旋挖鉆在高速公路樁基施工中的應(yīng)用

周國清

（中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司，重慶402260）

1 引言

在高速公路的施工過程中，旋挖鉆是一種常用的施工機械，具有噪聲小、振動頻率低、扭矩大，不會出現(xiàn)泥漿循環(huán)現(xiàn)象，且成孔速度快的優(yōu)勢，是現(xiàn)階段樁基施工鉆孔工程中的新型施工機械，在地基施工中得到了十分廣泛的應(yīng)用。

2 工程概況

長江大橋是80m+760m+320m單跨鋼箱梁懸索橋，主橋為760m單跨懸索橋，主纜矢跨比為1∶9.5，主梁梁高3.0m，采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式，吊桿標(biāo)準(zhǔn)間距15m，橋塔采用門式框架結(jié)構(gòu)，橋塔基礎(chǔ)采用承臺+樁基結(jié)構(gòu)，北岸錨碇采用隧道錨形式，南岸錨碇采用重力式錨。南岸橋塔基礎(chǔ)采用φ2.8m鉆孔灌注樁，共計18根，樁長分別為33m、38m各9根，樁基采用C35混凝土。同時，工程所在地區(qū)地標(biāo)水系屬長江水系，屬河流侵蝕堆積地貌，地形寬緩，天然地面坡度約8°～21°，坡體表面植被主要為耕地和林地，大部分地段基巖裸露，有居住區(qū)分布。該地區(qū)氣候溫和，雨量充足，四季分明，無霜期長，春季氣溫回暖早但不穩(wěn)定，夏季溫高光照強，降雨集中，秋季降溫快，常有秋綿雨，冬季較暖，日照偏少，濕度較大，冬春少雨，常有冬干春旱。

3 旋挖鉆工藝施工原理

旋挖鉆主要應(yīng)用短螺旋鉆頭和相關(guān)作業(yè)裝置進行干濕鉆進，通過旋挖逐次取土，在反復(fù)循環(huán)的作業(yè)過程中成孔。旋挖鉆機主要由操作系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、履帶式行走系統(tǒng)和鉆進系統(tǒng)等構(gòu)成。在旋挖鉆機進入工作狀態(tài)后，可以利用變幅機構(gòu)和桅桿調(diào)平控制系統(tǒng)對桅桿角度進行調(diào)整，確保鉆頭處于垂直狀態(tài)，由動力頭給鉆桿和鉆頭提供扭矩，這樣鉆頭可以進行旋轉(zhuǎn)切削，而加壓油缸在動力頭向鉆桿和鉆頭傳遞壓力，為鉆頭加壓鉆進提供支持[2]。另外，在鉆頭內(nèi)部裝填渣土后，主卷揚不斷提升，鉆頭會離開鉆孔，在回轉(zhuǎn)主機達到一定角度的情況下，可以打開鉆頭底門，倒出渣土，合上斗門，鉆頭轉(zhuǎn)回鉆進地點，下放鉆桿，再次把鉆頭放入孔內(nèi)鉆進，再重復(fù)進行鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提升和出土的操作，多次反復(fù)而成孔。圖1是旋挖鉆的工作過程。

圖1 旋挖鉆工作過程圖

4 旋挖鉆施工的優(yōu)勢

旋挖鉆施工有以下優(yōu)勢：

1）成孔快。旋挖鉆施工成孔速度快，其工作效率能夠達到普通循環(huán)鉆機的10倍，旋挖鉆機1d能夠完成3根樁，而循環(huán)鉆機3～4d才能完成1根樁，旋挖鉆機適用于工期緊張的工程中。

2）占用臨時用地少。在旋挖鉆施工過程中，無須排出泥漿，不需要將臨時用地作為泥漿沉淀池，且旋挖鉆機挖的土能夠循環(huán)利用，尤其在臨時用地緊張的情況下，具有很多優(yōu)勢。

3）環(huán)境污染小。旋挖鉆進主要是干式、無循環(huán)泥漿鉆進方式，使用的泥漿量只有正反循環(huán)鉆進的1/20～1/10。因此，這種施工技術(shù)的振動小，不易造成噪聲污染，施工現(xiàn)場比較整潔。

