軟弱地質(zhì)層樁基旋挖鉆機(jī)鉆孔施工工法

摘 要：結(jié)合軟弱地質(zhì)層的特點(diǎn)，對旋挖鉆機(jī)鉆孔的施工工法進(jìn)行了分析，為類似工程提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：軟弱地質(zhì)層；旋挖；安全；環(huán)保措施

1 前言

長江沖積平原為淤泥質(zhì)粘土、粉砂、細(xì)砂、礫砂等軟弱地層地質(zhì)帶。受河流水位影響，在鉆孔樁施工時(shí)極易產(chǎn)生縮徑、塌孔等事故。在汛期時(shí)，地下水位的升高，對鉆孔施工更加不利。為此施工期間仔細(xì)對旋挖鉆機(jī)的施工原理及存在問題進(jìn)行了調(diào)查研究，并結(jié)合以往軟基地質(zhì)層鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)，增選了旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基鉆孔施工，并獲取了成功。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐總結(jié)，形成本工法。在鄭州市航海東路跨京港澳高速公路立交橋新建工程中成功應(yīng)用本工法，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，在工程實(shí)踐中又不斷修改和完善了本工法。

2 工法特點(diǎn)

2.1 鉆機(jī)現(xiàn)場移動(dòng)方便，鉆孔速度快，成孔質(zhì)量優(yōu)良，能有效縮短施工工期。

2.2 垂直度可控。通過主機(jī)井架控制系統(tǒng)可隨時(shí)在機(jī)內(nèi)調(diào)整機(jī)架的垂直度，保證鉆孔質(zhì)量。

2.3 施工成本低。由于對優(yōu)質(zhì)泥漿進(jìn)行了循環(huán)再利用，大大降低了成孔費(fèi)用。

2.4 可提高灌注樁的承載力。旋挖鉆機(jī)成孔中靜壓優(yōu)質(zhì)泥漿在孔壁上形成厚的泥皮護(hù)壁，但由于鉆頭的多次上下往復(fù)，使孔壁粗糙。與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁相比，旋挖鉆孔灌注樁的承載能力得以提高。

2.5 良好的環(huán)保性。在特殊地層需要泥漿護(hù)壁的情況下，泥漿只起支護(hù)作用，鉆削土中的泥漿含量相當(dāng)?shù)?，這使污染源大大減少，進(jìn)而降低了施工成本，也改善了施工環(huán)境。對于干孔施工，環(huán)境污染會(huì)更小。

3 適用范圍

本工法適用于地下水位高，穿越淤泥質(zhì)粘土、粉砂、礫砂等軟弱地層樁基的鉆孔施工。也適用于較好地質(zhì)情況下的鉆孔樁施工。

4 工藝原理

旋挖鉆機(jī)通過自帶動(dòng)力頭提供鉆孔所需扭矩，驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)，使鉆斗切削土層，利用多層伸縮式鉆桿和鉆頭的特殊結(jié)構(gòu)及時(shí)快速出渣，實(shí)現(xiàn)較高速鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中鉆頭多次上下往復(fù)作業(yè)，以保證成孔的質(zhì)量。鉆孔中采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，確?？妆诘姆€(wěn)定。成孔后二次清孔采用泵吸換漿法及時(shí)快速清孔。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程（見圖1）

5.2 工藝操作要點(diǎn)

5.2.1 施工準(zhǔn)備

（1）場地、便道和用水用電

根據(jù)現(xiàn)場情況，做好施工場地的平整。修建施工便道，確保鉆機(jī)和其它車輛通行順暢。準(zhǔn)備好發(fā)電機(jī)，以防突發(fā)事件。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況將施工用水引至施工現(xiàn)場。在場地范圍內(nèi)布置好泥漿池、沉淀池備用。

（2）施工測量

建立測量控制網(wǎng)，對樁位進(jìn)行施工放樣。定出的樁位，及時(shí)設(shè)置護(hù)樁，并交施工隊(duì)看管保護(hù)。樁位和護(hù)樁嚴(yán)禁機(jī)械在上行走碾壓。

5.2.2 埋設(shè)護(hù)筒

護(hù)筒采用厚度10mm的鋼板制作成整體鋼護(hù)筒，直徑1.7m、長度3.0m。強(qiáng)度高、剛度大、適應(yīng)性強(qiáng)，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，加快施工進(jìn)度。護(hù)筒埋深要求在地面以下不小于2.0m，頂端高出地面0.3m。鉆機(jī)就位后，用大于護(hù)筒直徑的鉆頭施鉆至護(hù)筒埋設(shè)底標(biāo)高，安裝護(hù)筒，檢查護(hù)筒中心和垂直度符合要求后四周分層夯填粘土。

