旋挖鉆機應用于高速公路橋梁樁基礎

徐 旻

（葛洲壩第二工程公司棗菏高速公路項目部一分部）

1 工程背景

棗菏高速東起京臺高速滕州北，西至日蘭高速牡丹區(qū)，全長177.5km，其中菏澤段全長75.2km。設計為雙向四車道高速公路標準建設，設計速度120km/h，路基寬度27.0m，山東路橋集團和葛洲壩集團組成的聯(lián)合體為該項目中標單位。

其中由葛洲壩集團山東棗菏高速公路承包項目部一分部承建的滕州段，線路長31.5km，途徑滕州市龍陽鎮(zhèn)、界河鎮(zhèn)，大塢鎮(zhèn)和濱湖鎮(zhèn)四個鎮(zhèn)，設計2020年通車。滕州段包含橋梁95座，其中特大橋1座（津浦鐵路分離）、大橋19座、中橋21座，小橋53座；線路設三個互通即滕州北樞紐互通、滕州西互通、濱湖互通；設置一個服務區(qū)，即濱湖服務區(qū)；主線及改路小構（園管涵、蓋板涵、箱涵）共72道。

2 地形、地貌

項目所處區(qū)域微山湖以東線路穿過丘陵及沖洪積平原地帶，地勢東高西低，微山湖以西線路為沖洪積平原，地勢平坦，呈西高東低，區(qū)域內海拔在5～222m。

滕州段為沖洪積平原地貌單元，工程地質分區(qū)為沖洪積平原穩(wěn)定-較部穩(wěn)定亞區(qū)，地勢較平緩，起伏較小，第四系覆蓋層以沖洪積粉質粘土，粘土為主，局部夾砂層，分布不連續(xù)，多呈透鏡體狀分布，下伏基巖以侏羅系泥巖、砂巖為主。

3 旋挖鉆機特點

滕州段，葛洲壩棗菏高速公路項目部一分部使用的旋挖鉆機為徐工XR360。徐工XR360采用進口川崎液壓件，進口康明斯發(fā)動機，動力系統(tǒng)匹配合理，保證了工作的可靠性。

主要技術參數(shù)：

表1

4 旋挖鉆機的施工特點

（1）成孔效率高。采用大扭矩液壓頂區(qū)動力頭和伸縮式鉆桿，伸縮式鉆桿是實現(xiàn)無循環(huán)鉆孔施工的專用工具，避免每次起下鉆具過程中的擰卸工序，減少了輔助作業(yè)時間，隨著地層的變化，可選擇與之相適應的鉆頭。正常工作狀態(tài)下，一天內可以鉆成三根樁孔（以某分離立交橋挖孔為例，樁設計樁孔28m長，樁徑1.2m），相比之下，普通循環(huán)鉆機完成1根相同類型的樁孔則需要3～4d。

（2）全液壓驅動，電腦操控，能精確定位鉆孔，自動校正鉆孔垂直度和自動測量鉆孔深度，最大限度保證鉆孔質量，其伸縮鉆桿不僅向鉆頭傳遞回轉力矩和軸向壓力，還可以實現(xiàn)鉆頭快速升降，快速卸土。

（3）作業(yè)時，臨時用地少。旋挖鉆機自身的成孔工藝不需要排除大量泥漿，也就不需要修建臨時泥漿池儲漿，而且挖出的土經(jīng)過晾曬還可以重復利用。

（4）對施工現(xiàn)場的環(huán)境污染小。旋挖鉆基本是桿式或無循環(huán)泥漿鉆進，作業(yè)時，所用泥漿量僅為正反循環(huán)鉆機的1/10～1/20。

（5）機動性強。旋挖鉆機為大型履帶自行式設備，無需其它人工或設備輔助。

行駛速度1.5km/h，爬坡能力35%，最小離地間隙445mm。

（6）旋挖鉆進振動小，噪音低，扭矩大。樁孔沉渣少，孔壁泥皮薄，樁側摩阻力發(fā)揮好。

（7）對于粘性較大的土質，容易糊鉆，而對于砂性地層，若泥漿比例不適當，容易坍孔。

遇到這種情況，需要調整鉆頭，泥漿比例等解決。

5 以棗菏高速公路某分離立交橋挖孔樁施工為例

（1）本挖孔樁采用φ1200mm樁徑，以含礫砂粘性土及以下土（巖）層作為樁基持力層。根據(jù)各樁位地質狀況及現(xiàn)場撈取渣樣判別樁基進入持力層深度，在樁長滿足設計圖紙要求的同時，確保樁端全斷面進入持力巖層深度至少1.0d（d為樁徑），孔底沉淀厚度嚴格控制在5cm以內。

樁基布置以每承臺4根布置形式。樁基采用水下C30高性能海工混凝土。主筋采用φ25mmHRB335級鋼筋，螺旋筋。

圖1

（2）旋挖鉆機施工工藝

圖2

①施工前由測量技術人員根據(jù)施工圖紙，對每承臺內樁基進行編號，編號以固定順序統(tǒng)一編號，并進行樁位中心坐標計算，經(jīng)其他技術人員復核后上報監(jiān)理，審核后進行現(xiàn)場放樣，放樣平面偏差不大于3mm。根據(jù)設計圖紙及平面控制點放樣出灌注樁的樁位中心點，同時放出路面破除開挖邊線，然后用十字定線（騎馬樁）的方法將樁位平移至開挖線1m以外建立坐標控制系統(tǒng)。樁位放樣完畢后用鋼尺量測各個樁位之間相對位置（矩形對角線相等的原理），并與相鄰墩的樁位一起進行校核，并將控制點放樣復核過程進行記錄。

