淺析橋梁樁基礎(chǔ)旋挖鉆施工技術(shù)

顏展翔（長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

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淺析橋梁樁基礎(chǔ)旋挖鉆施工技術(shù)

顏展翔（長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

本文簡要分析了旋挖鉆施工技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)施工中的適用范圍、工藝優(yōu)點，同時結(jié)合工程實例就旋挖鉆施工技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)施工中的具體應(yīng)用進行了分析。

橋梁樁；基礎(chǔ)施工；旋挖鉆施工技術(shù)；施工工藝；優(yōu)點；適用范圍

1　旋挖鉆施工技術(shù)在橋梁樁施工中的適用范圍

旋挖鉆施工技術(shù)是現(xiàn)今最為先進的一種橋梁樁基施工方法，其不但具有高效、低噪以及環(huán)保等污染程度低等優(yōu)勢，而且還具有成孔質(zhì)量高、成孔效率高、鉆進深度大以及機械化程度高等特點。因此，旋挖鉆施工技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各種土質(zhì)地層、砂性土以及基巖等橋梁樁施工中。然而，在現(xiàn)階段的橋梁樁基礎(chǔ)施工過程中，合理的選用旋挖鉆頭就十分重要。在選用旋挖鉆頭的過程中，應(yīng)當(dāng)注意六方面的影響因素：①地層情況；②鉆機功能；③鉆孔深度；④鉆孔直徑；⑤沉渣厚度；⑥護壁措施。在橋梁樁基礎(chǔ)施工過程中，與傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)相比，旋挖鉆施工技術(shù)具有效率高速度快等優(yōu)點，同時自動測斜裝置能夠有效的確保鉆孔始終處于垂直狀態(tài)。另外，該技術(shù)也在一定程度上降低了對泥漿的破壞，為保證泥漿質(zhì)量提供了保障。

2　旋挖鉆施工工藝優(yōu)點

旋挖鉆施工工藝的優(yōu)點主要表現(xiàn)為四個方面：①鉆頭能夠直接把破碎巖土從孔內(nèi)取出，成孔速度快；②孔壁泥皮能夠增大橋梁樁的側(cè)摩阻力，確保橋梁樁基的承載力；③孔底沉渣少，易于清孔，成孔質(zhì)量好；④使用泥漿較少，施工現(xiàn)場較為干凈，污染環(huán)境程度低，節(jié)約施工成本；⑤孔深可以超過80m，孔徑可大于2.5m。

3　實例分析

3.1工程概況

湖南省雪峰山脈某橋梁樁基礎(chǔ)地質(zhì)依次為：（14）1-1砂質(zhì)板巖：褐黃色，全風(fēng)化；（14）1-2砂質(zhì)板巖：灰綠色、灰褐色，強風(fēng)化，巖土工程施工等級為Ⅳ級；（14）1-3砂質(zhì)板巖：青灰色、灰綠色，弱風(fēng)化，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)硬，錘擊聲脆，飽和單軸抗壓強度平均值Ra=34.31MPa。巖土工程施工等級為Ⅴ級。

采用三一SR360III型旋挖機發(fā)動機型號CATC-13，最大扭矩360kN·m，發(fā)動機功率300kW，最大鉆孔直徑2.5m，鉆孔深度102m/6節(jié)。鉆機整機質(zhì)量120t。旋挖鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活，施工效率高及多功能特點。旋挖鉆機適應(yīng)我國大部分地區(qū)的土壤地質(zhì)條件，使用范圍廣。

3.2橋梁深樁基工程旋挖鉆施工

3.2.1安裝鉆具

鉆具具有一定的剛度，在鉆進中或其他操作時，不產(chǎn)生移動和搖晃，鉆具的安裝應(yīng)符合生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)。施工時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合土壤、地質(zhì)條件同時根據(jù)相關(guān)規(guī)定來選擇鉆頭：①短螺旋鉆具適用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土，中等密實以上的砂土，風(fēng)化巖層；②應(yīng)當(dāng)據(jù)工程實際情況選購選配鉆頭規(guī)格；③軟巖層、土層中使用旋挖斗一次成孔；④硬巖中應(yīng)當(dāng)先用螺旋鉆頭成小孔，然后由旋挖斗擴挖成孔。

