淺談旋挖鉆成孔施工技術(shù)在高速公路橋梁樁基施工中的應(yīng)用實(shí)踐

王燕浩

摘 要：目前在高速公路建設(shè)中，出現(xiàn)大量橋梁工程，橋梁基礎(chǔ)廣泛采用灌注樁基礎(chǔ)。旋挖鉆成孔技術(shù)作為自動化程度較高的成孔技術(shù)是橋梁樁基施工方法的選擇之一。本文通過工程實(shí)例對挖旋挖鉆成孔技術(shù)在高速公路橋梁樁基施工中的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行了闡述和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆成孔技術(shù);高速公路;橋梁樁基;應(yīng)用實(shí)踐

隨著環(huán)保理念的深入人心，在高速公路建設(shè)中，除江河、深溝、深壑等設(shè)計橋梁跨越外，對較平緩高于20m的填方區(qū)段以及在生態(tài)恢復(fù)脆弱地區(qū)也盡量采用橋梁跨越。這樣在高速公路建設(shè)中出現(xiàn)了大量橋梁工程，而橋梁基礎(chǔ)往往采用灌注樁。這就為旋挖鉆樁基礎(chǔ)施工技術(shù)在高速公路橋梁樁基施工中的應(yīng)用提供了契機(jī)。下面以工程實(shí)例就旋挖鉆成孔技術(shù)在高速公路橋梁樁基應(yīng)用進(jìn)行闡述。

一、工程概況

某高速公路土建K71+690～K80+561.75段，主線全長8.872公里。線路布設(shè)于紅河兩岸;橋梁共21座，其中特大橋2座（K73+790南沙紅河特大橋及K76+611左幅瓦遮河特大橋）;橋梁基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主要有Ф1.6m、Ф1.8m、Ф2.5m的樁基，數(shù)量較多合計1000余根。樁基除少部分布設(shè)于河谷、溝箐陡峭地帶，大部分布設(shè)與平緩河床、山間緩坡地（立交區(qū)）、山腳河岸緩坡地。樁基地質(zhì)主要是黏土、粉砂、砂礫石、軟巖及風(fēng)化巖等土層。

二、樁基成孔方案選擇

考慮項(xiàng)目距離省會城市不到300KM，工程樁基數(shù)量較大及地質(zhì)狀況，結(jié)合常用的沖擊鉆和旋挖鉆適用條件和特點(diǎn)，為充分發(fā)揮旋挖鉆成孔速度快的優(yōu)勢，除場地不能旋挖鉆施工要求的地帶采用沖擊鉆外，其余地段均選擇使用旋挖鉆成孔。

三、旋挖鉆灌注樁成孔施工工藝

一）旋挖鉆灌注樁成孔工藝流程

測量放線及護(hù)樁埋設(shè)→開挖地面表層土及平整操作平臺→鉆機(jī)就位埋設(shè)鋼護(hù)筒→檢查樁中心軸線→鉆進(jìn)成孔（需護(hù)壁時，注入護(hù)壁泥漿）→提鉆、卸渣→鉆至設(shè)計標(biāo)高→清孔→終孔檢查

二）旋挖鉆成孔施工方法

1、干鉆（不需泥漿護(hù)壁的地層）

1） 測量放樣及樁位護(hù)樁設(shè)置

① 群樁護(hù)樁設(shè)置：采用全站儀或GPS對樁位采用坐標(biāo)法進(jìn)行實(shí)地放樣。沿橋?qū)挿较蛞淮畏懦稣抛o(hù)樁樁位，沿橋長方向放出兩排護(hù)樁樁位。當(dāng)進(jìn)行下一排樁基施工時可利用上一排排樁護(hù)樁。群樁護(hù)樁為高度80cm木樁，埋入地下45cm，樁頂釘上鐵釘，在護(hù)樁周圍澆筑混凝土穩(wěn)固樁點(diǎn)。

