旋挖鉆在鉆孔灌注樁施工中的應用

摘要:旋挖鉆在公路工程施工中具有鉆進工藝先進，鉆進速度較快，適應地質構造范圍較廣的特點。本文主要介紹旋挖鉆的鉆進成孔施工工藝及其在鉆孔灌注樁中的應用

關鍵詞:旋挖鉆 鉆孔灌注樁 施工 應用

0 引言

近年來，旋挖鉆在公路工程施工中日漸普及，因其鉆進工藝先進，鉆進速度較快，適應地質構造范圍較廣而受到公路工程施工單位的普遍歡迎。現就旋挖鉆在鉆孔灌注樁施工中的應用做一介紹。

1 旋挖鉆的基本組成

旋挖鉆主要使用組合式鉆桿，組合式鉆桿是近年來出現的一種機鎖桿和摩擦桿組合在一起的鉆桿。該鉆桿在孔深0～30米范圍可鉆較硬地層，在孔深30～60米范圍可用于軟地層鉆孔施工，該鉆桿特別適用于上硬下軟較深樁孔的鉆孔施工。

2 旋挖鉆進成孔工藝

鉆進成孔:旋挖成孔首先是動力頭轉動底門鑲嵌斗齒的桶式鉆斗切削巖土，并將原狀巖土裝入鉆斗內，然后再由鉆機卷揚機和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設計深度。對粘結性好的巖土層，可采用干式或清水鉆進工藝，無需泥漿護壁。而對于松散易坍塌地層，或有地下水分布，孔壁不穩定，必須采用靜態泥漿護壁鉆進工藝，向孔內投入護壁泥漿或穩定液進行護壁。

成孔前必須檢查鉆頭保徑裝置，鉆頭直徑、鉆頭磨損情況，施工過程對鉆頭磨損超標的及時更換。

旋挖鉆機配備電子控制系統顯示并調整鉆進時的垂直度，通過電子控制和人工觀察兩個方面來保證鉆桿的垂直度，從而保證了成孔的垂直度。

鉆孔過程中根據地質情況控制進尺速度:由硬地層鉆到軟地層時，可適當加快鉆進速度;當軟地層變為硬地層時，要減速慢進;在易縮徑的地層中，應適當增加掃孔次數，防止縮徑;對硬塑層采用快轉速鉆進，以提高鉆進效率;砂層則采用慢轉速慢鉆進并適當增加泥漿比重和粘度。

3 旋挖鉆在鉆孔灌注樁中的應用

3.1 基本要求

根據設計要求合理布置施工場地，必須落實四通一平，即路、水、電和通信通;先平整場地、清除雜物、換除軟土、夯打密實。在進行場地整平后，組織有資格的測量放樣人員，將所有樁位放出，釘好十字保護樁，做好測量復核，并記錄放樣數據備案;規劃行車路線時，使便道與鉆孔位置保持一定的距離;以免影響孔壁穩定;施工場地為旱地而且在施工期間地下水位在原地面以下時，將場地平整夯實，清除雜物;場地位于淺水時，采用筑島后在頂面安置鉆機，筑島頂面高出施工水位1.0m左右;鉆機底盤不宜直接置于不堅實的填土上，以免產生不均勻沉陷;鉆機的安置應考慮鉆孔施工中孔口出土清運的方便。

3.2 樁位放樣

按“從整體到局部的原則”進行樁基的位置放樣，進行鉆孔的標高放樣時，應及時對放樣的標高進行復核。采用全站儀準確放樣各樁點的位置，使其誤差在規范要求內。

3.3 鉆機就位

鉆機就位時，要事先檢查鉆機的性能狀態是否良好。保證鉆機工作正常。保證樁位附近平整，把鉆機開到樁位旁，螺旋鉆頭的尖端正對樁位標注點。

鉆機停位回轉中心距孔位在3～4.5m之間。在允許的情況下，變幅油缸盡可能將桅桿縮回，這樣可以減小鉆機自重和提升下降脈動壓力對孔的影響。檢查在回轉半徑是否有障礙物影響回轉。

3.4 埋設鋼護筒

3.4.1 基本要求

在準確放樣的前提下埋設護筒，應符合埋設護筒的方法和要求，如果鉆孔是在陸地上進行的，則一般采用挖坑法，比較簡單易行。

鋼護筒埋設工作是旋挖鉆機施工的開端，鋼護筒平面位置與垂直度應準確，鋼護筒周圍和護筒底腳應緊密，不透水。

埋設鋼護筒時應通過定位的控制樁放樣，把鉆機鉆孔的位置標于孔底。再把鋼護筒吊放進孔內，找出鋼護筒的圓心位置，用十字線在鋼護筒頂部或底部，然后移動鋼護筒，使鋼護筒中心與鉆機鉆孔中心位置重合。同時用水平尺或垂球檢查，使鋼護筒垂直。此后即在鋼護筒周圍對稱地、均勻地回填最佳含水量的粘土，要分層夯實，達到最佳密實度。以保證其垂直度及防止泥漿流失及位移、掉落，如果護筒底土層不是粘性土，應挖深或換土，在孔底回填夯實300-500mm厚度的粘土后，再安放護筒，以免護筒底口處滲漏塌方，夯填時要防止鋼護筒偏斜。護筒上口應綁扎木方對稱吊緊，防止下竄。

