn)

2.2.1 護(hù)筒施工

護(hù)筒埋設(shè)工作是旋挖鉆孔機(jī)施工的開端，護(hù)筒平面位置與豎直度準(zhǔn)確與否，護(hù)筒周圍和護(hù)筒底腳是否緊密不透水，對旋挖鉆孔機(jī)成孔、成樁的質(zhì)量有重大的影響。

護(hù)筒的制作及埋設(shè)的原則：

（1）護(hù)筒采用鋼護(hù)筒，長度4 m以內(nèi)采用厚4～6 mm的鋼板制作，長度大于4 m的采用厚8～12 mm鋼板制作。護(hù)筒埋置較深時，采用多節(jié)護(hù)筒連接使用，連接形式采用焊接，焊接時保證接頭圓順同時滿足剛度、強(qiáng)度及防漏的要求。

（2）護(hù)筒內(nèi)徑大于鉆頭直徑，具體護(hù)筒直徑按設(shè)計要求選用。

（3）護(hù)筒埋設(shè)深度滿足設(shè)計及有關(guān)規(guī)范要求，河流中將護(hù)筒埋置在較堅硬密實(shí)的土層中0.5m以上。

（4）護(hù)筒頂高出施工水位或地下水位1.5～2.0 m，并高出施工地面0.3 m。

（5）護(hù)筒埋設(shè)前，先準(zhǔn)確測量放樣，保證護(hù)筒頂面位置偏差不大于5 cm，埋設(shè)中保證護(hù)筒斜度不大于1%。

2.2.2 泥漿

（1）制備泥漿是旋挖鉆機(jī)能否成孔的關(guān)鍵，也是影響鉆孔進(jìn)度和樁基混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。泥漿過稀時不能浮渣影響鉆進(jìn)，過稠時泥漿附在孔壁和鋼筋上，影響樁基混凝土的質(zhì)量。

（2）泥漿性能指標(biāo)。制漿前，應(yīng)先把粘土塊盡量打碎，在井孔外以泥漿攪拌機(jī)制成泥漿后使用。為了回收泥漿原料和減少環(huán)境污染，均應(yīng)設(shè)置泥漿循環(huán)凈化系統(tǒng)。

（3）泥漿性能參數(shù)。泥漿池可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件開挖或采用砌筑，也可以用鋼板焊制。漿液材料以優(yōu)質(zhì)膨潤土、純堿為主，泥漿制備用水直接采用施工場地附近河水。泥漿制備完畢后，進(jìn)行各項性能指標(biāo)的檢測，不符合要求的重新調(diào)制。

2.2.3 鋼筋籠制作

因旋挖鉆機(jī)成孔速度較快，正常情況下，2～5 h即可成孔，因此，強(qiáng)制要求鋼筋籠必須在樁孔開鉆前制作完成并驗收合格，防止成孔靜置時間過長出現(xiàn)坍孔等各種意外情況。鋼筋籠制作的具體要求與其他樁基的要求相同。

2.2.4 合理控制鉆斗的升降速度

在開始鉆進(jìn)或穿過軟硬層交界處時，為保持鉆桿豎直，宜緩慢進(jìn)尺。在鉆進(jìn)過程中如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆進(jìn)時，可能是遇到硬石、石塊或硬物等，這時應(yīng)立即提鉆檢查，等查明原因并妥善處理后再開鉆，以免導(dǎo)致樁孔嚴(yán)重傾斜、偏移，甚至使鉆桿、鉆具扭斷或損壞。

2.2.5 鉆進(jìn)出渣

開鉆前各項準(zhǔn)備工作就緒后，即可開始鉆孔施工。旋挖鉆機(jī)鉆孔施工中，泥漿為單向供應(yīng)，在孔口注漿即可，與常規(guī)鉆機(jī)泥漿循環(huán)系統(tǒng)有較大的區(qū)別，部分泥漿隨筒鉆出渣而排出，損耗較大，需要隨時觀察孔內(nèi)泥漿標(biāo)高。