5.2.3 鉆機(jī)就位

旋挖鉆機(jī)就位時(shí)均在其底鋪放厚度16mm的整體鋼板，以增大受力面積。然后調(diào)節(jié)下部導(dǎo)向圈、調(diào)直鉆桿、將鉆斗導(dǎo)向尖與樁位對齊，保證插鉆正確，防止鉆孔偏斜。

5.2.4 儲(chǔ)漿池造漿

儲(chǔ)漿池標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)鉆孔所需泥漿用量及造漿能力而定。考慮旋挖鉆對優(yōu)質(zhì)泥漿的特殊要求，制漿原料可選用塑性指數(shù)大于25，粒徑小于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘質(zhì)土制漿。現(xiàn)場缺少上述性能的粘質(zhì)土，調(diào)制的泥漿性能不符合要求，可在泥漿中摻入了鈉質(zhì)膨潤土、純堿Na2CO3和CMC纖維素以改良泥漿性能。膨潤土泥漿具有相對密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、穩(wěn)定性強(qiáng)、固壁能力高、鉆具回轉(zhuǎn)阻力小、鉆進(jìn)率高、造漿能力大等優(yōu)點(diǎn)。含CMC纖維素的泥漿能使孔壁形成薄而堅(jiān)、滲透性低的濾餅，使失水量降低。能使鉆機(jī)得到低的初切力，使泥漿易于放出裹在里面的氣體，同時(shí)把碎物很快棄于泥坑中。泥漿和其它懸浮分散體一樣，具有一定的存在期，加入CMC后能使它穩(wěn)定而延長存在期。高粘度的CMC適用于密度較小的泥漿，低粘度的CMC適用于密度大的泥漿。選用CMC應(yīng)根據(jù)泥漿種類及地區(qū)、孔深等不同條件來決定。

泥漿調(diào)制采用泥漿攪拌機(jī)攪拌，攪拌時(shí)先將定量的清水加入攪拌鼓，再投入適量膨潤土和純堿并開動(dòng)機(jī)器攪拌。成漿后打開出漿門排漿至儲(chǔ)漿池貯存，以備鉆孔時(shí)向井孔內(nèi)注漿之用。泥漿的性能指標(biāo)要求及檢驗(yàn)方法見表1。

5.2.5 鉆進(jìn)

旋挖鉆的鉆進(jìn)是用動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)，利用鉆頭下端的切削刃對土層進(jìn)行切削破碎，切削的土體被擠進(jìn)鉆斗，裝滿后將鉆斗提出孔口，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)底盤然后反轉(zhuǎn)，并開啟鉆斗閥門，將土體排放到地面或直接卸在汽車上運(yùn)走。這樣通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提鉆、甩土，多次反復(fù)作業(yè)而成孔，直至孔底標(biāo)高。

初始鉆進(jìn)進(jìn)尺要緩慢，盡量減少鉆桿晃動(dòng)，保證鉆孔的垂直度。鉆進(jìn)過程中，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整機(jī)架保持鉆桿垂直、位置正確，防止因鉆桿晃動(dòng)引起擴(kuò)大孔徑及增加孔底沉渣。斗底鐵門在鉆進(jìn)中始終要保持關(guān)閉狀態(tài)，以防止鉆斗的土砂掉落到孔內(nèi)。鉆斗在孔內(nèi)的升降速度必須控制好，一般砂類土在樁徑1.5m時(shí)鉆斗提土速度為0.5～0.6m/s，空鉆斗升降速度為0.7～0.9m/s。隨鉆孔深度的增加，其升降速度宜減小。成孔后鉆頭要多次上下往復(fù)作業(yè)，以保證孔徑滿足要求。對泥漿性能進(jìn)行隨時(shí)觀測和試驗(yàn)，以保證鉆孔過程中泥漿的性能穩(wěn)定，防止孔內(nèi)水位波動(dòng)，護(hù)壁質(zhì)量不佳，使孔壁砂向孔內(nèi)涌流。孔的垂直度主要是靠調(diào)整機(jī)座、大臂和鉆桿座孔之間的相對位置來確定的。