② 單樁護(hù)樁設(shè)置：在樁位中心點(diǎn)四周用施工鋼絲線引出“十”字型的四個樁位點(diǎn)用來控制樁位，設(shè)置護(hù)樁。單樁護(hù)樁采用截面30mm×30mm、高度80cm的木樁，埋入地下45cm，樁頂釘上鐵釘，在護(hù)樁周圍澆筑混凝土穩(wěn)固樁點(diǎn)。

2）樁位處埋設(shè)鋼護(hù)筒：鋼護(hù)筒埋設(shè)深度按照設(shè)計要求或根據(jù)樁位處的水文地質(zhì)情況而定，一般埋設(shè)深度為2-4m;鋼護(hù)筒埋設(shè)時高出施工地面35cm（規(guī)范為30cm），當(dāng)為水面時高出1-2m。本工程涉及的樁基施工在旱地或筑島圍堰的紅河河道內(nèi)，鋼護(hù)筒埋設(shè)均采用挖坑法，其具體操作步驟：先對樁基中心樁位放樣，護(hù)樁，旋挖鉆機(jī)鉆頭中心對準(zhǔn)樁位中心鉆孔擴(kuò)孔，其擴(kuò)孔直徑為護(hù)筒直徑加20 - 40cm。接著在孔內(nèi)回填30—50cm粘土，并用旋挖鉆鉆頭夯實(shí)。然后用護(hù)樁拉線繩定出樁位中心，用線錘將樁位中心點(diǎn)引至孔底。然后用汽車吊或履帶吊安放護(hù)筒至孔內(nèi)，在護(hù)筒頂部用施工線形成十字線后再用線錘吊垂線對孔底樁位中心點(diǎn)，用吊車調(diào)整護(hù)筒，使護(hù)筒中心與樁位中心重合，其偏差不大于3cm（規(guī)范為5cm）。待護(hù)筒正確就位后，檢查護(hù)筒豎直度，護(hù)筒傾斜度不大于1%。再在護(hù)筒周圍對稱填黏質(zhì)土，夯實(shí);四周夯填完成后，再次檢測護(hù)筒的中心位置和豎直度，合格后測量護(hù)筒頂高程，計算出樁基鉆挖深度。

3）旋挖鉆機(jī)就位與鉆孔

① 確定鉆機(jī)位置，用雙飛粉白灰線標(biāo)記、定位。然后把旋挖鉆機(jī)開至標(biāo)記位置定位。

② 用施工鋼絲線通過護(hù)樁點(diǎn)拉十字線調(diào)整鉆頭中心對準(zhǔn)樁位中心。再用鉆機(jī)自身的儀器設(shè)備調(diào)整好鉆桿的豎直度并鎖定。

③ 鉆孔作業(yè)開始鉆進(jìn)時應(yīng)先慢后快，始發(fā)每次旋挖深度控制在40-50cm，并對照地勘圖資料與鉆渣分析地下地層情況判斷選用合理鉆進(jìn)參數(shù)，若進(jìn)尺5米后鉆進(jìn)正常，方可適量加大進(jìn)尺，每次控制在70-90cm。

④ 鉆孔達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，用檢測工具，如：測繩、檢孔器等對孔深、孔徑、孔壁垂直度、沉淀厚度等進(jìn)行檢查。合格后，方可進(jìn)行孔底清理和灌注水下混凝土的準(zhǔn)備工作。

旋挖鉆機(jī)干鉆成孔過程注意事項(xiàng)：在鉆進(jìn)作業(yè)中應(yīng)隨時關(guān)注鉆機(jī)儀表，如儀表顯示豎直度有變化，必須立即調(diào)整，調(diào)整到滿足精度后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。及時填寫鉆孔施工記錄。停鉆時，鉆頭必須提出孔外，并在提鉆后對孔口加蓋防護(hù)。為確保樁長， 成孔時應(yīng)超挖30cm，同排樁超挖深度應(yīng)基本一致，控制在±5cm以內(nèi)。在鉆進(jìn)過程中，注意對地質(zhì)狀況進(jìn)行對照設(shè)計地勘圖驗(yàn)證檢查;要根據(jù)地質(zhì)變化情況調(diào)整鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度;在黏性土地層中，鉆機(jī)的進(jìn)尺控制在80-90cm/次旋挖;在粉砂土層中，鉆機(jī)的進(jìn)尺控制在40-50cm/次旋挖。鉆進(jìn)中，鉆桿的提升速度控制在0.4米/s。

