旋挖鉆機在市政橋梁樁基中的施工工藝及質(zhì)量控制

摘要: 旋挖鉆機具有高效、優(yōu)質(zhì)、適用范圍廣、環(huán)保等優(yōu)點，在市政橋梁鉆孔灌注樁的施工中有廣泛應(yīng)用。本文簡要介紹了旋挖鉆機的工藝原理和施工工藝，以及在市政橋梁鉆孔灌注樁基施工中采用旋挖鉆機施工的質(zhì)量控制措施及注意事項。

關(guān)鍵詞: 旋挖鉆機市政橋梁莊基工程施工實踐

旋挖鉆機進(jìn)行鉆孔灌注樁施工的工藝已在建筑工程、市政工程、交通工程中被廣泛應(yīng)用，它具有適用地層范圍廣、鉆機移位便捷、成孔速度快、施工質(zhì)量好、泥漿污染少、低噪音等優(yōu)點，成為近年來發(fā)展最快的一種新型樁孔施工方法。市政橋梁施工有施工場地小，線路長，現(xiàn)場施工安全文明標(biāo)準(zhǔn)高，工期短等特點。在地層條件適合的情況下，鉆孔灌注樁施工采用旋挖鉆成孔能充分發(fā)揮旋挖鉆機的優(yōu)勢。同時，只有根據(jù)設(shè)備情況、地層條件和孔內(nèi)情況的變化正確合理地運用，才能保證旋挖鉆孔灌注樁的順利施工。筆者介紹了旋挖鉆機的施工工藝原理，施工中的質(zhì)量控制措施和注意事項。

1.工藝原理

旋挖鉆機成孔施工法，又稱鉆斗施工法。成孔原理是在鉆桿柱下端連接一個可閉合開啟的鉆斗，鉆斗底部及側(cè)邊有帶耙齒的切削刀具，借助鉆具自重和鉆機加壓力，使鉆具鉆齒切入地層中，動力頭帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)，在回轉(zhuǎn)力矩作用下鉆頭同時回轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)切削挖掘土層，并將切削挖掘下來的土渣納入鉆斗內(nèi)。待斗內(nèi)裝到相當(dāng)數(shù)量后將其提出孔外，打開鉆斗卸土。其后再將鉆頭降入孔內(nèi)，如此循環(huán)鉆孔，不斷加深，最終形成樁孔。

主要優(yōu)點:旋挖成孔施工速度快，適合的地層范圍廣，移位靈活，對孔位快，自動化程度高，成孔質(zhì)量好;可采用干挖或回收泥漿，減少泥漿污染;能直接了解地層的變化情況;孔底沉渣清理得更為干凈;采用柴油動力，減小施工用電的要求;噪聲低，實現(xiàn)文明施工。

該機械適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、砂土層、卵石、碎石、強風(fēng)化基巖等地層。

2.施工工藝

2.1施工流程

施工流程見圖1。

2.2鉆機選型

旋挖鉆機的主要工作參數(shù)有以下幾種:扭矩、發(fā)動機功率、鉆孔直徑、鉆孔深度及鉆機整機質(zhì)量。根據(jù)這些參數(shù)旋挖鉆機可分為三種機型，即小型機、中型機和大型機。

小型鉆機扭矩為100KN·m，發(fā)動機功率170KW，鉆孔直徑0.5—lm，鉆孔深度40m左右，鉆機整機質(zhì)量40t左右。小型機適用于護坡樁、結(jié)構(gòu)樁與小于lm的樁。

中型鉆機扭矩為180kN·m，發(fā)動機功率200kW，鉆孔直徑0.8—1.8m，鉆孔深度可到60m左右，整機質(zhì)量約65t。適用范圍廣，市場占有率高。

大型鉆機扭矩為240KN·m，發(fā)動機功率300KW，鉆孔直徑1—2.5m，鉆孔深度80m左右，鉆機整機質(zhì)量100t左右。適用于特大樁基工程。

施工人員應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況、設(shè)計圖紙、現(xiàn)場情況、施工組織設(shè)計等合理地選取旋挖鉆機機型，并配備可能用到的鉆頭型式，如短螺旋鉆頭、回旋鉆頭等。

