旋挖鉆機(jī)在高速公路樁基施工中的應(yīng)用

摘要：與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)和沖擊鉆機(jī)施工技術(shù)相比，旋挖鉆機(jī)施工技術(shù)優(yōu)勢明顯，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在技術(shù)重難點(diǎn)。文章以廣西松旺至鐵山港東岸高速公路為例，對旋挖鉆機(jī)的工藝優(yōu)勢及其在公路工程樁基施工中的應(yīng)用進(jìn)行探討。結(jié)果表明，旋挖鉆機(jī)在樁基施工中的應(yīng)用能大大縮短橋梁施工工期及加快橋梁下構(gòu)施工進(jìn)度，降低施工費(fèi)用，并大幅度提升施工效率。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī);公路工程;樁基施工

中圖分類號：U416文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 044

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0167 - 03

0 引言

旋挖鉆機(jī)樁基施工在公路施工中的應(yīng)用日益廣泛，與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)和沖擊鉆機(jī)施工技術(shù)相比，旋挖鉆機(jī)施工技術(shù)優(yōu)勢明顯，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在技術(shù)重難點(diǎn)。本文以廣西松旺至鐵山港東岸高速公路為例，對旋挖鉆機(jī)的工藝優(yōu)勢及其在公路工程樁基施工中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 旋挖鉆機(jī)施工技術(shù)概述

由于旋挖鉆機(jī)具有工作效率高、施工質(zhì)量好、塵土泥漿污染少等眾多優(yōu)點(diǎn)，考慮到廣西松旺至鐵山港東岸高速公路前期受征地拆遷影響耽誤施工時(shí)間較多，為滿足總體施工進(jìn)度計(jì)劃的要求，在結(jié)合本項(xiàng)目橋梁實(shí)際地質(zhì)情況下，對全線26座橋梁采用3臺旋挖鉆機(jī)分段進(jìn)行了樁基礎(chǔ)施工。全線橋梁樁基總數(shù)為514根，平均每天成孔6根，每根成孔時(shí)間約為4～5 h，3個(gè)月內(nèi)完成了全部樁基施工作業(yè)，為橋梁下構(gòu)工作面的大面積展開創(chuàng)造了良好條件，有效縮短了施工工期。已完成施工的樁基成品質(zhì)量經(jīng)第三方檢測機(jī)構(gòu)檢測，全部滿足公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)要求。

旋挖鉆機(jī)樁基成孔施工工藝自動(dòng)化程度高，其主要借助桅桿垂直度進(jìn)行自動(dòng)性調(diào)節(jié)，在鉆桿和鉆頭的自重下推進(jìn)鉆頭與鉆桿的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行土層或軟石切割后再利用鉆機(jī)回旋斗將土屑和石屑取出，樁基成孔完成。旋挖鉆機(jī)樁基施工工藝具有以下特點(diǎn)：

（1）成孔快速，質(zhì)量有保障

旋挖鉆機(jī)能夠精確地進(jìn)行鉆孔垂直度與挖深度的矯正，在樁基施工成樁質(zhì)量得以保障的基礎(chǔ)上，利用液壓驅(qū)動(dòng)，并借助鉆機(jī)自身的機(jī)械扭矩加快施工和成孔速度，提升樁基灌注質(zhì)量，對于廣西松旺至鐵山港東岸高速公路40 m深度及以下的樁基，成孔時(shí)間僅為4～5 h。

（2）對復(fù)雜地形適應(yīng)性強(qiáng)

旋挖鉆機(jī)樁基成孔施工工藝對于粉質(zhì)黏土、沙土、河灘卵礫石及淤泥等特殊地質(zhì)也較為適用。旋挖鉆機(jī)機(jī)動(dòng)靈活且樁位更換便利，成樁后其護(hù)壁上所形成的螺旋持力帶能為接下來的水下混凝土灌注預(yù)留出足夠的時(shí)間。旋挖鉆機(jī)采用大扭矩液壓頂驅(qū)動(dòng)力頭及伸縮式鉆桿，保證了無泥漿循環(huán)鉆孔施工的實(shí)現(xiàn)，作業(yè)時(shí)間大大節(jié)省，而且面對不同的地層，可以進(jìn)行鉆斗的恰當(dāng)選擇[1]。對于黏性較大地層，容易發(fā)生糊鉆現(xiàn)象，降低鉆進(jìn)效率;而對于砂型地層，尤其是泥漿比重不恰當(dāng)時(shí)很容易引發(fā)塌孔。而使用旋挖鉆機(jī)成孔，通過調(diào)整鉆斗形式和泥漿比重，便可有效解決上述問題。