3.2.2鉆孔施工

旋挖鉆機采用筒式鉆斗。當(dāng)旋挖鉆機就位后，應(yīng)當(dāng)首先調(diào)整好鉆桿垂直度，注入泥漿，然后鉆孔。當(dāng)鉆頭下降至預(yù)定深度時，首先施加壓力時土進入鉆斗，待儀表顯示筒滿時，鉆斗底部關(guān)閉，然后提升鉆斗將鉆斗中的土卸于鉆孔外。在施工過程中，應(yīng)當(dāng)保證泥漿面高于護筒底部，以確?？妆诜€(wěn)定性。通過反復(fù)循環(huán)上述操作直至成孔。如果巖土層粘結(jié)性好，可采用干式或清水鉆進工藝，此時就不再需要泥漿護壁。如果底層松散易坍塌或有地下水或孔壁不穩(wěn)定，則必須采用靜態(tài)泥漿護壁鉆進工藝，把護壁泥漿或穩(wěn)定液投入孔內(nèi)以進行護壁。

在鉆孔施工過程中，應(yīng)當(dāng)注意如下幾個方面：①鋼護筒的內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑；若樁孔在河流中，應(yīng)將鋼護筒埋置至較堅硬密實的土層中深0.5m以上；鋼護筒頂高出施工水位或地下水位1.5～2.0m，并高出施工地面0.3m。砂質(zhì)黃土層應(yīng)當(dāng)利用無水桶鉆進行鉆孔施工，而接近地層過渡階段時，應(yīng)當(dāng)及時灌注泥漿，確保卵石層以及砂層護壁具有良好的泥漿壓力；②在套管跟隨鉆頭進入鉆孔時，應(yīng)當(dāng)確保鉆頭和套管底口的旋挖深度一致；旋挖機電子控制系統(tǒng)顯示并調(diào)整鉆進時的垂直度，通過電子控制和人工觀察來保證鉆桿垂直度，保證成孔垂直度；③隨時檢查支撐處以及主機所在地面處的變化狀況，如果支撐處產(chǎn)生下沉現(xiàn)象，則必須馬上停止鉆孔作業(yè)；④施工員應(yīng)當(dāng)及時記錄鉆進深度、地質(zhì)特征、機械設(shè)備損壞、障礙物等參數(shù)；⑤根據(jù)該地地質(zhì)柱狀圖提供的信息，明確粘土和粉砂巖的分布深度，并記錄旋挖鉆機進深，對照了解鉆頭深度處地質(zhì)情況，作出針對性的進尺速度控制。當(dāng)發(fā)現(xiàn)實際地質(zhì)情況較設(shè)計地質(zhì)軟弱時，應(yīng)報告設(shè)計單位增加設(shè)計樁長。

3.2.3成孔檢查

鉆孔作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)在鉆孔中放入已經(jīng)制作好的鋼筋籠。但是，在放入鋼筋籠之前，應(yīng)當(dāng)首先利用由鋼筋自制的籠式探孔器對鉆孔的孔徑、孔形、孔深以及孔的豎直度等進行檢查?；\式探孔器的長度約為鉆孔樁直徑的5倍，其外徑等于設(shè)計孔徑。在對鉆孔進行檢查時，應(yīng)當(dāng)將籠式探孔器升起，確?？孜恢行暮吞娇灼髦行囊恢?。鉆孔上下暢通就表明鉆孔符合相關(guān)規(guī)范的要求，否則，鉆孔質(zhì)量不合格，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施來消除。經(jīng)嚴格檢驗，確認鉆孔質(zhì)量合格，便可清理鉆孔。

3.2.4鋼筋籠制作安裝

鋼筋籠主筋接頭采用雙面搭接焊，焊接長度不小于5倍鋼筋直徑，同一截面上接頭數(shù)量不超過50%，加強箍筋與主筋連接全部焊接。鋼筋籠材料、加工、接頭和安裝，符合要求。鋼筋骨架的保護層厚度由圓形C30細石混凝土墊塊或耳朵形鋼筋來保證，按豎向每隔2m設(shè)一道，每一道沿圓周設(shè)4個呈梅花型布置。

