淺談旋挖鉆機(jī)鉆孔施工在天水項(xiàng)目大孔徑樁基中的應(yīng)用

陳克湘 董偉

摘要：隨著交通基礎(chǔ)建設(shè)的迅速發(fā)展，旋挖鉆機(jī)鉆孔施工在大中橋梁中的運(yùn)用也愈來(lái)愈多。旋挖鉆機(jī)鉆孔施工方法是鉆孔灌注樁施工中一種較先進(jìn)的施工方法，該施工方法主要特點(diǎn)是施工效率高，適用于工期要求緊的工程項(xiàng)目。本文述敘了旋挖鉆機(jī)鉆孔施工在天水項(xiàng)目大孔徑樁基施工中應(yīng)用的一些具體情況。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)；大孔徑樁基；施工

一、前言

旋挖鉆機(jī)鉆孔施工技術(shù)近年來(lái)得到了快速推廣，特別是在城市市政工程建設(shè)中應(yīng)用極為廣泛。旋挖鉆機(jī)鉆孔施工具有環(huán)保突出、施工現(xiàn)場(chǎng)干凈；自動(dòng)化程度高、成孔速度快、質(zhì)量高等特點(diǎn)，旋挖鉆機(jī)本身是自帶柴油動(dòng)力，不需外接電源，具有移位方便，機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。天水項(xiàng)目主橋主墩32根樁基位于渭河一級(jí)支流藉河河床里，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)54米，樁徑2.5米，虛樁深度在7-8米之間。施工開(kāi)始時(shí)間為4月下旬，計(jì)劃在主汛期7月份之前完成樁基施工。工期緊，施工難度大。旋挖鉆機(jī)鉆孔灌注樁施工在天水項(xiàng)目主橋主墩施工中得到了充分的應(yīng)用，加快了施工進(jìn)度，確保了工程質(zhì)量。

二、旋挖鉆機(jī)鉆孔樁施工原理及施工特點(diǎn)

樁基施工采用徐工XR360D型全液壓旋挖鉆機(jī)，其施工原理 ：旋挖鉆成孔是通過(guò)底部帶有活門的桶式回轉(zhuǎn)鉆斗破碎巖土，并直接將其裝入鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。該鉆機(jī)全液壓驅(qū)動(dòng)、電腦控制，能精確定位鉆孔，自動(dòng)校正鉆孔垂直度和自動(dòng)量測(cè)鉆孔深度，最大限度的滿足鉆孔質(zhì)量。伸縮鉆桿不僅向鉆頭傳遞回轉(zhuǎn)力矩和軸向壓力，而且利用本身的伸縮性實(shí)現(xiàn)鉆頭的快速升降，快速卸土，以縮短鉆孔輔助作業(yè)的時(shí)間，提高鉆進(jìn)效率。履帶底盤承載，接地壓力小，在施工場(chǎng)地內(nèi)行走移位方便，機(jī)動(dòng)靈活。旋挖鉆機(jī)可以適用于淤泥質(zhì)土、粘土、砂土、卵石層等地層。

三、旋挖鉆機(jī)鉆孔施工在天水項(xiàng)目大孔徑樁基中的具體應(yīng)用

1、工程概況

1.1、主橋主墩32根樁基的設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)54米，樁徑2.5米，虛樁深度在7～8米之間。施工圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)資料情況如下：

橋位區(qū)巖土層主要由第四紀(jì)沖洪積成因的粉土、圓礫和新近系砂質(zhì)泥巖和泥巖四層巖土組成：

1.1.1、①層 粉土（Q4 al+pl）：土質(zhì)較均勻，含有植物根系和少量礫石，手捏略有砂感，強(qiáng)度和韌性較低，層厚在0.3～4.8米。

1.1.2、②層 圓礫（Q4 al+pl）：粒徑大于2mm顆粒含量占到總質(zhì)量的55%-70%不等，級(jí)配較差，分選性較好，以亞圓形為主，砂質(zhì)及3%左右的泥質(zhì)充填，卵粒含量占20%左右，最大粒徑約120mm，層厚在1.1～6.6米。