②埋設護筒

護筒埋設就位后，需對樁中心及護筒中心進行二次測量復核，定位使用定型十字刻度尺安放在護筒頂部，測量定位后，根據(jù)護筒偏差對護筒進行調整，對中后對護筒四周空隙用粘土填實夯緊。為保證樁孔深度達到設計要求，由測量人員給出護筒頂標高，再根據(jù)灌注樁設計樁尖標高計算出由護筒頂?shù)綐都獾纳疃?，用測繩測量其鉆孔深度。

③復測護筒樁位

護筒直徑比設計樁徑大30cm，護筒底端高出地下水位1.5m，高出地面30cm，護筒中心線應與樁中心線重合，誤差不大于5mm，護筒必須保持垂直，傾斜度應不大于1%，護筒上部宜開設1～2個溢流孔。護筒埋設時，根據(jù)樁位四周的騎馬樁的連線交點確定護筒中心點（即樁位中心點），定位后由測量人員對護筒進行二次復測。合格后，護筒四周用粘土回填，分層夯實，防止護筒偏位。并用油漆將騎馬樁點標示在護筒邊上，以利于鉆機隨時校核樁位中心線。

④用于護壁的穩(wěn)定液（泥漿）應水化快、粘度大。其技術指標要求：膠體率≥95，含砂率≤4%，造漿能力≥2.15/kg。

參考（護壁泥漿）配合比：

水：膨潤土：堿：CMC（羧甲基纖維素）=1：0.1：0.01：0.001。

⑤開鉆前，仔細檢查設備，保持良好狀態(tài)。準備泥漿制備并確認正常。先配置好適量的泥漿，啟動鉆機，鉆頭著地，穩(wěn)步加壓鉆進，旋轉并擠壓鉆頭，當鉆頭內充滿泥漿后，提起鉆頭，注意在提升過程中應及時補充泥漿并保持水頭。

⑥從孔內提出泥砂并傾倒后，關閉鉆頭閥門，將鉆頭重新放進孔內，繼續(xù)鉆進，反復操作，當鉆孔完成后，進行清孔作業(yè)，清除孔底沉渣。

⑦鉆孔施工應連續(xù)作業(yè)，不得無故中斷。因故停鉆，應在孔口加蓋防護并將鉆頭提出孔道，以防埋鉆，同時保持孔內泥漿面高度及泥漿粘度滿足要求。

⑧鉆進過程中，施工人員應保持監(jiān)視孔內狀態(tài)，及時補充損耗泥漿。

⑨鉆孔完成后，實行清孔作業(yè)。清孔是鉆孔樁施工中保證成樁質量的重要環(huán)節(jié)。盡可能清除沉渣，使混凝土與基巖良好結合，保證樁底承載力。終孔后，將鉆頭提至距孔底20～30cm空鉆，吸出孔底鉆渣，可配合投入適量純堿以提高泥漿比例和膠結能力，使沉渣排出孔外。

⑩清孔完成后，鋼筋籠應整體下吊入孔，吊裝時不得碰損孔壁。鋼筋籠吊放后，應檢測其水平位置和高程是否達到設計高程，合格后立即固定鋼筋籠。鋼筋籠入孔到澆筑混凝土完畢時間不應超過4h。

?灌注混凝土，混凝土坍落度宜保持16～23cm，骨料粒徑宜小于40mm，混凝土澆筑宜在清孔結束后30min內進行。

?采用導管自流式灌注混凝土，導管下口距孔底宜為30～50cm，正常灌注混凝土時，導管埋深混凝土中宜為2～6m。

表2 成孔檢測指標

經(jīng)檢測各項指標合格后，可進行鋼筋籠安裝。如檢測指標不合格，需重新下鉆進行掃孔、清孔，以達到設計要求。

6 結語

本高速公路項目，業(yè)主要求的通車時間節(jié)點不能滯后，橋梁下構工程的施工時間直接影響整體工期，與傳統(tǒng)回轉鉆機、正反循環(huán)鉆機相比，葛洲壩項目部采用的旋挖鉆機工作效率明顯要高出許多，扣除陰雨天氣和設備檢修因素影響，平均每天完成2根，最多一天完成3根，大大縮短了樁基施工時間。但不應忽視施工過程中旋挖鉆機操作手的人為制約因素。因此，加強操作手的技能培訓，提高操作手的實踐水平達到人機合一是保證旋挖鉆機高效施工的重要保障。

另外，在引入旋挖鉆機進場時，應認真檢查設備，確認其保持良好的工作狀態(tài)，對數(shù)據(jù)進行記錄并分析，做到科學組織，精心施工，嚴格管理。并對施工過程中可能發(fā)生的一切問題做好預防和應對措施，保證旋挖鉆機施工優(yōu)勢得到充分的發(fā)揮。