5.2.6 清孔

鉆孔到位后，進(jìn)行第一次清孔，排除孔底沉渣。排渣時(shí)用帶擋板的鉆斗空轉(zhuǎn)清渣，不得加深鉆進(jìn)。清渣完成后進(jìn)行孔深測量。

5.2.7 檢查成孔質(zhì)量

采用探孔器檢測樁孔的樁徑、樁長及豎直度能否滿足要求。如發(fā)生卡殼、下沉不到位的情況需用鉆斗重新掃孔，清除沉渣。

5.2.8 鋼筋籠及混凝土導(dǎo)管安裝

鋼筋籠安裝時(shí)要避免刮傷孔壁。鋼筋籠四周布置保護(hù)層鋼筋或混凝土墊塊以保證籠子的位置符合設(shè)計(jì)要求。導(dǎo)管按照編號(hào)依次放下，全部入孔后要保證懸空高度滿足規(guī)范要求。

5.2.9二次清孔

孔內(nèi)鋼筋籠及導(dǎo)管安裝完畢后，采用泵吸法抽渣換漿法進(jìn)行二次清孔。啟動(dòng)真空泵，輔助砂石泵啟動(dòng)抽排孔內(nèi)泥渣。砂石泵的泵量不宜太小，否則對大的泥渣和清孔時(shí)間、質(zhì)量不利。清孔時(shí)儲(chǔ)漿池內(nèi)的優(yōu)質(zhì)泥漿要不斷向井孔內(nèi)補(bǔ)漿，以保持泥漿水頭高度穩(wěn)定。從孔內(nèi)換出的泥漿進(jìn)入泥漿泥淀池進(jìn)行泥漿凈化后循環(huán)至儲(chǔ)漿池回收重復(fù)利用。因鉆孔用泥漿為優(yōu)質(zhì)泥漿，僅起護(hù)壁作用，相對密度均較低，在1.05～1.10之間，可使砂石泵的抽吸作用得到很好的效果。泵吸式抽渣換漿工作示意圖見圖5.2.9。清孔即將完畢時(shí)，測孔深及孔底抽出泥漿的相對密度，當(dāng)孔底沉渣符合規(guī)范及抽出泥漿性能符合灌注要求時(shí)，清孔完成，即可進(jìn)行水下砼灌注工序的施工。

6 機(jī)具設(shè)備（見表2）

表2 機(jī)具設(shè)備

7 質(zhì)量控制

7.1 嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000）及《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ 071-98）對鉆孔質(zhì)量進(jìn)行檢查。

7.2 合理布置控制樁并定期進(jìn)行檢查和聯(lián)測。

7.3 嚴(yán)格控制成孔過程，加強(qiáng)泥漿性能、孔徑、孔深、垂直度、沉渣厚度的檢測，并做好記錄。

7.4 鉆機(jī)操作人員要嚴(yán)格按照操作規(guī)程和鉆孔作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行設(shè)備操作和鉆孔施工。

7.5 現(xiàn)場根據(jù)出渣做好地質(zhì)情況記錄。

7.6 及時(shí)清理外運(yùn)棄渣，在孔旁堆積高度不得超過2米，防止對孔壁產(chǎn)生壓力。

7.7 加強(qiáng)鉆機(jī)的檢查和維修，保證鉆孔施工連續(xù)順利完成。

7.8 二次清孔檢查合格后，應(yīng)及時(shí)灌注混凝土。防止停孔時(shí)間較長，孔壁發(fā)生變化塌方或孔內(nèi)泥漿中懸渣下沉使孔底沉渣變厚。

8 安全措施

8.1 全體干部、施工人員，嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)安全生產(chǎn)的方針、政策、法令和安全生產(chǎn)職責(zé)及安全技術(shù)操作規(guī)程。

8.2 對于已埋設(shè)護(hù)筒未開鉆或已成樁護(hù)筒尚未拆除的應(yīng)加設(shè)護(hù)筒頂蓋或鋪設(shè)安全網(wǎng)遮罩。

8.3 使用的電纜要定期檢查，接頭必須綁托牢固，確保不透水、不漏電，對經(jīng)常處于水、泥漿浸泡處應(yīng)架空搭設(shè)。

8.4 因故停鉆，應(yīng)將鉆頭提出孔外，落放地面，防止塌孔埋鉆。

8.5 定期檢查設(shè)備部件潤滑油、高壓油管路及其連接情況。

8.6 施工現(xiàn)場設(shè)置安全警示牌，非施工人員嚴(yán)禁入場，防止人員、機(jī)具落入井內(nèi)。

9 環(huán)保措施

9.1 嚴(yán)格執(zhí)行國家、地方及建設(shè)單位有關(guān)環(huán)保的規(guī)定，貫徹“預(yù)防為主、保護(hù)優(yōu)先，開發(fā)與保護(hù)并重”的原則，接受環(huán)保、水保等部門的監(jiān)督，檢查和指導(dǎo)，采取可靠措施，做好施工中水土保持工作。

