旋挖鉆干式成孔技術(shù)與成樁工藝

范平

摘要：隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，建筑行業(yè)迅速崛起，呈現(xiàn)出前所未有的繁榮景象。而且隨著建筑技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步，新技術(shù)、新材料、新工藝和新裝備不斷出現(xiàn)。旋挖鉆干式成孔技術(shù)與成樁工藝就是其建筑技術(shù)革新的重要代表。本文首先對旋挖鉆干式成孔技術(shù)與成樁工藝的相關(guān)概念、定義、優(yōu)點(diǎn)及工作原理進(jìn)行了簡單的闡述，然后詳細(xì)描述了旋挖鉆機(jī)的施工工藝流程和要點(diǎn)，最后簡要介紹施工階段的質(zhì)量控制措施，希望該工藝在今后建筑工程的具體施工中能夠得到更好地應(yīng)用。

Abstract： With the development of China's modernization， construction industry rose rapidly and has shown an unprecedented prosperity. And with the continuous innovation and progress of construction technology， new technologies， new materials， new technology and new equipment continue to emerge. Rotary drilling dry pore forming technology and pile forming technology is an important representative of construction technology innovation. In this paper， the concept， definition， advantages and working principle of the rotary drilling dry pore forming technology and pile forming technology are briefly described. Then the construction process and main points of the rotary drilling rig are described in detail. Finally， the quality control measures in construction stage are introduced. It is hoped that this process can be better applied in specific construction in the future.

關(guān)鍵詞：旋挖鉆進(jìn)設(shè)備；旋挖鉆；干式成孔技術(shù)；成樁工藝

Key words： rotary drilling equipment；rotary drilling；dry pore forming technology；pile forming process

中圖分類號：TU753.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）14-0124-03

0 引言

隨著我國基本建設(shè)的快速發(fā)展，各行各業(yè)也都得到了很大的發(fā)展，城市的基礎(chǔ)建設(shè)施工項(xiàng)目也隨之增多，建筑技術(shù)不斷改進(jìn)或推陳出新，推動著建筑行業(yè)逐漸邁向一個(gè)以技術(shù)應(yīng)用為主的全新發(fā)展階段，技術(shù)創(chuàng)新制度體系的構(gòu)建以及企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新積極性、主動性的提高，在一定程度上增強(qiáng)了建筑技術(shù)的發(fā)展。隨著國內(nèi)橋梁、鐵路事業(yè)的發(fā)展，我國對建筑的要求朝著“高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量”的方向逐步邁進(jìn)，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施開始進(jìn)入規(guī)模化建設(shè)階段，樁基工程越來越常見。目前，旋挖成孔樁已在高等級鐵路以及公路橋梁工程領(lǐng)域得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。尤其近年來出現(xiàn)的旋挖鉆機(jī)以其成孔效率高、質(zhì)量好、地層適應(yīng)性強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)垂直度的自動調(diào)節(jié)和鉆孔深度的精確計(jì)量，逐漸取代了其他鉆機(jī)，成為鉆孔灌注樁施工首要選擇機(jī)型。旋挖鉆成孔是使用斗式鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆桿將土挖松收入斗筒中，同時(shí)將礫巖塊帶出孔外的鉆孔施工技術(shù)。在高等級鐵路和公路橋梁工程中，可通過樁基施工提高地基承載力，從而確保主體結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

1 旋挖鉆進(jìn)設(shè)備及其技術(shù)特點(diǎn)

相對于沖擊鉆進(jìn)、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、泥漿循環(huán)護(hù)壁成孔等傳統(tǒng)鉆孔技術(shù)來說，旋挖鉆進(jìn)技術(shù)具有較多應(yīng)用優(yōu)勢。

1.1 適用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)

在硬質(zhì)土地上施工時(shí)，傳統(tǒng)鉆機(jī)都存在自重有限的缺陷，一定程度上限制了鉆頭的施工壓力，施工中常常出現(xiàn)問題。與傳統(tǒng)的鉆機(jī)相比，旋挖鉆機(jī)采用了動力頭裝置，很好地解決了自重有限的重大問題，大大增強(qiáng)了其鉆進(jìn)能力，并且降低了對施工土質(zhì)的要求標(biāo)準(zhǔn)，在很大程度上提高了旋挖鉆機(jī)的適應(yīng)性。另外，旋挖鉆機(jī)裝配了便于移機(jī)的履帶式底盤，在野外作業(yè)能夠表現(xiàn)出更大的應(yīng)用優(yōu)勢。就現(xiàn)階段而言，國內(nèi)大多數(shù)類型的旋挖鉆機(jī)都裝配了短螺旋鉆頭或鉆斗進(jìn)行干鉆，或采用無循環(huán)泥漿鉆孔工法，不僅能旋挖鉆進(jìn)，還適用于全管或套管施工。另外，旋挖鉆機(jī)還配備了地下連續(xù)墻抓斗，可以滿足地下連續(xù)墻施工要求。因此，它就是一種適應(yīng)不同施工方法的大型工程鉆機(jī)（如圖1所示）。

