淺談高原鐵路橋梁樁基旋挖鉆干法成孔施工技術(shù)

【摘 要】近年來，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，樁基礎(chǔ)已經(jīng)廣泛使用于各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程。在進(jìn)行高等級(jí)公路橋梁基礎(chǔ)、風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)工程中，特別是地形條件復(fù)雜，施工期限緊等原因。因此，旋挖鉆灌注樁干樁基礎(chǔ)已廣泛使用，以發(fā)揮成孔速度快、安全的優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】高原鐵路橋梁；旋挖鉆干法；成孔技術(shù)

引言

隨著鉆孔灌注樁在橋梁基礎(chǔ)中廣泛應(yīng)用，快速、高效、質(zhì)優(yōu)的鉆孔成孔施工技術(shù)一直在不斷發(fā)展，而旋挖鉆機(jī)成孔施工就是其中一種較為先進(jìn)的樁基施工技術(shù)，該工程有效地結(jié)合工程地質(zhì)狀況，充分發(fā)揮旋挖鉆機(jī)成孔施工的優(yōu)點(diǎn)，取得非常理想的進(jìn)度、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)的綜合效益。

1、干法鉆孔概述

護(hù)筒埋設(shè)完成后，進(jìn)行正式鉆進(jìn)，旋挖鉆進(jìn)是利用旋挖鉆頭桿頂?shù)囊簤厚R達(dá)往下壓，同時(shí)利用旋挖鉆頭旋轉(zhuǎn)切入土體，土被擠入料斗中，再提出孔外，鉆進(jìn)過程中，根據(jù)地質(zhì)情況選用不同的鉆頭，一般粘土和砂性選用筒式鉆頭，碎礫石土選用平底鉆頭，巖性地層選用尖底鉆頭。鉆孔過程中，先低擋慢速鉆進(jìn)，鉆至護(hù)筒下1m后，再以正常速度鉆進(jìn)。及時(shí)填寫鉆進(jìn)記錄，繪制出地質(zhì)剖面圖，驗(yàn)證與設(shè)計(jì)是否相符。

為確保工程質(zhì)量，當(dāng)進(jìn)尺深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，在原位正向空轉(zhuǎn)數(shù)圈，然后停止，提升鉆桿。鉆孔施工要連續(xù)進(jìn)行如因故停機(jī)，應(yīng)將鉆頭提離孔底5m以上或提出孔外。

2、旋挖鉆機(jī)優(yōu)點(diǎn)

（1）環(huán)保衛(wèi)生。

干法成孔時(shí)，不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和周遍環(huán)境造成污染。即便采用靜態(tài)泥漿成孔時(shí)，相對(duì)于沖擊鉆機(jī)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的污染，旋挖鉆機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生污染要少。

（2）成孔速度快。

在一般地層，旋挖鉆機(jī)成孔速度是普通鉆機(jī)的4～6倍。按照在一般地層和橋梁樁長(zhǎng)30米以內(nèi)估算，按照正常的樁基成孔的質(zhì)量控制要求，成孔一根合格的樁基，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)大約是24～36小時(shí)。而熟練的旋挖鉆機(jī)操作手再配備技術(shù)員指導(dǎo)鉆孔，樁基成孔則只需要6～9個(gè)小時(shí)。在這方面旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)明顯。

地質(zhì)概況：

根據(jù)P9#墩位處地質(zhì)勘察資料，原地面地貌較為平緩，地面標(biāo)高為164.92～167.01m，平均地面標(biāo)高為165.965m左右，地表面有砂卵石層覆蓋，厚度約0.7～3.8m，平均厚度約2.3m左右，卵石直徑5～10cm。以下為泥質(zhì)砂巖和砂巖互層，巖石以下4～6m左右為強(qiáng)風(fēng)層，局部泥質(zhì)較重，裂隙較為發(fā)育，巖層傾角較小，接近于水平狀態(tài)。地勘時(shí)其涌水量為13.24立方米/天，但在基坑開挖過程中或受江水水位增高的影響，其涌水量將大大增加，為可挖狀態(tài)。

3、旋挖樁施工技術(shù)