鋼筋籠采用汽車起重機吊裝，下放鋼筋籠應(yīng)平稱、垂直、小心，以免鋼筋籠碰撞孔壁。鋼筋籠需現(xiàn)場焊接，鋼筋籠分段長度不宜少于9m，以減少現(xiàn)場焊接工作量，現(xiàn)場焊接須采用單面幫條焊接。下放鋼筋籠后應(yīng)準(zhǔn)確控制鋼筋籠頂標(biāo)高。安裝完后應(yīng)固定好鋼筋籠防其下沉，確保伸入承臺內(nèi)的錨固鋼筋長度為1m。下放鋼筋籠前在鋼筋籠頂焊幾條計算好長度的鋼筋吊鉤，下放后吊鉤掛在護筒頂工字梁上牢固定位，以免在灌注混凝土過程中發(fā)生浮籠現(xiàn)象。

3.2.5安裝下放導(dǎo)管

導(dǎo)管采用φ300鋼管，每節(jié)2～3m，配1～3節(jié)0.5～1.5m的短管，在鋼管外壁自下而上逐節(jié)編號標(biāo)記并標(biāo)明尺度。在吊裝導(dǎo)管之前首先試拼，試驗導(dǎo)管水密性，要求試驗壓力必須高于孔底靜水壓力的1.5倍。導(dǎo)管內(nèi)壁光滑、圓順，導(dǎo)管接口連接密實，導(dǎo)管接頭干凈，密封膠圈無老化和受損現(xiàn)象，同時檢查導(dǎo)管拼裝后的垂直度與密封性。導(dǎo)管拼裝長度根據(jù)樁孔的深度來確定。在下放導(dǎo)管中，應(yīng)避免導(dǎo)管卡掛鋼筋籠。導(dǎo)管試壓前將一端封死并留一個出水口（采用閥門控制），另一端連接空壓機，向?qū)Ч軆?nèi)注滿水時開動空壓機試壓，進行水密試驗的水壓不小于孔內(nèi)水深1.3倍的壓力，也不小于導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大壓力的1.3倍。

根據(jù)下述公式計算選擇試壓實驗水壓，并保證試壓30min導(dǎo)管不漏滲水，證明導(dǎo)管密封合格，可以使用。

式中：p為導(dǎo)管可能承受的最大壓力 （kPa）；γc為混凝土的重度（取24kN/m3）；hc為導(dǎo)管內(nèi)混凝土的最大高度（m）以導(dǎo)管全長或預(yù)計最大高度計；γw孔內(nèi)水或泥漿的重度（kN/m3）；hw為孔內(nèi)水或泥漿的深度（m）。

3.2.6清孔

清孔是樁孔施工重要一環(huán)，采用泥漿泵泵入性能指標(biāo)符合要求的泥漿，樁孔因有較厚的松散易坍土層，清孔后不能立即終孔，待在孔內(nèi)下入鋼筋籠和安裝好導(dǎo)管后進行二次清孔。二次清孔后孔底沉渣厚度柱樁不超過5cm，摩擦樁不超過15cm；清孔后泥漿相對密度為 1.05～1.10，即以孔內(nèi)排出泥漿手摸無2～3mm顆粒為準(zhǔn)；黏度為18～22s；含砂率不得高于2%；膠體率＞98%。如超標(biāo)，則利用導(dǎo)管再次清孔，直至達到標(biāo)準(zhǔn)時方可進行混凝土灌注。嚴禁采用加深鉆孔深度代替清孔。在清孔排渣時應(yīng)當(dāng)確?？變?nèi)水頭以防坍塌。

3.2.7灌注混凝土

二次清孔完成后，立即澆筑水下混凝土。灌注前確保導(dǎo)管下口距孔底一般在0.25～0.40m。距離過大時，會造成導(dǎo)管內(nèi)大量進水或首批混凝土埋置深度不足1m，出現(xiàn)斷樁事故；距離過小時，會造成隔水栓卡管，首批混凝土無法灌注。