2.3樁機就位

旋挖鉆機就位前需平整場地，對軟土進(jìn)行填料壓實，施工便道做好排水，防止樁機傾斜位移。測量放線確定樁位，用兩根互相垂直的直線相交于樁點，定出十字控制點。調(diào)整旋挖鉆機桅桿垂直，鉆頭中心對準(zhǔn)樁位，對中完成后設(shè)置并鎖定各項數(shù)據(jù)。

2.4護筒埋設(shè)

護筒埋設(shè)由人工與旋挖機配合完成。一般采用1.5—2m長的鋼護筒，人工清除道路表面瀝青與結(jié)構(gòu)層后，利用旋挖鉆機進(jìn)行開孔，人工配合埋設(shè)護筒。對于深厚雜填土的土層采用壁厚為10mm的長鋼護筒穿越，由旋挖鉆機將鋼護筒壓入土層中，護筒底埋置于穩(wěn)定土層中至少0.5m。護筒頂面高出地面20cm，內(nèi)徑大于鉆頭直徑100mm，上部開設(shè)2個溢漿孔。護筒埋設(shè)位置應(yīng)準(zhǔn)確，利用十字線定出的四個控制點進(jìn)行定位，護筒中心與樁位中心應(yīng)一致，偏差不得大于5cm，傾斜度偏差不大于1%。護筒外側(cè)的空隙填壓緊密，并測量筒頂水平面標(biāo)高。

2.5旋挖成孔

旋挖鉆機成孔利用鉆頭回轉(zhuǎn)切削土層，將切削下的碎土裝進(jìn)鉆斗內(nèi)，鉆機將鉆斗提出孔外卸土，如此循環(huán)往復(fù)，是一個短回次、多回次的過程，直至鉆至設(shè)計深度。旋挖鉆機挖出的碎土等需裝載機及運渣車輛配合，及時將鉆渣轉(zhuǎn)移至指定堆放場地。

在旋挖鉆機成孔過程中，采用靜態(tài)泥漿護壁鉆進(jìn)工藝，泥漿的配制根據(jù)土層情況與其他泥漿護壁鉆孔灌注樁相同。隨旋挖鉆進(jìn)孔深增加及泥漿損失，及時向孔內(nèi)注入泥漿，泥漿一般應(yīng)高出護筒底口1m以上。

在旋挖鉆機鉆進(jìn)過程中應(yīng)注意土層變化，土層發(fā)生變化時應(yīng)取樣與地質(zhì)資料進(jìn)行核對，并做好鉆進(jìn)記錄。鉆進(jìn)至鉆機顯示深度在設(shè)計深度以上1m左右時，采用經(jīng)檢定過的鋼絲測繩進(jìn)行精確測量，避免出現(xiàn)后期超鉆深度過大。

2.6清孔

旋挖至設(shè)計標(biāo)高后，用筒式鉆頭在原處繼續(xù)旋轉(zhuǎn)數(shù)圈進(jìn)行掏渣清孔，清孔速度不宜過快，并保持孔內(nèi)泥漿的水頭高度。下入鋼筋籠后，再測孔底沉渣厚度是否超標(biāo)，如超標(biāo)則用吊機吊起鋼筋籠，旋挖鉆機進(jìn)行二次清孔。

2.7鋼筋籠安裝

鋼筋籠采用分節(jié)下放、孔口焊接的方式安裝。鋼筋籠的吊裝采用三點起吊，入孔時避免碰撞孔壁，垂直下放。先將下節(jié)籠掛在孔口，隨即吊起第二節(jié)進(jìn)行焊接，逐節(jié)焊接下放，各節(jié)籠焊前須對上下節(jié)主筋位置進(jìn)行校正，使上下節(jié)保持垂直。節(jié)段較多時，可在現(xiàn)場先水平焊接兩節(jié)，一起起吊，減少成孔后在孔口鋼筋籠的焊接時間。