3.1場(chǎng)地的布置

旋挖樁機(jī)的作業(yè)半徑較大，整機(jī)重量很大，在行走和施工時(shí)對(duì)場(chǎng)地面的承載力要求較高，在場(chǎng)地布置時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行合理規(guī)劃：（1）場(chǎng)地不宜占地過多，但應(yīng)保證機(jī)械布置不顯局促，同時(shí)機(jī)械有移位的空間。（2）現(xiàn)場(chǎng)原材料準(zhǔn)備充足，并碼放整齊、標(biāo)識(shí)明確。水泥、砂、石、水運(yùn)輸?shù)轿弧＃?）旋挖機(jī)、攪拌機(jī)、吊車、發(fā)電機(jī)、抽水機(jī)、專用水箱及下料套筒運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)，布置到位，支墊牢靠，用電設(shè)備安裝可靠接地。調(diào)試所有施工機(jī)具。（4）檢查、確認(rèn)到位的原材料符合規(guī)范要求，作業(yè)機(jī)具和安全、防護(hù)用具滿足使用并符合安規(guī)要求。

3.2設(shè)備選擇與成孔原理

根據(jù)橋址區(qū)域工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及水文情況，P9#墩基礎(chǔ)施工需在3～6月枯水期完成施工，而且需在承臺(tái)外先組織土圍堰施工，在土圍堰保護(hù)下進(jìn)行承臺(tái)基坑開挖和樁基礎(chǔ)施工，考慮到承臺(tái)基坑處巖層裂隙較發(fā)育，采用人工挖孔樁排水困難，而采用沖擊鉆孔速度較慢，進(jìn)度難以保證，而旋挖鉆孔進(jìn)度快，安全性能好，但墩位基礎(chǔ)處巖層強(qiáng)度較高，設(shè)計(jì)樁徑較大，小型旋挖鉆機(jī)難以鉆進(jìn)。對(duì)此，經(jīng)多方對(duì)比、論證，最后決定采用400噸大型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基旋挖造孔。該鉆機(jī)由機(jī)身主體、液壓桿、導(dǎo)向架、鉆桿、鉆頭等組成，每臺(tái)鉆機(jī)自重約80噸?？赏瓿勺孕行凶?、對(duì)中、調(diào)整垂度、鉆進(jìn)、出碴、清孔等全部成孔動(dòng)作。其造孔原理是采取鉆桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)，將樁孔內(nèi)巖體進(jìn)行切削磨碎，對(duì)磨碎的巖體碎碴通過進(jìn)入鉆頭套筒內(nèi)，隨鉆桿提升孔外后進(jìn)行卸碴，如此反復(fù)鉆進(jìn)、出渣等施工循環(huán)，最后形成樁基的造孔。

3.3旋挖造孔

旋挖鉆機(jī)布置就位后應(yīng)穩(wěn)定牢靠，防止位移沉降，確保鉆孔質(zhì)量。鉆機(jī)位置定位準(zhǔn)確后，在樁孔中心位置上安裝鉆頭。針該墩位處巖層整體情況，P9#墩先采用Φ1.5m齒板筒鉆頭進(jìn)行套孔鉆進(jìn)及出碴，當(dāng)鉆孔深度距設(shè)計(jì)孔底0.5m時(shí)可停鉆，然后采用Φ2.0m齒板筒鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)及出碴，再采用Φ2.5m齒板筒鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)及出碴，最后采Φ2.8m齒板筒鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)及出碴，最后完成0.5m深度樁孔形成。旋挖造孔的成孔孔徑和垂直度，全部由機(jī)械自身進(jìn)行控制，通過操作室內(nèi)的水平垂直儀觀察到鉆孔垂直度情況。

成孔鉆進(jìn)過程中密切進(jìn)行目測(cè)觀察，發(fā)現(xiàn)問題好及時(shí)糾正。在造孔過程中，跟蹤檢查碴樣以確定各種巖石層厚度和標(biāo)高，及時(shí)記錄整理完善隱檢資料。經(jīng)工藝性生產(chǎn)試驗(yàn)，每孔樁基造孔從開始到結(jié)束共需兩天時(shí)間，完全滿足施工進(jìn)度計(jì)劃要求。