1.2 節(jié)能環(huán)保

旋挖鉆機(jī)構(gòu)造簡單，能夠?qū)︺@孔參數(shù)及孔地虛土實(shí)施有效控制，整個(gè)鉆進(jìn)過程中噪音極小。該鉆機(jī)裝配了動力鉆頭，能夠?qū)崿F(xiàn)快速鉆進(jìn)。因此其旋挖樁施工具有突出的節(jié)能特點(diǎn)。同時(shí)將松土快速提出孔外，無須采用濕黏的泥漿將鉆渣帶出孔外。旋挖鉆進(jìn)振動小。而且由于泥漿被用來做為護(hù)壁，鉆渣則由鉆頭直接運(yùn)出至地面裝車。據(jù)統(tǒng)計(jì)，干式旋挖鉆進(jìn)所用泥漿量僅為正反循環(huán)鉆進(jìn)的1/10～1/20，因此施工現(xiàn)場整潔，極大地避免了對工地工作環(huán)境的污染，改善了施工環(huán)境。

1.3 鉆進(jìn)效率高

旋挖鉆機(jī)的鉆頭為動力鉆頭。作業(yè)時(shí)，通過鉆頭反復(fù)進(jìn)行上下的機(jī)械運(yùn)動使孔壁粗糙，提高孔壁負(fù)荷率和承壓力，在很大程度上提高了鉆進(jìn)效率。鉆進(jìn)設(shè)備的先進(jìn)程度是提高鉆進(jìn)效率的關(guān)鍵，旋挖鉆機(jī)設(shè)備性能先進(jìn)，機(jī)械自動化程度高，一定程度上減少了人力作業(yè)強(qiáng)度。另外，旋挖鉆機(jī)為履帶式全液壓自行式鉆機(jī)，通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動，有的鉆機(jī)還裝配了微機(jī)控制系統(tǒng)，操控功能更加先進(jìn)。在具體的施工的過程中，可參考地層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換鉆頭，比如長鉆筒適用于粘性土層；長、短螺旋鉆頭適用于漂石、含孤石及較硬巖石地層等等（如圖2所示）。

一般情況下，在土層、砂層的鉆進(jìn)速度可達(dá)10m/h，在粘土層可達(dá)4～6m/h，是普通回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的3～5倍，甚至更高?？梢姡阢@機(jī)的移位也非常方便靈活，現(xiàn)場適應(yīng)能力非常強(qiáng)，從而加快了施工速度，縮短工期，提高運(yùn)作效率。

1.4 成樁質(zhì)量好

旋挖鉆進(jìn)對地層擾動小，孔壁泥皮薄，形成的孔壁為粗糙型。在成孔過程中，孔壁上受鉆頭的作用會形成較深的紋波線，不易附著泥皮，有利于增加樁側(cè)摩阻力，保證樁基設(shè)計(jì)承載力。

2 旋挖鉆干式成孔技術(shù)與成樁工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

施工前要有必要的準(zhǔn)備工作，主要從資料、機(jī)械及設(shè)備等方面進(jìn)行詳細(xì)的準(zhǔn)備。在資料方面，必要的場地工程地質(zhì)資料和樁基工程施工圖及圖紙會審紀(jì)要以及相關(guān)施工工藝的參考資料等。在機(jī)械及設(shè)備的準(zhǔn)備方面，如測量儀器、旋挖鉆孔機(jī)、電焊機(jī)等都是必須要準(zhǔn)備的施工機(jī)械設(shè)備，值得一提的是：鉆頭根據(jù)地層情況選用，中等密實(shí)以上的沙土地層選用回轉(zhuǎn)鉆頭，中等硬度的巖石及風(fēng)化層選用鑲嵌鉆頭，達(dá)到最好的施工效果，保證施工的正常、安全運(yùn)作。

2.2 干式成孔施工工藝流程

旋挖樁干式成孔的施工工藝流程為平整場地～測量樁位～準(zhǔn)備鉆機(jī)～挖埋護(hù)筒～鉆進(jìn)～清孔～成孔檢查～下放鋼筋籠～二次清孔～灌注混凝土～鑿柱頭～成樁檢測（如圖3所示）。值得注意的是在進(jìn)行成孔檢查過程中，若不合格，則返回鉆進(jìn)操作步驟，直至合格為止；若合格，才可進(jìn)行下放鋼筋籠的操作。

2.2.1 平整場地，測量樁位

平整場地是進(jìn)行干式成孔施工的重要前提，在進(jìn)行平整場地的過程中，要結(jié)合工程的重要特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，合理布置施工現(xiàn)場，只有很好地平整好場地之后，制造一個(gè)良好安全的施工現(xiàn)場專業(yè)工作人員才可以進(jìn)行樁位的測量方樣，進(jìn)行下一步的工作，因此合理地平整場地對于干式成孔的施工意義重大。