（3）施工擾動(dòng)小

旋挖鉆機(jī)樁基成孔施工工藝對地層擾動(dòng)小，噪聲低，無泥漿循環(huán)，機(jī)械移動(dòng)方便，樁孔內(nèi)僅產(chǎn)生少量沉渣，成孔泥漿接近孔身體積，孔壁泥皮較薄，能充分發(fā)揮樁側(cè)摩阻力。

2 旋挖鉆機(jī)在公路樁基施工中的應(yīng)用

2.1工程概況

廣西松旺至鐵山港東岸高速公路起點(diǎn)位于博白縣松旺鎮(zhèn)，終點(diǎn)位于合浦縣白沙鎮(zhèn)，分別與玉林至鐵山港高速公路、合浦至山口高速公路對接。高速公路路線范圍內(nèi)地勢呈南低北高態(tài)勢，地貌單元主要包括剝蝕丘陵、剝蝕殘丘準(zhǔn)平原和河流堆積階地地貌三種類型。工程區(qū)海拔在30～100 m，局部區(qū)域海拔>150 m，自然坡度為20°～45°，第四系黏土、淤泥質(zhì)黏土覆蓋層厚度較大，砂巖、粉砂巖和頁巖等下浮基巖發(fā)育，地表積水嚴(yán)重，地形起伏大，巖土組合邊坡穩(wěn)定性良好。

2.2 關(guān)鍵性施工工藝

廣西松旺至鐵山港東岸高速公路旋挖鉆機(jī)樁基施工工藝流程詳見圖1。

2.2.1 埋設(shè)護(hù)筒

本工程采用δ=6mm鋼板進(jìn)行鉆孔用護(hù)筒制作，護(hù)筒長2m，直徑比樁徑設(shè)計(jì)值大20 cm，護(hù)筒底端比地下水位高出2.0m，比地面高出35 cm，確保護(hù)筒中心線和成樁中心線重合[1]。平面允許誤差≤45 mm;豎直線允許誤差≤1.2%;護(hù)筒埋深1～2 m，并確保其埋設(shè)的豎直度;頂面中心和樁位中心誤差≤1.5 cm;傾斜度≤1%。

2.2.2 泥漿護(hù)壁

護(hù)壁泥漿必須具有水化快、造漿能力強(qiáng)、黏性大等性能特征。護(hù)壁泥漿膠體率≥92%，含砂率≥3.5%，造漿能力≥3.0 L/kg，塑性指數(shù)>18，粒徑>0.1 rrrn的顆粒含量<5.5%。護(hù)壁泥漿材料選擇的配比為水：膨潤土：堿：CMC=1：0.1：0.01：0.001，并同時(shí)符合表1所示性能要求。