2.8澆筑水下混凝土

鋼筋籠安裝完畢后，盡快下放導(dǎo)管澆灌混凝土。水下澆灌混凝土按規(guī)范要求施工，與其他鉆孔灌注樁澆灌混凝土工藝相同。只是澆筑過程中要做好泥漿的回收，泥漿可循環(huán)利用，做到減少損失，保護環(huán)境。

3.不同地層的施工技術(shù)

3.1深厚松散雜填土層

松散雜填土，多為人工填積土，含碎石、建筑垃圾、生活垃圾等。該土層壓縮性高，強度低，滲透性較高，開挖容易坍塌。旋挖鉆機試鉆過程中塌孔嚴(yán)重，通過采用泥漿護壁的方法無法保持孔壁的穩(wěn)定性。通過采用長護筒(長度8—10m，壁厚10mm)，穿過這一松散層，硬土層使用泥漿護壁的方式鉆進(jìn)。

3.2粉質(zhì)粘土層

粉質(zhì)粘土層，對于該土層，旋挖鉆機鉆進(jìn)速度快，對泥漿要求小，甚至可以采用螺旋鉆干成孔的方式，最后采用筒鉆掃孔，成孔質(zhì)量好。旋挖鉆機在粉質(zhì)粘土層施工，能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，孔底成渣少，孔壁粗糙，臺班效率高，從下鋼筋籠到下導(dǎo)管澆筑混凝土不超過40分鐘，樁身質(zhì)量能得到保證。

3.3軟巖

樁基設(shè)計的持力層為軟巖時，該類巖層飽和單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值變化較大，施工中遇到巖石較硬難以鉆進(jìn)或打滑現(xiàn)象時，采用螺旋鉆頭和回轉(zhuǎn)鉆頭配合使用。先用短螺旋鉆頭破碎巖石，再換回轉(zhuǎn)鉆頭鉆進(jìn)，如此反復(fù)直至終孔。對巖層太硬，采用此法仍不能鉆進(jìn)，在鉆齒磨損極大的情況下，應(yīng)及時停鉆，以防止傷害旋挖鉆機，而采用沖擊鉆機施工。

4.質(zhì)量控制

4.1施工準(zhǔn)備

4.1.1施工前，旋挖鉆機操作人員應(yīng)進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。

4.1.2研究巖土工程勘察資料，選擇正確的施工方法。

4.1.3正確選用適當(dāng)機型，盡可能發(fā)揮機械的最大效能。

4.1.4市政工程施工過程中，要密切關(guān)注地下管線，鉆進(jìn)前一定要挖探槽，確認(rèn)無地下管線后方可進(jìn)行施工。

4.1.5平整場地，軟弱地基要壓實，并做好場地排水。

4.1.6樁位測量要準(zhǔn)確。

4.2過程控制

4.2.1護筒埋設(shè)位置、傾斜度誤差在規(guī)范要求內(nèi)。鉆機就位時鉆頭對準(zhǔn)樁位中心，鉆桿垂直，鉆機鉆進(jìn)中途移位后要重新對中就位。施工過程中經(jīng)常檢查鉆機鉆桿的垂直度，尤其是進(jìn)入硬土層加層鉆進(jìn)時，以防止斜孔。

4.2.2鉆進(jìn)過程中，根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度。由硬地層鉆到軟地層時，可適當(dāng)加速;當(dāng)軟地層變?yōu)橛驳貙訒r，應(yīng)減速慢進(jìn);對硬塑層采用快轉(zhuǎn)速鉆進(jìn);砂層則采用慢轉(zhuǎn)慢速鉆進(jìn)?？刂沏@斗的升降速度在0.75—0.85m/s，鉆斗升降速度過快，容易塌孔。