4）清孔：終孔檢查后立即進(jìn)行孔底清理?？辙D(zhuǎn)清土（10轉(zhuǎn)/分鐘），提鉆時嚴(yán)禁回轉(zhuǎn)鉆桿。

2、對需泥漿護(hù)壁的地質(zhì)情況采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)

1）泥漿制備：鉆孔泥漿一般由水、黏土（或膨潤土）和添加劑按配合比拌制。泥漿性能指標(biāo)選用根據(jù)地質(zhì)情況、泥漿材料等情況參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》要求落實(shí)。

2）泥漿初次注入樁孔時，應(yīng)垂直向孔中間進(jìn)行注漿;液面不宜低于孔口1.0m，并且高于地下水位1.5m以上，液面應(yīng)保持穩(wěn)定。

3）現(xiàn)場泥漿池（含造漿池和沉淀池）的容積成孔容積的1. 5～2. 0倍。粘土造漿時宜用水力攪拌器;膨潤土造漿時用泥漿攪拌機(jī)。施工泥漿使用后循環(huán)至沉淀池中經(jīng)過重力沉降后除渣。經(jīng)過沉淀后的泥漿，再流入儲漿池中，然后對儲漿池中的泥漿加入適量純堿和CMC改善其性能，滿足使用要求后再行使用。

4）鉆孔過程控制：

①待樁位測量復(fù)核無誤，鋼護(hù)筒埋設(shè)、標(biāo)高已測定完成后，鉆機(jī)就位;鉆機(jī)定位要準(zhǔn)確、穩(wěn)固，鉆機(jī)導(dǎo)桿中心線、回旋盤中心線、護(hù)筒中心線應(yīng)保持在同一直線。鉆機(jī)就位后，必須保持平整、穩(wěn)固，不發(fā)生傾斜。

②開鉆前檢查好鉆頭保徑裝置，鉆頭直徑、鉆頭磨損情況。施工過程中對鉆頭磨損超標(biāo)的及時進(jìn)行更換;根據(jù)土層地質(zhì)情況正確選擇鉆斗底部切削齒的形狀、規(guī)格和角度;計算樁底與護(hù)筒頂?shù)母卟?，以供鉆孔時控制成孔深度。

？鉆孔時采用跳挖方式，鉆斗倒出的孔渣距樁孔口的距離應(yīng)大于6m，并及時清運(yùn)出場。熟練利用鉆機(jī)配備的電子控制系統(tǒng)顯示并調(diào)整鉆進(jìn)時的垂直度，確保通過電子控制和人工觀測兩個方面來保證鉆桿的垂直度。

④鉆孔中，按試樁時確定的參數(shù)進(jìn)行施工，且應(yīng)及時、準(zhǔn)確、清晰記錄好成孔過程的各項(xiàng)參數(shù)，如：進(jìn)尺、地質(zhì)特征描述、障礙物等情況。常用鉆具和鉆進(jìn)參數(shù)見下表所列。

鉆進(jìn)中控制好鉆頭在孔內(nèi)的提鉆上下速度，防止泥漿較大波動對孔壁的破壞。根據(jù)地質(zhì)條件變化，及時調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，調(diào)制泥漿，保障鉆進(jìn)正常推進(jìn)。