4）靈活性強。旋挖鉆底盤主要是履帶式，不需要其他設(shè)備的輔助即可迅速移位，不僅能夠縮短施工工期，還能節(jié)省設(shè)備費用。

5）提高灌注樁的承載力。旋挖鉆機的成孔工藝相對特殊，只需要使用靜壓泥漿作為護壁，使用的泥漿主要由膨潤土配制而成，孔壁不會形成厚的泥皮，并且鉆頭多次反復(fù)，使灌注樁具有很強的承載能力。

5 旋挖鉆施工工藝

通過分析長江大橋工程的實際情況可知，履帶吊在洗孔及埋設(shè)鋼護筒時使用，調(diào)查過程中共使用了18d；挖機主要用于清理旋挖鉆鉆孔產(chǎn)生的鉆渣及泥漿以及轉(zhuǎn)運小型材料，調(diào)查過程中共使用了18d；電弧焊機用于修理鉆頭鉆桿，調(diào)查過程中共使用了18d；空壓機用于洗孔過程，調(diào)查過程中共使用了11d。以下主要對旋挖鉆在高速公路樁基施工中的應(yīng)用及其注意的問題進行研究。

5.1 旋挖鉆施工工藝流程

鉆機就位→采用直徑1.5m鉆頭鉆進4～5m→更換直徑2.5m鉆頭鉆進4～5m→更換直徑2.8m鉆頭鉆進4～5m→更換直徑3m鉆頭鉆進4～5m→埋設(shè)護筒→采用直徑1.5m鉆頭鉆進至底標(biāo)高→更換直徑2.5m鉆頭鉆進至底標(biāo)高→更換直徑2.8m鉆頭鉆進至底標(biāo)高→清孔→成孔。

5.2 施工過程中需要注意的問題

5.2.1 鉆進過程中的問題

在鉆進過程中，相關(guān)人員需要設(shè)置表層護筒，護筒高度往往會在地面以下約30cm，需要使用帶鉆頭的鉸刀，在表層護筒插進預(yù)定土層深度之前，且斗底的鐵門需要處于關(guān)閉狀態(tài)。同時，相關(guān)人員需要合理控制孔內(nèi)鉆斗的升降速度，樁徑為1200mm時，鉆斗升降速度為0.748m/s；樁徑為1500mm時，鉆斗升降速度為0.575m/s。在空鉆斗升降過程中，孔壁不會出現(xiàn)坍塌，這就需要合理控制鉆斗的升降速度。除此之外，相關(guān)人員需要根據(jù)鉆孔阻力、扭矩確定鉆孔的阻力，在樁端持力層鉆進過程中，鉆斗上提時應(yīng)緩慢，且孔內(nèi)水位要高于地下水2m，避免出現(xiàn)孔壁坍塌問題。

5.2.2 清孔時的注意事項

在清孔過程中，由于鉆斗刀刃傾斜，會對孔底土層造成擾動，鉆進過程中，鉆渣回落使其沉淀在孔底，而旋挖鉆成孔法無法在漿液循環(huán)的情況下排渣，這就需要做好清孔工作。第一次孔底處理在鋼筋籠插入孔內(nèi)之前進行，主要使用孔底處理鉆斗排除鉆渣，在沉淀時間長的情況下，需要使用水泵進行濁水循環(huán)，第二次孔底處理在混凝土灌注前進行，通常用泵吸法[3]。

5.2.3 技術(shù)問題

在底層復(fù)雜的情況下，成孔過程中會出現(xiàn)開孔后漏漿、鉆進過程中坍塌等問題。而在砂礫石、砂卵石地層成孔過程中，成孔后的孔較低，使巖土沉淀速度提升，不易于清孔，在砂卵石地層施工過程中，由于密實度不均勻使旋挖鉆無法減壓鉆進，成孔的傾斜率加大。

6 結(jié)語

綜上所述，在社會經(jīng)濟的快速發(fā)展中，我國樁基礎(chǔ)工程量越來越多，旋挖鉆施工工藝是灌注樁施工機械中的新興技術(shù)，具有不污染環(huán)境、施工速度快、靈活性強等優(yōu)勢，在高速公路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。