4.2.3根據(jù)地質(zhì)情況制備泥漿。旋挖鉆成孔快，對于護壁要求高，鉆進(jìn)過程中要及時補充泥漿，保持對孔壁的靜液壓力。根據(jù)土層調(diào)整泥漿的性能指標(biāo)，遇易塌孔的土層應(yīng)增大泥漿比重和粘度。

4.2.4鋼筋籠骨架外側(cè)設(shè)置控制混凝土保護層厚度的墊塊，豎向間距為2m，徑向圓周不少于4處。鋼筋籠吊放入孔應(yīng)對中、慢放，防止碰撞孔壁。鋼筋籠入孔，應(yīng)牢固定位。

4.2.5樁基成孔后認(rèn)真清理孔底沉渣，嚴(yán)格控制沉渣厚度符合設(shè)計要求。

4.2.6灌注水下混凝土。灌注前導(dǎo)管做好水密承壓和接頭抗拉試驗?；炷翍?yīng)具有良好的和易性，其坍落度控制在180—220mm。首批灌注水下混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置深度和填充導(dǎo)管底部的需要;混凝土應(yīng)連續(xù)灌注，中途停頓時間不大于30min;導(dǎo)管埋置深度控制在2—6m;灌注的樁頂標(biāo)高比設(shè)計高出0.8—1.0m。

4.2.7鉆孔、安裝鋼筋籠、下導(dǎo)管澆灌水下混凝土各工序間要緊密配合，盡量縮短成孔至澆筑混凝土之間各工序的時間，防止軟巖層長時間浸水軟化，降低樁的側(cè)阻力和端阻力。

4.2.8鉆孔過程中，應(yīng)及時分析挖出的泥渣，與地質(zhì)資料進(jìn)行比對，做好記錄。如發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)地層與地質(zhì)資料有較大出入，應(yīng)及時匯報。

5.注意事項

5.1.1旋挖鉆成孔工藝不適宜施工硬度較大的巖層，主要原因是鉆進(jìn)效率低、鉆齒磨損大，鉆桿易扭曲變形，機械故障率高。不要讓鉆機在極限狀態(tài)下工作，以免增加機械故障率。

5.1.2施工過程中，注意對機械的保養(yǎng)，機械發(fā)生故障后，更換配件修復(fù)時間較大，影響工程進(jìn)度。

5.1.3旋挖鉆機質(zhì)量大，加之使用大型起重機械輔肋作業(yè)，會對地基產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力。因此，對在軟土地層上施工，護筒的壁厚、埋深要適當(dāng)加大，防止產(chǎn)生縮徑、塌孔。

6.工程實例

南京某高架橋全線采用雙向六車道高架形式，橋梁最大跨徑60m，寬25.5m，全線長約2.8km。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鉆孔嵌巖灌注樁，共有670多根，樁徑分別為Φ1.2m和Φ1.5m，樁長20—40m，樁端持力層為中風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。工地兩側(cè)是商家和居民區(qū)，環(huán)保要求高。

該工程鉆孔灌注樁基礎(chǔ)采用旋挖鉆機施工，共投入8臺SD200/220型旋挖鉆機，樁基施工在兩個月內(nèi)基本完成。

施工過程中，由旋挖鉆挖出的泥渣由裝載機及運渣車及時清運或打堆進(jìn)行覆蓋，泥漿采用可移動式鋼板泥漿池供給和回收，做到了環(huán)保、節(jié)能，施工現(xiàn)場達(dá)到了無泥漿、無揚塵的文明工地要求。

旋挖鉆機施工時，采用上述施工技術(shù)措施和質(zhì)量控制方案進(jìn)行管理，樁基質(zhì)量得到有效控制。經(jīng)檢測，鉆孔灌注樁全部為Ⅰ類樁，樁基承載力滿足設(shè)計要求，取得了令人滿意的效果。

7.結(jié)語

旋挖鉆機在市政橋梁樁基工程中的施工實踐表明，采用旋挖鉆機進(jìn)行鉆孔灌注樁的施工能充分滿足市政橋梁工程的施工場地小、路線長，安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)高、工期緊的要求。

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