3.4.2 特殊要求

在易縮徑的淤泥質粘土和易垮孔的松散雜填土地層和沙層以及嚴重透水地層必須使用長護筒或全護筒護壁，下護筒的方式有兩種:振動錘下護筒和動力頭驅動器下護筒。

3.5 泥漿制備

3.5.1 旋挖鉆機優點

與傳統的正反循環鉆機相比，旋挖鉆機具有成孔速度快的特點，其工藝優點為:①孔壁不易產生泥皮。因為在成孔過程中孔壁一直都受鉆斗的刮擦。②在孔壁上形成較明顯的螺旋線。

這兩點有助于增加樁的摩阻力，提高樁的質量。

3.5.2 缺點

因為不易形成泥皮，護壁性相對較差，容易縮徑、塌孔。

3.5.3 泥漿護壁特點

在鉆孔灌注樁的施工過程中，為了防止坍孔，穩定孔內水位及便于挾帶鉆碴，通常采用澎潤土制備成泥漿進行護壁。泥漿護壁是利用泥漿與地下水之間的壓力差來控制水壓力，以確保孔壁的穩定，所以泥漿的比重在起到保持這種壓力差方面具有關鍵作用。如果鉆孔中的泥漿比重過小，泥漿護壁就容易失去了阻擋土體坍塌的作用;如果泥漿的比重過大，則容易使泥漿泵產生堵塞甚至使混凝土的置換產生困難，使成樁質量難以得到保證。要充分發揮泥漿的作用，其指標的選取是非常重要的。就要求在實際工程的施工中，根據工程地質具體情況，合理地控制不同土層中泥漿的指標。

3.6 鉆頭的類型及應用

3.6.1 鉆頭的類型

旋挖鉆頭實際上就是一個盛土的筒式容器，只是在斗的下側焊接切削土壤的刀片或刃口。隨著旋挖鉆進工藝的推廣應用，在遇到沙層、硬巖基層、卵礫石層等各種復雜地層時，不采取特別的措施，旋挖鉆機的應用也受到了一定限制。因此，在施工中應根據不同地質情況，選用合適的鉆頭和施工工法，這樣即可以提高施工效率，節約生產成本，而且在環保、能源消耗、孔內事故等等方面能收到異想不到的效果。

鉆頭的類型很多，常用的分為兩大類:

回轉鉆頭:a單底土斗b雙底撈砂斗

嵌巖鉆頭:a短螺旋鉆頭b嵌巖筒鉆c牙輪鉆頭

3.6.2 鉆頭的應用

一般要求:鉆具應有一定的剛度，在鉆進中或其他操作時，不產生移動和搖晃，鉆具的安裝應符合生產廠家的標準。施工前，了解施工地質情況選用合理的鉆具。在一般地層情況下可選用摩擦鉆桿和回轉鉆頭。在巖層施工時可配用短螺旋鉆頭、回轉斗，嵌巖鉆頭等各種規格的鉆頭。

回轉鉆頭，適用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密實以上的砂土、風化巖層。嵌巖螺旋鉆頭，適用于碎石土、中等硬度的巖石及風化巖層。巖心回轉斗，適用于風化巖層及有裂紋的巖石。鉆頭規格由用戶據實際工程的情況選購選配。

鉆斗的斗齒前角選取:

旋挖鉆機工作時的壓力、扭矩傳遞為:

壓力:動力頭油缸—動力頭—鉆桿—鉆頭—切削刃;

扭矩:動力頭馬達—動力頭轉盤—鉆桿—鉆頭—切削巖土。

從整個旋挖鉆機工作過程來看，鉆機的動力能多少轉變為施工所需的壓力和扭矩的輸出效率問題，對每臺鉆機來說，出廠時就已經確定下來，而鉆機工作過程中的壓力和扭矩的輸出效率則取決與鉆桿和鉆頭，鉆斗的關鍵參數是斗齒刃前角。

對于相同的地層使用同一鉆進扭矩，不同的斗齒刃前角度，鉆進效率不同。因此，只有選擇合適的刃前角，才能提高進尺效率。經過大量的試驗:對于硬度較小的第四地層、強風化層和少冰凍土層，比鉆較松軟的地層時斗齒刃前角應稍大些，選取45°～65°為宜;鉆比較硬的地層時斗齒刃前角應稍小些，選取25°～45°為宜。

4 結束語

旋挖鉆機作為基礎工程機械中的新型機種，經過幾年的推廣應用，目前已被大量應用于公路工程樁基工程之中。由于其高效、節能、低噪聲、低污染、地層適應性較廣等優點、受到越來越多的施工單位的青睞。