9.2 盡量減少對植被的破壞，對于確需占用的土地，在使用完后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。

9.3 采取有效措施降低施工噪音和廢氣污水對周圍環(huán)境的影響。

9.4 對廢棄的泥漿嚴(yán)禁隨意排放，應(yīng)集中到沉淀池中凈化風(fēng)干處理。避免泥漿中殘留的水泥及化學(xué)藥品對周圍環(huán)境造成污染。

9.5 對鉆孔中所提出的鉆碴應(yīng)集中到專門的棄碴場地，避免對周圍環(huán)境受到影響或使場地受到限制。

10 經(jīng)濟(jì)效益分析

以湖北東荊河大橋?yàn)槔嗤氖┕?nèi)容，旋挖鉆機(jī)每米成樁單價(jià)為260元/m，而反循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)需要275元/m。旋挖鉆機(jī)共施工168根（共308根）8400米，直接節(jié)約成本12.6萬元。

通過灌注鉆孔樁的砼用量來看，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的擴(kuò)孔率要達(dá)到6%～8%，而旋挖鉆機(jī)只有3%～4%。以平均節(jié)約3%混凝土計(jì)，節(jié)約直接成本15.6萬元。

旋挖鉆機(jī)平均一天最少可以完成一根鉆孔樁，而旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)3天左右才能完成一根，這樣可以節(jié)約一定的管理費(fèi)和其它間接費(fèi)。對于工期緊，任務(wù)重的施工項(xiàng)目，可縮短基礎(chǔ)工程的施工時(shí)間，減輕下部構(gòu)造的工期壓力，并減少一部分的人力、機(jī)具和材料的投入，從而降低項(xiàng)目總施工成本。

11 工程實(shí)例

11.1 湖北東荊河大橋

湖北東荊河大橋全長4446.08m，共有ф1.5m鉆孔樁308根，共長15232m。由于汛期長江水會(huì)形成倒灌，在施工區(qū)域內(nèi)大面積漲水，所以要趕在汛期漲水前將鉆孔樁全部完成。

其土體特征自上而下為：亞粘土、粉砂、粘土、細(xì)砂、亞砂土、粉砂、細(xì)砂、礫砂。

為加快施工進(jìn)度，在原有的旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，又增加3臺(tái)旋挖鉆機(jī)，其施工速度平均達(dá)到10m/h左右，大大加快了鉆孔樁的整體施工進(jìn)度。在全橋成樁質(zhì)量檢測中，旋挖鉆機(jī)所完成的鉆孔樁中Ⅰ類樁比例在90%以上，無Ⅲ類樁出現(xiàn)，完全滿足了施工質(zhì)量要求。

11.2 山東小營至濱州地方鐵路黃河公鐵路橋工程

山東小營至濱州地方鐵路黃河公鐵路橋工程小營岸引橋，橋址位于黃河沖積平原區(qū)，地質(zhì)情況為砂粘土、粉土、粉細(xì)砂、中細(xì)砂等。全橋樁基共326根，直徑1.0，1.2，1.5m，樁長45-55米。該工法在項(xiàng)目上應(yīng)用后效果顯著，主要是速度快，并能確保質(zhì)量。

11.3 鄭州市航海東路跨京港澳高速公路立交橋新建工程

鄭州市航海東路跨京港澳高速公路立交橋新建工程，橋址位于黃河沖積（泛濫）平原區(qū)，地質(zhì)情況為厚層粉細(xì)砂、含礫中細(xì)砂。樁基深50-60米，直徑1.5m，共150根。由于工期要求年底必須完成橋梁主體工程，項(xiàng)目在反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的基礎(chǔ)上又投入了4臺(tái)旋挖鉆機(jī)，后來由于泥漿處理等問題就棄用了回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。施工中，旋挖鉆機(jī)平均每天成孔2個(gè)。樁基的快速完成為節(jié)點(diǎn)工期的順利實(shí)現(xiàn)打下了良好基礎(chǔ)。