2.2.2 挖埋護(hù)筒

在護(hù)筒施工環(huán)節(jié)，先對照設(shè)計(jì)要求檢查護(hù)筒的外形和尺寸，確認(rèn)其符合要求后再安裝。選擇內(nèi)徑比鉆頭直徑偏大的整體式全鋼護(hù)筒，筒壁厚度視護(hù)筒長度而定（一般在5mm～20mm）。鉆進(jìn)前必須為護(hù)筒套上鋼板套圈，以避免護(hù)筒在周轉(zhuǎn)使用過程中變形；護(hù)筒頂部應(yīng)該比地面高出30cm，為鉆頭定位留足余量，同時(shí)能有效保護(hù)樁孔。安裝時(shí)，首先借助擴(kuò)孔器擴(kuò)孔，再借助大扭矩鉆頭把護(hù)筒壓放至設(shè)計(jì)標(biāo)高。壓送完畢后，采用水平儀對護(hù)筒垂直度進(jìn)行測控和調(diào)校，同時(shí)將護(hù)筒和護(hù)筒四周的土層夯實(shí)。

2.2.3 鉆進(jìn)，清孔

將鉆機(jī)開到指定位置后，開工前要對照施工要求查看其性能狀態(tài)是否穩(wěn)定，以免施工中突發(fā)故障耽誤工時(shí)。鉆機(jī)準(zhǔn)確就位后，就可以開始進(jìn)行鉆進(jìn)。施鉆時(shí)，先進(jìn)行鉆桿起立及調(diào)垂，順時(shí)針進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆孔。初期鉆進(jìn)速度不宜過快，手動調(diào)垂使鉆桿將相對零位控制在±5°以內(nèi)，再借助顯示器上的自動調(diào)垂按鈕實(shí)現(xiàn)自動調(diào)垂。操作員應(yīng)該實(shí)時(shí)關(guān)注鉆孔垂直度，通過控制盤隨時(shí)調(diào)整孔道偏差。當(dāng)孔內(nèi)鉆渣過多后對鉆頭造成擠壓，應(yīng)將其提出地表，棄至旋挖鉆機(jī)后，再按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)鉆斗，而后上提鉆斗，通過操作顯示器上的自動回位或手動操作回轉(zhuǎn)操作手柄對正按鈕機(jī)器自動回到鉆孔作業(yè)位置。

采用循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)清理孔內(nèi)鉆渣。清孔時(shí)對泥漿參數(shù)嚴(yán)加控制?？變?nèi)要留一部分泥漿用來保護(hù)孔壁，以止塌孔。如果孔內(nèi)鉆渣過厚，一次清孔無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要在裝好灌漿導(dǎo)管后二次清孔。建議將二次清孔安排在鋼筋籠下放完畢后進(jìn)行，以確保工序之間不相互干擾。

2.2.4 下放鋼筋籠，灌注混凝土

在制作鋼筋籠的環(huán)節(jié)，要嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)程和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)選擇鋼筋材料并將鋼筋捆扎到位，將護(hù)筒頂面作為基準(zhǔn)面對鋼筋籠的尺寸、質(zhì)量進(jìn)行檢測，確認(rèn)其符合要求后再將其下放到孔內(nèi)。

用吊車配合人力共同下放鋼筋籠。起吊時(shí)應(yīng)保持勻速緩慢地移動吊臂將鋼筋籠吊至孔位上方，監(jiān)工人員輔助吊車使鋼筋籠與孔位對正后勻速下放，并且要在下放過程中隨時(shí)觀測鋼筋籠的位置，嚴(yán)防鋼筋籠傾斜破壞孔壁。對照設(shè)計(jì)標(biāo)高將鋼筋籠下放就位后，焊吊筋固定。

在下放完鋼筋籠后，就可以進(jìn)入混凝土灌注工序。先用專用攪拌機(jī)制備漿液，再運(yùn)到工地，采用導(dǎo)管法直接進(jìn)行灌注（如圖4所示）。

3 結(jié)語

目前，旋挖鉆干式成孔技術(shù)與成樁工藝具有很多優(yōu)越性和先進(jìn)性，在高等級鐵路和公路橋梁等基礎(chǔ)建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛。在具體的施工過程中，旋挖鉆干式成孔技術(shù)與成樁工藝的應(yīng)用在很大程度上提高了施工效率和成樁質(zhì)量，保證了鐵路和公路安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。相信在不久的將來，旋挖鉆干式成孔技術(shù)與成樁工藝將會得到進(jìn)一步的完善和進(jìn)步，在道路橋梁的鉆孔工作得到更好的應(yīng)用。

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