1.1.3、③層 新近系砂質(zhì)泥巖（N）：根據(jù)風(fēng)化程度將其分為三個(gè)亞層。③1 層全風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：黃褐色；已風(fēng)化成土狀，干鉆易鉆進(jìn)，本層巖土在場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)，層厚在0.5～1.1米。③2 層強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：棕紅色；砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造；泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易軟變形，本層巖土在場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)，層厚在5.2～10.7米。③3 層中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：棕紅色；砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造；遇水不易軟化，干鉆鉆進(jìn)較困難，本層巖土在場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)，層厚在9.3～17米。

1.1.4、④層 泥巖（N）：根據(jù)風(fēng)化程度將其分為三個(gè)亞層，④1層全風(fēng)化泥巖：青灰色或褐色，主要礦物成分均已風(fēng)化成粘土，結(jié)構(gòu)構(gòu)造受到嚴(yán)重破壞，干鉆易鉆進(jìn)，本層巖土在場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)，層厚在0.3～1.5米。④2 層強(qiáng)風(fēng)化泥巖；青灰色，褐色，紅褐色，干鉆較易鉆進(jìn)，暴曬易干裂，錘擊可碎，本層巖土在場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)，層厚在11～18.1米。④3 層中風(fēng)化泥巖：青灰色，褐色，紅褐色；泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，遇水不易軟化，干鉆鉆進(jìn)困難，本層巖土在場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)，層厚在11～18.1米，該層未揭穿。

1.2、由圖紙?zhí)峁┵Y料來(lái)看，地質(zhì)情況比較復(fù)雜，從后面的施工過(guò)程中來(lái)看，確實(shí)是這樣的，鉆機(jī)提升出來(lái)了各種顏色的巖土，巖土的成分和性質(zhì)也各不一樣。實(shí)際施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)主墩樁基位置的巖土層主要由回填土、地表土、圓礫和泥巖及泥質(zhì)砂巖等幾層巖土組成：

1.2.1、回填土：主要是項(xiàng)目為搭建施工樁基施工平臺(tái)回填的建筑垃圾，厚度為0.6～1米；

1.2.2、地表土：主要為原河道表面沉積泥土和淤泥，厚度為0.3～0.5米。

1.2.3、砂礫層：級(jí)配較差泥質(zhì)含量高，開(kāi)挖之后滲水較為嚴(yán)重，遇水侵泡容易坍塌，厚度約1.8～4m之間。

1.2.4、泥巖（泥質(zhì)砂巖）：與卵石相接部分較軟，下部旋挖鉆機(jī)開(kāi)挖形成塊狀土，強(qiáng)度較高，且無(wú)透水現(xiàn)象。

2、工程施工

2.1、施工準(zhǔn)備

施工圖紙的會(huì)審，測(cè)量放樣，施工場(chǎng)地平整，機(jī)械設(shè)備、材料的進(jìn)場(chǎng)。組織施工人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行深入的調(diào)查和研究，收集與施工相關(guān)的資料，采用合理的施工組織方法，使樁基施工保持連續(xù)、均衡、有節(jié)奏地進(jìn)行。機(jī)械設(shè)備投入旋挖鉆機(jī)1臺(tái)（徐工XR360D型），配備泥漿泵，20T汽車吊2臺(tái)，5 0T汽車吊1臺(tái)等設(shè)備。在施工場(chǎng)地平整方面，由于主墩樁基位于藉河河床中央。而鉆機(jī)施工平臺(tái)平整、承壓能力強(qiáng)是保證樁基正常快速施工的基本條件。因此采取以下方式夯實(shí)施工平臺(tái)：首先測(cè)量隊(duì)放出主墩承臺(tái)的邊線位置。因?yàn)樵跇痘恢玫暮佣伪容^寬，有100多米以上，而且平時(shí)水流不大，所以在河床里開(kāi)一條6米寬左右的槽，把水流引導(dǎo)繞開(kāi)主墩樁基的位置。徐工XR360D型全液壓旋挖鉆機(jī)自身重量有80噸，加上其鉆孔卸土?xí)r產(chǎn)生的振動(dòng)，地基基礎(chǔ)承載力不夠的話，機(jī)械容易偏斜，發(fā)生危險(xiǎn)。再加上施工過(guò)程中，吊車的占位，混凝土罐車運(yùn)輸混凝土，挖機(jī)配合拉土車裝運(yùn)鉆渣等等，對(duì)施工平臺(tái)的地基承載力要求也很高，而且頻繁碾壓。原河床表面是松散的砂粒和淤泥，經(jīng)過(guò)多種處理方案的比選，項(xiàng)目部采取了對(duì)施工操作平臺(tái)位置填筑房屋拆除下來(lái)的磚塊樓板混凝土塊等建筑垃圾，整平壓實(shí)處理，填筑厚度在0.6～1米，有效地確保施工平臺(tái)有足夠的承載力。