3.4鋼筋籠的制作與安裝

鋼筋骨架在鋼筋加工場(chǎng)下好料，然后根據(jù)樁長(zhǎng)將骨架分一節(jié)加工或多節(jié)加工，鋼筋搭接采用雙面焊，飽滿焊縫長(zhǎng)度不少于5倍的鋼筋直徑，鋼筋接頭要錯(cuò)開，長(zhǎng)度不小于50cm，同一斷面上鋼筋接頭不能超過50%。鋼筋籠吊入孔內(nèi)必須綁墊塊，以保證保護(hù)層厚度，鋼筋籠頂焊接掛環(huán)，掛于孔口橫向鋼管上，使鋼筋籠頂面標(biāo)高、平面位置滿足設(shè)計(jì)要求。鋼筋上不得有銹斑及泥土，鋼筋的規(guī)格與尺寸必須符合設(shè)計(jì)并經(jīng)監(jiān)理工程師檢查認(rèn)可。在井頂還要采取措施固定鋼筋籠，在鋼筋籠底端，將部分鋼筋接長(zhǎng)到底，并彎成向心的直角彎勾以防止鋼筋籠上浮。

3.5灌注混凝土

樁基成孔后，應(yīng)盡快安放鋼筋籠，進(jìn)行混凝土灌注，減少成孔的閑置時(shí)間。干法成孔的采用垂直導(dǎo)管法灌注混凝土，靠混凝土反壓出導(dǎo)管形成的擾動(dòng)產(chǎn)生振搗作用。導(dǎo)管為直徑250mm鋼管，導(dǎo)管接頭為法蘭盤加錐形活套式，要求導(dǎo)管內(nèi)壁圓順，內(nèi)徑一致，使用前先要試拼試壓，不得漏水，并根據(jù)不同孔深編號(hào)及自下而上標(biāo)示尺度，導(dǎo)管在吊入孔內(nèi)時(shí)，用管夾將其位置固定在孔中心，防止卡掛鋼筋骨架。樁基混凝土應(yīng)連續(xù)澆注，灌注過程中要有技術(shù)人員經(jīng)常檢測(cè)孔內(nèi)混凝土面的位置，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管的埋深，要保證導(dǎo)管的埋置深度在任何情況下不得小于1m，一般控制在2～4m左右，樁頂加灌0.6m即可，并指定專人做好灌注記錄。灌注完成后應(yīng)在樁頂覆蓋棉被，起到養(yǎng)生的作用。

4、旋挖鉆機(jī)施工過程預(yù)防措施

4.1編制專項(xiàng)施工技術(shù)、安全方案

由于旋挖鉆機(jī)施工工藝、控制質(zhì)量和安全環(huán)節(jié)多，一有不慎，會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。尤其是在透水性強(qiáng)的粉砂層和強(qiáng)度低、含水量高淤泥質(zhì)的軟土地質(zhì)條件下，地基施工時(shí)更為突出，因此，在施工前須編制專項(xiàng)施工技術(shù)和安全控制方案，并組織專家論證后實(shí)施，以確保工程順利進(jìn)行。

4.2機(jī)械設(shè)備

對(duì)于鉆孔設(shè)備而言，通常采用的是200型或者250型規(guī)格的全液壓旋挖鉆機(jī)。就相關(guān)的配套機(jī)械設(shè)備而言，主要有挖掘機(jī)、吊車以及裝栽機(jī)和鉆渣運(yùn)輸車；對(duì)于安全設(shè)備而言，準(zhǔn)備過程中應(yīng)當(dāng)配備防水照明燈、安全帶、安全帽以及防護(hù)網(wǎng)等；對(duì)于混凝土灌注機(jī)械設(shè)備而言，主要包括混凝土拌和站、導(dǎo)管以及混凝土運(yùn)輸車和下料斗等：對(duì)于鋼筋加工以及相應(yīng)的安裝機(jī)械設(shè)備而言，主要包括鋼筋籠成套加工機(jī)械設(shè)備以及電焊機(jī)等，而試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)械設(shè)備主要有三組抗壓強(qiáng)度試模、兩只溫度計(jì)以及一套坍落度筒即可。

