淺談旋挖鉆機鉆孔施工在天水項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，旋挖鉆機鉆孔施工在大中橋梁中的運用也愈來愈多。旋挖鉆機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是施工效率高，適用于工期要求緊的工程項目。本文述敘了旋挖鉆機鉆孔施工在天水項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；大孔徑樁基；施工

一、前言

旋挖鉆機鉆孔施工技術(shù)近年來得到了快速推廣，特別是在城市市政工程建設(shè)中應(yīng)用極為廣泛。旋挖鉆機鉆孔施工具有環(huán)保突出、施工現(xiàn)場干凈；自動化程度高、成孔速度快、質(zhì)量高等特點，旋挖鉆機本身是自帶柴油動力，不需外接電源，具有移位方便，機動靈活等特點。天水項目主橋主墩32根樁基位于渭河一級支流藉河河床里，設(shè)計樁長54米，樁徑2.5米，虛樁深度在7-8米之間。施工開始時間為4月下旬，計劃在主汛期7月份之前完成樁基施工。工期緊，施工難度大。旋挖鉆機鉆孔灌注樁施工在天水項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、旋挖鉆機鉆孔樁施工原理及施工特點

樁基施工采用徐工XR360D型全液壓旋挖鉆機，其施工原理 ：旋挖鉆成孔是通過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)計孔底標(biāo)高。該鉆機全液壓驅(qū)動、電腦控制，能精確定位鉆孔，自動校正鉆孔垂直度和自動量測鉆孔深度，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)的時間，提高鉆進(jìn)效率。履帶底盤承載，接地壓力小，在施工場地內(nèi)行走移位方便，機動靈活。旋挖鉆機可以適用于淤泥質(zhì)土、粘土、砂土、卵石層等地層。

三、旋挖鉆機鉆孔施工在天水項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)計樁長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)，本層巖土在場地內(nèi)分布不連續(xù)，層厚在0.5～1.1米。③2 層強風(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)，本層巖土在場地內(nèi)分布不連續(xù)，層厚在0.3～1.5米。④2 層強風(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料來看，地質(zhì)情況比較復(fù)雜，從后面的施工過程中來看，確實是這樣的，鉆機提升出來了各種顏色的巖土，巖土的成分和性質(zhì)也各不一樣。實際施工過程中，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：主要是項目為搭建施工樁基施工平臺回填的建筑垃圾，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：級配較差泥質(zhì)含量高，開挖之后滲水較為嚴(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，下部旋挖鉆機開挖形成塊狀土，強度較高，且無透水現(xiàn)象。

2、工程施工

2.1、施工準(zhǔn)備

施工圖紙的會審，測量放樣，施工場地平整，機械設(shè)備、材料的進(jìn)場。組織施工人員對施工現(xiàn)場進(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。機械設(shè)備投入旋挖鉆機1臺（徐工XR360D型），配備泥漿泵，20T汽車吊2臺，5 0T汽車吊1臺等設(shè)備。在施工場地平整方面，由于主墩樁基位于藉河河床中央。而鉆機施工平臺平整、承壓能力強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施工平臺：首先測量隊放出主墩承臺的邊線位置。因為在樁基位置的河段比較寬，有100多米以上，而且平時水流不大，所以在河床里開一條6米寬左右的槽，把水流引導(dǎo)繞開主墩樁基的位置。徐工XR360D型全液壓旋挖鉆機自身重量有80噸，加上其鉆孔卸土?xí)r產(chǎn)生的振動，地基基礎(chǔ)承載力不夠的話，機械容易偏斜，發(fā)生危險。再加上施工過程中，吊車的占位，混凝土罐車運輸混凝土，挖機配合拉土車裝運鉆渣等等，對施工平臺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)過多種處理方案的比選，項目部采取了對施工操作平臺位置填筑房屋拆除下來的磚塊樓板混凝土塊等建筑垃圾，整平壓實處理，填筑厚度在0.6～1米，有效地確保施工平臺有足夠的承載力。

2.2.施工工藝

2.2.1機械就位，護(hù)筒埋設(shè)

樁位確定后，利用十字線放出四個控制樁位，并以四個控制樁為基準(zhǔn)進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)。依據(jù)圖紙及試鉆探測的地質(zhì)情況，準(zhǔn)備了5米和6米兩種長度的鋼護(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高加強圈。經(jīng)測量放點鉆機就位后，開始鉆孔并埋設(shè)護(hù)筒，埋設(shè)護(hù)筒時護(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)幾個樁護(hù)筒底沒有封住水或者護(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。施工過程中隨時檢測清孔后灌注混凝土?xí)r泥漿的各項性能指標(biāo)，確保泥漿對孔壁的撐護(hù)作用，避免發(fā)生施工事故。

2.2.3旋挖鉆機鉆孔施工。

鉆機就位后，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，鉆斗底部關(guān)閉，提升鉆斗將土卸于堆放地點。在本項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)過程中注意要補充泥漿，保證泥漿面始終不低于護(hù)筒高度的1/2，防止靜水壓力過小而導(dǎo)致塌孔。通過鉆斗的旋轉(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。一根樁基的成孔時間是20小時左右。

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，項目部租賃了一臺39米臂長的50噸吊車，以及兩臺31米臂長的20噸吊車，考慮到鋼筋籠的轉(zhuǎn)運，吊車的起吊能力，鋼筋籠加工時分成了3節(jié)。施工隊伍配置了40個工人以加工主墩樁基鋼筋籠為主，確保一天能夠加工出來一個樁基的鋼筋籠，平時保證鋼筋籠加工現(xiàn)場有兩個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，不會出現(xiàn)樁基成孔之后，因為沒有樁基鋼筋籠，增加了樁基孔壁坍塌的風(fēng)險。在吊放安裝鋼筋籠的時候需要進(jìn)行兩次焊接，施工隊配備了一班人員專門負(fù)責(zé)吊放焊接鋼筋籠，焊接時6臺焊機同時工作，吊放安裝一個鋼筋籠大概需要4小時。在鋼筋籠的制作、安裝上采取合理措施，避免安裝時鋼筋籠刮傷孔壁，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，確保了導(dǎo)管無漏水。導(dǎo)管采用吊車配合人工安裝，整個過程0.5～1小時左右。樁基成孔之后，迅速地安放好鋼筋籠及接好導(dǎo)管，防止因成孔時間過長，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

項目部配備了兩臺90型混凝土攪拌站，一臺200KW備用發(fā)電機，三臺9方混凝土罐車。平時保證每套拌合站的水泥粉煤灰數(shù)量都夠一根樁基的需要量。這些機械設(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，整根樁基灌注過程中大概需要6-8小時。

四、結(jié)束語

在樁基施工的各環(huán)節(jié)中，首先需要做好做快各個環(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，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，只有按水下樁來施工，這就需要設(shè)置泥漿池，配置泥漿。帶來的影響是有以下四點：一是鉆機在有水的環(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，鋼筋籠的兩次焊接和下導(dǎo)管需要4～5小時，孔內(nèi)配置的泥漿在這個過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，因為旋挖鉆機鉆孔成孔迅速，減少了樁基孔壁暴露的時間，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。從總體來說，旋挖鉆機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

[3]《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》JTG F80/1-2004

[4]《天水市秦州區(qū)山水一號大橋及連接線施工圖紙》

作者簡介：

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。