2.2.6 成孔驗收

鉆進(jìn)到位后，將孔口附近的鉆渣及泥漿等全部清除干凈。對成孔進(jìn)行驗收，主要檢查泥漿性能指標(biāo)、復(fù)核護(hù)筒中心偏位及標(biāo)高、成孔深度、孔徑、孔斜等。由于旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)是桶型鉆頭的上下往復(fù)的循環(huán)過程，孔內(nèi)泥漿上下基本均勻，故取上部泥漿代替孔底泥漿進(jìn)行測試，性能指標(biāo)控制值同鉆孔過程的泥漿性能指標(biāo)。

2.2.7 下鋼筋籠、導(dǎo)管安裝、清孔、沉渣測量

下鋼筋籠、導(dǎo)管安裝、清孔、沉渣測量（旋挖鉆機(jī)正常情況下成孔孔底較干凈，孔壁穩(wěn)定性好，經(jīng)適當(dāng)清孔后，孔底沉渣能滿足設(shè)計要求）、水下混凝土灌注等施工工序基本與其他樁基施工相同。

3 旋挖鉆機(jī)與傳統(tǒng)的鉆孔機(jī)械相比的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用前景

3.1 優(yōu)缺點(diǎn)

（1）旋挖鉆機(jī)效率高、方便靈活、成孔速度快、擴(kuò)孔率小、正常情況下2～5 h就可以成孔，是傳統(tǒng)鉆孔機(jī)械的10～20倍以上。舉例說明，樁徑1 500 mm，樁長20 m的成孔時間，沖擊鉆需要72～96 h，使用功率260 kW旋挖鉆機(jī)僅需要4～5 h，效率高達(dá)20倍。這是在相同條件下的對比情況。因此旋挖鉆成孔技術(shù)是市政建設(shè)、房建工程、鐵路、公路橋梁等理想的基礎(chǔ)施工設(shè)備。

（2）噪聲小、污染少，特別適用于鬧市區(qū)的工程建設(shè)。

（3）適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、沙土層以及短螺旋不能鉆進(jìn)的含有部分卵石、碎石的地層。采用巖心鉆頭，還可嵌入巖層。

（4）旋挖鉆機(jī)及施工工藝在我國北方地區(qū)已經(jīng)得到了很快普及，原因是北方地區(qū)受地下水的影響小，樁基設(shè)計淺，地質(zhì)堅硬，地質(zhì)穩(wěn)定性好。在南方沿海地區(qū)由于地層較軟，地下水位高，地質(zhì)穩(wěn)定性差，樁一般較大較深，旋挖鉆機(jī)成孔困難，目前仍以正反循環(huán)鉆機(jī)為主。

（5）旋挖鉆機(jī)自重（50～80 t）較大，鉆機(jī)平臺的穩(wěn)定，也是個不容忽視的問題，否則容易發(fā)生孔斜超標(biāo)的質(zhì)量問題，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致鉆機(jī)傾覆的安全事故。

（6）降低成本。旋挖鉆機(jī)與其他成孔設(shè)備相比，按孔徑1 000～1 500 mm計算，每米節(jié)約成本約400～600元，經(jīng)濟(jì)合理，成本較低。

3.2 應(yīng)用前景

旋挖鉆機(jī)因其具有裝機(jī)功率大，輸出扭矩大，軸向壓力大，機(jī)動靈活、施工效率高、環(huán)保等特點(diǎn)，配合不同鉆具，能夠適應(yīng)我國大部分地區(qū)的地質(zhì)條件，從而成為適合建筑樁基工程中成孔作業(yè)最理想的施工機(jī)械。近年來，在我國許多大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的施工中得到了廣泛應(yīng)用，旋挖鉆機(jī)高效、環(huán)保、效益高的優(yōu)勢得到了公認(rèn)。旋挖鉆機(jī)具有一系列傳統(tǒng)鉆機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在樁基工程施工中的推廣和廣泛運(yùn)用勢在必行。

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