2.2.施工工藝

2.2.1機(jī)械就位，護(hù)筒埋設(shè)

樁位確定后，利用十字線放出四個(gè)控制樁位，并以四個(gè)控制樁為基準(zhǔn)進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)。依據(jù)圖紙及試鉆探測(cè)的地質(zhì)情況，準(zhǔn)備了5米和6米兩種長(zhǎng)度的鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒壁厚均為10mm厚，內(nèi)徑為2.8米，頂部、中部和底部加焊10mm厚15cm高加強(qiáng)圈。經(jīng)測(cè)量放點(diǎn)鉆機(jī)就位后，開(kāi)始鉆孔并埋設(shè)護(hù)筒，埋設(shè)護(hù)筒時(shí)護(hù)筒要穿透砂粒層，一直進(jìn)入下面土層0.5米以上，確保水不能從護(hù)筒底滲到樁基孔里面去。護(hù)筒埋設(shè)是旋挖作業(yè)中的關(guān)鍵，一旦護(hù)筒底有水不斷地滲入樁基孔內(nèi)，那后面施工難度將成倍的加大，且有很多隱患。實(shí)際上大多數(shù)的孔基本上護(hù)筒能夠把水完全封住，旋挖鉆干鉆施工。

2.2.2泥漿調(diào)制

雖然大多數(shù)孔是干鉆，但也有少數(shù)幾個(gè)樁護(hù)筒底沒(méi)有封住水或者護(hù)筒底下面還有透水層，是水下鉆孔樁。因此設(shè)置了泥漿池，配置了泥漿。因鉆機(jī)施工中泥漿可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、懸浮鉆渣等作用，所以泥漿是保證孔壁穩(wěn)定的重要因素。泥漿相對(duì)密度：1.02-1.10，粘度：18-22s，砂率≤4%，泥皮厚度：<2mm，PH值：大于7。施工過(guò)程中隨時(shí)檢測(cè)清孔后灌注混凝土?xí)r泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)，確保泥漿對(duì)孔壁的撐護(hù)作用，避免發(fā)生施工事故。

2.2.3旋挖鉆機(jī)鉆孔施工。

鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆桿垂直度，然后進(jìn)行鉆孔。當(dāng)鉆頭下降到預(yù)定深度后，旋轉(zhuǎn)鉆斗并施加壓力，將土擠入鉆斗內(nèi)，筒滿時(shí)，鉆斗底部關(guān)閉，提升鉆斗將土卸于堆放地點(diǎn)。在本項(xiàng)目施工中有兩種成孔方式，一種是干鉆成孔，按正常的鉆孔就行，不需要泥漿護(hù)壁，而且干孔孔壁土層直立性較好，孔壁土不容易脫落和坍塌。另外一種是水下成孔，需配置泥漿，在鉆進(jìn)過(guò)程中注意要補(bǔ)充泥漿，保證泥漿面始終不低于護(hù)筒高度的1/2，防止靜水壓力過(guò)小而導(dǎo)致塌孔。通過(guò)鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提升、卸土和泥漿撐護(hù)孔壁，反復(fù)循環(huán)直至成孔。一根樁基的成孔時(shí)間是20小時(shí)左右。