2.2.3鉆孔施工

旋挖鉆機(jī)開鉆前應(yīng)進(jìn)行各類機(jī)具設(shè)備狀態(tài)、泥漿制備情況及水電管路暢通程度的檢查。在正式鉆進(jìn)開始后，先啟動(dòng)泥漿泵，進(jìn)行泥漿配置，鉆頭著地后旋轉(zhuǎn)開鉆，借助鉆頭自身的重量逐步加壓鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)擠壓鉆頭確保鉆頭中充滿泥漿后提鉆補(bǔ)充泥漿并保持水頭后鉆進(jìn)。提出鉆頭，傾瀉出鉆頭內(nèi)泥沙并關(guān)閉鉆頭閥門，將其轉(zhuǎn)回鉆進(jìn)位置，固定旋轉(zhuǎn)體上端，降落鉆頭，繼續(xù)鉆進(jìn)。結(jié)束鉆孔后，首次清除孔底沉渣，應(yīng)保持鉆孔的持續(xù)進(jìn)行。如遇特殊原因需要停鉆，必須在孔口覆蓋防護(hù)罩，同時(shí)應(yīng)將鉆頭提出鉆孔，防止埋鉆事故的發(fā)生[2]。如繼續(xù)鉆進(jìn)，則孔內(nèi)泥漿高度、比重、黏度等必須達(dá)到要求[2]。旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)前，應(yīng)當(dāng)繪制孔位地質(zhì)坡面，并以此作為不同地層鉆頭選擇、鉆壓、轉(zhuǎn)速及泥漿比重確定的重要依據(jù)。鉆進(jìn)過程中應(yīng)時(shí)刻注意土層變化，如遇土層變化應(yīng)選取渣樣進(jìn)行土層鑒別，詳細(xì)記錄后將其與設(shè)計(jì)地層進(jìn)行核對。根據(jù)旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)情況，進(jìn)行損耗及漏失漿液的及時(shí)補(bǔ)充，確保漿液始終比孔外水位和地下水位高出1.5～2.0m，以確保鉆孔過程中漿液的濃度，有效預(yù)防塌孔和鎖孔等事故的發(fā)生。在旋挖鉆進(jìn)的過程中，采用檢孔器隨時(shí)檢查鉆孔情況，預(yù)防彎孔等事故的發(fā)生。一旦鉆孔與設(shè)計(jì)標(biāo)高的距離達(dá)到1.0 m，需要加強(qiáng)對鉆進(jìn)速度和深度的控制，預(yù)防超鉆事故的發(fā)生，同時(shí)通過地質(zhì)資料的核實(shí)判斷鉆進(jìn)是否達(dá)到設(shè)計(jì)持力層。待鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須徹底檢查孔深、孔徑和孔形[3]，在清孔前保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2.4 清孔

廣西松旺至鐵山港東岸高速公路旋挖鉆機(jī)樁基施工清孔實(shí)施步驟如下：待鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)開始清孔，防止間隔時(shí)間過長而導(dǎo)致沉渣沉淀，加大清孔難度。采用撈渣法[3]清孔，待鉆孔滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高要求后，慢速取出并取下鉆頭換上撈渣桶，將孔洞內(nèi)沉渣全部撈出，同時(shí)注入相對密度為0. 05 g/cm3、黏度為19 Pa.s、含砂率<2%的凈化泥漿，切忌用加深孔底代替清孔。撈渣清孔過程中，應(yīng)始終保持孔內(nèi)泥漿高度在地下水位以上左右，同時(shí)保證泥漿配比，預(yù)防塌孔的發(fā)生。待泥漿撈出后，孔底、孔中和孔口泥漿測試均值應(yīng)與凈化泥漿接近，待所測量孔底的沉渣厚度小于等于設(shè)計(jì)要求時(shí)，停止清孔，并下放鋼筋籠，按照常規(guī)鉆孔灌注樁施工要求進(jìn)行水下混凝土的灌注[4]。

2.3 旋挖鉆機(jī)樁基施工中的重點(diǎn)與難點(diǎn)

2.3.1 泥漿密度及用量控制

廣西松旺至鐵山港東岸高速公路旋挖鉆機(jī)樁基施工中使用泥漿密度為1. 15～1. 25 g/cm3，其黏度可以達(dá)到30 Pa.s，具有良好的流動(dòng)性，并結(jié)合施工現(xiàn)場地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)層次的實(shí)際情況，加強(qiáng)泥漿濃度的調(diào)節(jié)與控制，以便適應(yīng)施工地質(zhì)的實(shí)際情況。

2.3.2 塌孔的處理

旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)施工的過程中，如果遭遇小范圍塌孔但塌孔趨勢并無明顯擴(kuò)大時(shí)，可以暫不處理;如若塌孔范圍較大或出現(xiàn)明顯的塌孔擴(kuò)大趨勢，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，重新回填后再繼續(xù)鉆進(jìn)施工。對地層中夾有淺層砂礫層的情況，采取埋置鋼護(hù)筒穿透至砂礫層底部的方法，然后再進(jìn)行鉆孔，可有效避免塌孔，加快施工進(jìn)度。此外，旋挖鉆進(jìn)時(shí)如果回旋斗提升速度過快或者遭遇地下水，則必須暫停鉆進(jìn)，待塌孔泥土取出并重新加入新鮮泥漿，調(diào)整孔洞內(nèi)泥漿配合比后再繼續(xù)鉆孔施工。在旋挖鉆進(jìn)過程中，如發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡或孔內(nèi)水位變動(dòng)劇烈，則必須立即停鉆，采取有效措施解決后再恢復(fù)施工。