采用混凝土罐車連續(xù)不間斷運輸混凝土，水下混凝土灌注一次成型，時間不超過3.5h或不長于首批混凝土初凝時間?；炷恋奶涠瓤刂圃?8～22cm，可添加高效緩凝劑，和易性良好。導(dǎo)管頂安裝一個混凝土儲料斗灌注首批混凝土，計算和控制首批封底混凝土數(shù)量，混凝土下落時依靠沖擊能量，將泥漿和樁底沉渣從導(dǎo)管中排出，以保證首批混凝土數(shù)量滿足導(dǎo)管首次埋深大于1m的要求。首批混凝土灌入孔底后，立即探測孔內(nèi)混凝土面高度，計算出導(dǎo)管埋深，如符合要求，即可正常灌注。水下混凝土灌注中，及時調(diào)整導(dǎo)管埋深，導(dǎo)管埋深度控制在2～6m。采用測錘準(zhǔn)確探測混凝土面標(biāo)高和控制導(dǎo)管埋深，測錘采用平底圓錐形鐵錘，底直徑15cm，高12cm，重量8kg。測繩用質(zhì)輕、拉力強、遇水不伸縮、標(biāo)有尺度的尼龍尺。灌注標(biāo)高比設(shè)計樁頂標(biāo)高高出至少1m，并在澆筑承臺時鑿除。在樁基混凝土灌注完，應(yīng)盡快將孔口護筒拔出。

在灌注中，專人記錄導(dǎo)管總長和節(jié)數(shù)、混凝土坍落度、含氣量、入模溫度、灌注時間、導(dǎo)管埋深、孔內(nèi)混凝土面標(biāo)高、已灌注混凝土方數(shù)、拆管時間、拆管節(jié)數(shù)和長度、灌注中發(fā)生的事故和處理情況。

3.2.8樁基常見事故預(yù)防處理

（1）斷樁處理：

如果灌注不久即出現(xiàn)斷樁或斷樁位于樁的下半部，則應(yīng)當(dāng)拔出鋼筋籠，重新下鉆頭鉆進至孔底標(biāo)高后清孔，重新灌注。若斷樁位置距地面較近，則應(yīng)當(dāng)即可停止灌注，改用挖孔樁方式挖至混凝土頂，鑿除帶有夾泥的頂層混凝土，之后通過空氣中進行余下樁身混凝土灌注。

（2）鋼筋籠上浮的預(yù)防：

為防止鋼筋骨架上浮，當(dāng)灌注的混凝土頂面距鋼筋骨架下端1m時，應(yīng)降低混凝土澆筑速度，以減少混凝土上升的動能作用。鋼筋骨架被埋入混凝土中4m以上時，再提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管下端高出鋼筋籠下端2m以上，再按正常速度澆筑。

（3）坍孔的預(yù)防處理：

為防止坍孔，盡量縮短成孔、清孔、下鋼筋籠導(dǎo)管和灌注混凝土銜接時間。在同一墩臺鉆孔，應(yīng)采取跳樁施工，以防止距離過近因震動發(fā)生透水、串孔、塌孔事故。

如果坍孔不嚴重，則可以回填至坍孔位置以上，通過優(yōu)化泥漿性能、加高水頭或者埋深護筒繼續(xù)進行施工。如果坍孔較為嚴重，則應(yīng)立即把砂礫石夾粘土全部回填至鉆孔，待一定時間之后采用混凝土封閉加固孔口位重鉆。如果坍孔部位較淺，可以深埋護筒，將護筒周圍土夯實重新鉆孔。

4　結(jié)束語

旋挖鉆技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)施工中被廣泛應(yīng)用，該技術(shù)為我國橋梁建設(shè)的發(fā)展起到了非常重要的推動作用。大量的工程實踐表明，在橋梁樁基數(shù)量大、工期短的情況下，與其他樁基施工方法相比較，旋挖鉆施工技術(shù)不但具有很強的適應(yīng)性，而且成孔速度快、成樁質(zhì)量好、避免振損和降低噪音，同時還能減小擴孔系數(shù)，大大降低施工成本。

［1］龔永明.旋挖鉆機在橋梁樁基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用［J］.黑龍江交通科技，2010（3）：96.

［2］于江波.談橋梁樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆機的應(yīng)用優(yōu)勢［J］.化學(xué)工程與裝備，2010（7）：91～92.

［3］杜文奎.路橋梁樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆技術(shù)的應(yīng)用分析［J］.信息系統(tǒng)工程，2014（4）：82，10.

［4］劉杰.應(yīng)用旋挖鉆機施工鐵路橋梁鉆孔樁技術(shù)［J］.四川建材，2012，38 （4）：117～118.

顏展翔（1982-），男，工程師，本科，主要從事公路、橋梁與隧道施工管理工作。

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2095-2066（2016）16-0189-02

2016-5-20