2.2.4下鋼筋籠及導(dǎo)管

樁基鋼筋籠加上吊筋有62米左右，項(xiàng)目部租賃了一臺(tái)39米臂長(zhǎng)的50噸吊車，以及兩臺(tái)31米臂長(zhǎng)的20噸吊車，考慮到鋼筋籠的轉(zhuǎn)運(yùn)，吊車的起吊能力，鋼筋籠加工時(shí)分成了3節(jié)。施工隊(duì)伍配置了40個(gè)工人以加工主墩樁基鋼筋籠為主，確保一天能夠加工出來(lái)一個(gè)樁基的鋼筋籠，平時(shí)保證鋼筋籠加工現(xiàn)場(chǎng)有兩個(gè)左右的樁基鋼筋籠存放備用。這樣，鋼筋籠的制作不影響樁基的進(jìn)度，不會(huì)出現(xiàn)樁基成孔之后，因?yàn)闆](méi)有樁基鋼筋籠，增加了樁基孔壁坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。在吊放安裝鋼筋籠的時(shí)候需要進(jìn)行兩次焊接，施工隊(duì)配備了一班人員專門負(fù)責(zé)吊放焊接鋼筋籠，焊接時(shí)6臺(tái)焊機(jī)同時(shí)工作，吊放安裝一個(gè)鋼筋籠大概需要4小時(shí)。在鋼筋籠的制作、安裝上采取合理措施，避免安裝時(shí)鋼筋籠刮傷孔壁，這樣就可以減少孔底沉渣厚度，有效防止塌孔的發(fā)生。然后就是導(dǎo)管的安裝，導(dǎo)管使用前使用氣泵進(jìn)行了水密承壓試驗(yàn)，確保了導(dǎo)管無(wú)漏水。導(dǎo)管采用吊車配合人工安裝，整個(gè)過(guò)程0.5～1小時(shí)左右。樁基成孔之后，迅速地安放好鋼筋籠及接好導(dǎo)管，防止因成孔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，孔壁坍塌而使孔底沉渣增加，影響樁基的質(zhì)量。

2.2.5灌注混凝土

項(xiàng)目部配備了兩臺(tái)90型混凝土攪拌站，一臺(tái)200KW備用發(fā)電機(jī)，三臺(tái)9方混凝土罐車。平時(shí)保證每套拌合站的水泥粉煤灰數(shù)量都?jí)蛞桓鶚痘男枰?。這些機(jī)械設(shè)備的配置及原材料的充分準(zhǔn)備是迅速灌注樁基的重要保障。灌注一根樁基需要280方左右混凝土，整根樁基灌注過(guò)程中大概需要6-8小時(shí)。

四、結(jié)束語(yǔ)

在樁基施工的各環(huán)節(jié)中，首先需要做好做快各個(gè)環(huán)節(jié)，這是樁基迅速施工完成的基本要求。但是，護(hù)筒埋設(shè)的效果較好時(shí)，即護(hù)筒底埋入土層0.5米以上且不往樁基孔里滲水，這樣旋挖鉆基本就是干鉆，形成的就是干孔，帶來(lái)的好處是施工更快，質(zhì)量更有保證。要是護(hù)筒封不住水或護(hù)筒往下有透水層，只有按水下樁來(lái)施工，這就需要設(shè)置泥漿池，配置泥漿。帶來(lái)的影響是有以下四點(diǎn)：一是鉆機(jī)在有水的環(huán)境下鉆頭容易打滑，鉆孔速度變慢。二是孔壁經(jīng)水和泥漿浸泡變軟，孔壁土容易脫落和坍塌。三是由于卵石層往樁基里面滲水，卵石砂粒也不斷隨水進(jìn)入孔內(nèi)，不斷增加了孔底沉渣，影響施工。四是由于樁基較長(zhǎng)，鋼筋籠的兩次焊接和下導(dǎo)管需要4～5小時(shí)，孔內(nèi)配置的泥漿在這個(gè)過(guò)程中也有部分的沉淀，影響樁基的質(zhì)量。不管是干孔施工還是水樁施工，因?yàn)樾阢@機(jī)鉆孔成孔迅速，減少了樁基孔壁暴露的時(shí)間，也就減少了孔壁土層脫落物的數(shù)量，不至于因孔徑變大而造成灌注混凝土的數(shù)量增加。從總體來(lái)說(shuō)，旋挖鉆機(jī)鉆孔施工滿足了主橋主墩大孔徑樁基快速施工的要求，又保證了樁基的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011

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[4]《天水市秦州區(qū)山水一號(hào)大橋及連接線施工圖紙》

作者簡(jiǎn)介：

陳克湘（1981-），男，漢族，北京，助理工程師，大學(xué)本科，土木工程方向。

董 偉（1987-），男，漢族。北京，助理工程師，大學(xué)本科，土木工程方向。