2.3.3 不利地質(zhì)原因引發(fā)的突發(fā)情況

旋挖鉆機(jī)樁基施工中遇到花崗巖、玄武巖及大而硬的塊石時(shí)，勢必對鉆進(jìn)工作造成不利影響，此時(shí)如果單純采取強(qiáng)硬手段，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、鉆頭報(bào)廢。因此應(yīng)該考慮改變鉆進(jìn)工藝，改用沖擊鉆，先利用吸泥機(jī)吸收掉孔洞內(nèi)富余的泥漿，有效減輕鉆頭的緩沖阻力，提升其沖擊力，合理利用鉆頭有效沖程和沖擊次數(shù)。與旋挖鉆機(jī)樁基施工相比，沖擊鉆施工效率較劣，待花崗巖、玄武巖及大而硬的塊石地層地段穿透施工結(jié)束后，即可改回旋挖鉆機(jī)施工[5]。

旋挖鉆機(jī)樁基施工就位快速，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，更換便捷，廣西松旺至鐵山港東岸高速公路樁基施工應(yīng)充分利用其技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合工程地質(zhì)條件，靈活選擇應(yīng)對策略，從而確保施工過程中各類突發(fā)情況的有效解決。

2.3.4 鋼筋籠的安裝

在安裝鋼筋籠之前必須徹底檢查鋼筋籠可能出現(xiàn)形變的部位，如遇彎曲和逆轉(zhuǎn)等初期形變，必須采取有效措施矯正回位后才能使用。鋼筋籠安裝之前必須重新測量，精準(zhǔn)定位，防止偏位的發(fā)生，之后緩緩下放，防止對護(hù)壁的破壞。在鋼筋籠下放過程中還必須充分考慮鋼筋籠保護(hù)層的厚度，保護(hù)層厚度與其吊裝質(zhì)量有關(guān)，而其吊裝質(zhì)量又直接關(guān)系著灌注樁的施工質(zhì)量。

2.3.5 水下混凝土的灌注

導(dǎo)管質(zhì)量和水密性等各項(xiàng)參數(shù)均應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范，導(dǎo)管埋深保持在5～8 m，同時(shí)嚴(yán)格控制混凝土配比，骨料形狀和粒徑等均應(yīng)達(dá)到要求，并采取有效措施預(yù)防混凝土灌注樁澆筑過程中可能出現(xiàn)的導(dǎo)管堵塞現(xiàn)象。水下混凝土灌注過程應(yīng)確保連續(xù)，如遇突發(fā)事件確需暫停，則應(yīng)盡可能縮短暫停時(shí)間;一旦暫停時(shí)間超過混凝土的初凝時(shí)間，則將導(dǎo)致導(dǎo)管凝固難以拔除，引發(fā)斷樁等質(zhì)量事故。在水下混凝土灌注的過程中，如果出現(xiàn)鋼筋籠上浮現(xiàn)象，則應(yīng)立即減緩混凝土灌注速率，加快導(dǎo)管提升，直至鋼筋籠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，再繼續(xù)混凝土灌注過程。

3 結(jié)語

與循環(huán)鉆機(jī)和沖擊鉆機(jī)相比，旋挖鉆機(jī)在廣西松旺至鐵山港東岸高速公路樁基施工中的應(yīng)用大大縮短了施工工期，對于單根長度為40 m的鉆孔樁，旋挖鉆機(jī)施工比循環(huán)鉆機(jī)施工節(jié)約30 h。鉆孔過程中所撈出的鉆渣能直接通過裝載機(jī)的配合運(yùn)出施工場地，施工場貌和環(huán)保要求都能夠達(dá)標(biāo)。此外，旋挖鉆機(jī)的履帶式機(jī)械結(jié)構(gòu)很少受制于施工場地的地形地貌，使機(jī)械倒運(yùn)時(shí)間有效縮短，施工成本降低。本文所提出的旋挖鉆機(jī)在廣西松旺至鐵山港東岸高速公路樁基施工中的應(yīng)用實(shí)踐對類似工程具有一定的參考借鑒作用。

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作者簡介：陳建榮（1986-），工程師，主要從事公路施工監(jiān)理工作。