4.3預(yù)防孔位偏移、孔身傾斜

施工過程中，鉆機(jī)工作平臺(tái)由于受地基不良、振動(dòng)及自重等影響，往往鉆機(jī)產(chǎn)生不均勻的下沉移位，從而導(dǎo)致孔位偏移、孔身傾斜等現(xiàn)象發(fā)生，造成返工現(xiàn)象；（1）對(duì)工作平臺(tái)軟質(zhì)地基應(yīng)進(jìn)行換填夯實(shí)加固處理，在鉆機(jī)履帶底部鋪設(shè)枕木或鋼板等加強(qiáng)措施，確保施工平臺(tái)能夠滿足鉆機(jī)工作需要的承載力，以使鉆機(jī)作業(yè)時(shí)保持穩(wěn)定；（2）施工過程中及時(shí)清除地面遺漏的渣土，避免渣土散落孔內(nèi)及雨水污染，保持平臺(tái)周邊整潔；（3）測(cè)量放樣時(shí)做好樁位控制網(wǎng)點(diǎn)，在施工過程中要隨時(shí)觀察其樁基中心的平面位置和孔身的垂直度、孔壁的變化情況，一旦發(fā)生變化，及時(shí)作出有效的校正措施。

4.4預(yù)防塌孔

旋挖鉆機(jī)成孔處于靜態(tài)泥漿護(hù)壁，尤其砂卵地層孔壁泥皮形成比較薄，孔壁土層穩(wěn)定性差；又旋挖鉆機(jī)成孔速度快，出渣方式通過鉆斗旋挖后直接出渣，鉆進(jìn)時(shí)抗擾動(dòng)能力差，在鉆進(jìn)和出渣提升或沉入過程中會(huì)擾動(dòng)泥漿波動(dòng)產(chǎn)生孔壁土體脫落、變形和坍塌，應(yīng)根據(jù)不同的土質(zhì)控制相應(yīng)的鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速并須勻速進(jìn)行。鉆進(jìn)速度控制在8～10m/h，每斗鉆進(jìn)深度在50cm以內(nèi)。（1）根據(jù)地層地質(zhì)情況選擇合適的鉆頭；（2）施工時(shí)選用中、高粘性化學(xué)泥漿；（3）在開鉆前檢查護(hù)筒四周土層是否密實(shí)穩(wěn)定，埋設(shè)深度、平面位置、垂直度是否符合要求，護(hù)筒周邊土體是否密實(shí)，鉆機(jī)定位是否達(dá)到要求；（4）禁止堆放與樁基施工作業(yè)無(wú)關(guān)機(jī)械、材料在孔口周圍，杜絕外部物體直接作用在護(hù)筒上；施工過程中盡量避免鉆斗和鋼筋籠擦傷孔壁；（5）由于鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)半徑小，鉆斗傾卸鉆渣離井口距離近，應(yīng)避免鉆渣就地堆方或重型車輛運(yùn)渣，受側(cè)壓力影響而引起塌孔。

5、旋挖鉆機(jī)鉆孔施工中注意事宜

（1）及時(shí)填寫現(xiàn)場(chǎng)檢查情況和施工記錄，嚴(yán)格交接班制度。

（2）在鉆進(jìn)過程中，隨時(shí)檢查泥漿稠度、比重等指標(biāo)，如不符合要求應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，判明土層地質(zhì)情況，并做好記錄。

（3）為防止鉆斗內(nèi)的土砂掉落到孔內(nèi)而使泥漿性質(zhì)變壞或沉淀到孔底，斗底鐵門在鉆進(jìn)過程中始終保持關(guān)閉狀態(tài)。鉆進(jìn)過程中及時(shí)排除鉆渣和及時(shí)補(bǔ)充漿料。

（4）保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位和泥漿稠度，防止意外塌孔。

（5）根據(jù)不同的土質(zhì)評(píng)估鉆進(jìn)阻力和扭矩的大小，控制鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速。

（6）在樁端持力層中鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆斗的吸引現(xiàn)象使樁端持力層松弛，應(yīng)緩慢上提鉆斗，遇樁端持力層傾斜時(shí)，稍加壓鉆進(jìn)入，以防止傾斜。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路橋梁工程施工建設(shè)的機(jī)械化程度不斷提升，而干成孔旋挖樁施工技術(shù)以其自身的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在挖樁施工過程中。在未來的應(yīng)用和發(fā)展過程中，應(yīng)當(dāng)不斷創(chuàng)新技術(shù)，這樣才能為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，提供技術(shù)保障。

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