⑤鉆孔過程中由硬地層變?yōu)檐浀貙訒r，可提高鉆進(jìn)速度，由軟地層變?yōu)橛驳貙訒r要降低鉆進(jìn)速度;在易縮徑的地層中，要增加掃孔次數(shù);在硬塑層快轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，提高效率;在粉沙層和砂礫石層時，增加泥漿相對密度和稠度，慢轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，以穩(wěn)定孔壁;同時應(yīng)觀察主機(jī)所在地面和支腳支承地面處的變化情況，發(fā)現(xiàn)沉降現(xiàn)象及時停機(jī)處理。鉆進(jìn)中，應(yīng)注意清理孔口積渣，遇地下水、塌孔、縮孔等異常情況時，應(yīng)及時處理。

⑥鉆進(jìn)達(dá)到要求孔深停鉆后，注意保持孔內(nèi)泥漿水頭和泥漿稠度，確?？妆诘姆€(wěn)定。旋挖鉆底部平緩，鉆至孔底對土的擾動小，不能形成聚淤漏斗，要加強(qiáng)護(hù)壁泥漿的控制，還要控制好終孔前兩鉆斗的旋挖量。同時在成孔深度達(dá)到設(shè)計要求后，對孔位、孔深、孔徑和孔形等進(jìn)行檢查，合格后，方可進(jìn)行清孔等后續(xù)作業(yè)。

5）清孔可根據(jù)具體情況采用掏渣、換漿、空壓機(jī)噴射等方法。樁基灌注前，再次檢查孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)和孔底成沉渣厚度，若超過規(guī)范要求，必須進(jìn)行二次清孔。不得用加深鉆孔深度的方式代替清孔。

五、鉆孔問題處理

1）坍孔處理。鉆孔中發(fā)生孔口坍孔，查明原因后，可加深鋼護(hù)筒繼續(xù)鉆進(jìn)。地下水豐富的情況下，調(diào)稠泥漿，泥漿比重一般不宜超過1.4，改善泥漿護(hù)壁效果;鉆頭入孔速度要緩慢，待鉆頭完全進(jìn)入泥漿后，保持勻速下到孔底，每次提鉆速度控制在0.3～0.5m/s。坍孔嚴(yán)重已不滿足旋挖鉆使用條件時，回填孔位改用沖擊鉆成孔技術(shù)。

2）偏孔處理。鉆孔發(fā)生偏孔時，把鉆頭提到偏孔處進(jìn)行反復(fù)掃孔，直到鉆孔豎直;如發(fā)生嚴(yán)重偏孔和探頭石時，可采用狗頭大小的片石俗稱“狗頭石”和黏土的混合物回填至略高于偏孔處的位置，待填料沉降密實(shí)后再重新鉆孔糾偏。

3）埋鉆和卡鉆處理。埋鉆或卡鉆發(fā)生后，在鉆頭周圍會沉淀大量的泥砂石，形成很大的側(cè)阻力。處理時要先保證孔內(nèi)有足夠的護(hù)壁泥漿，保持孔內(nèi)壓力，穩(wěn)定孔壁;再采用砂石泵吸出埋鉆卡鉆砂石，消除阻力，再旋轉(zhuǎn)提鉆。

在半年以來的橋梁樁基礎(chǔ)施工中，旋挖鉆成孔技術(shù)的應(yīng)用取得了良好效果，對Ф1.8m樁基，在地質(zhì)較好地段取得了每天成孔并灌注2棵樁的佳績，獲得進(jìn)度快、成本低的良好效應(yīng)。

結(jié)語：旋挖鉆成孔技術(shù)在高速公路橋梁樁基的應(yīng)用實(shí)踐，為高速公路鉆孔樁施工技術(shù)發(fā)展，不斷實(shí)現(xiàn)自動化，降低工人勞動強(qiáng)度，提供了更多選擇;同時也為旋挖鉆成孔工藝在高速公路工程實(shí)踐中不斷改進(jìn)提供了基礎(chǔ)。旋挖鉆成孔技術(shù)通過在實(shí)踐中不斷完善后，如：輕量化、裝配件小型化等，必將在高速公路施工中得到廣泛應(yīng)用。