旋挖鉆在察凱高速公路樁基施工中的應(yīng)用

一 旋挖鉆成孔原理及適用條件

旋挖鉆成孔是在一個可閉合開啟的桶式鉆頭底部及側(cè)邊安裝、焊接、切削刀具，在液壓鉆桿的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動下，切削挖鉆土層，使被切削土體通過活動閥門進(jìn)入的桶式鉆頭內(nèi)，然后再由鉆機提升裝置和伸縮鉆桿，將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地鉆進(jìn)、卸土，直至設(shè)計深度。

對粘結(jié)性較好的土層，可采用干式鉆進(jìn)成孔工藝。而對于松散易坍塌地層或地下水位以下的砂層，則應(yīng)采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆井工藝。

(一)旋挖鉆機的特點

鉆機采用履帶式底盤，具有行走功能、移動方便、就位快速準(zhǔn)確、能極大提高工作效率。鉆機本身配備控制系統(tǒng)，便于自動化施工，可自動調(diào)整各項技術(shù)指標(biāo)，保證鉆機的孔位、垂直度、孔徑、孔深等全部達(dá)到規(guī)范和設(shè)計要求。

鉆機配置多種鉆頭，適用于不同地質(zhì)成因的硬粘土、軟粘土、粗砂、卵礫石地層。鉆頭具有多效功能，可鉆進(jìn)，又可以提渣、清孔，而且施工速度快。同時型號不同，樁徑也不同，選擇范圍很大，可以完成直徑φ600mm～φ2000mm，深度達(dá)60～70m的樁基。

鉆機采用動力頭裝置，動力頭的給進(jìn)力加上鉆桿的重量，使得鉆進(jìn)能力強，鉆進(jìn)效率高。在硬粘土、軟粘土、粗砂、卵礫石地層中的鉆進(jìn)效率是沖擊鉆，是反循環(huán)鉆機工作效率的6倍。對于直徑1.5m、孔深40m左右的樁孔，10h即可成孔。

在采用旋挖鉆施工中不必挖大規(guī)模的泥漿池，現(xiàn)場環(huán)境好；鉆渣可直接裝車外運，不污染場地；施工噪音小，是一種典型的環(huán)保型施工設(shè)備。

旋挖鉆機主要適用于土層、砂層，以及較松散的、粒徑較小的卵礫石層，粘性土層效果最佳，而在硬的巖石地層(一般單軸抗壓強度30MPa以上)、較致密的卵礫石、大直徑的漂石層施工比較困難，并易發(fā)生孔內(nèi)事故和機械事故。

二 旋挖鉆機應(yīng)用情況

(一)線路區(qū)地質(zhì)情況概述

該實例位于青海省海西州境內(nèi)，是青海省“兩橫三縱三條路”主骨架的重要組成部分，在察汗諾通過茶察連接線與國道109線連接。是青海省海西州東連西寧、西入新疆、北接甘肅的跨區(qū)域公路交通運輸網(wǎng)的樞紐性的主干線。

線路經(jīng)過區(qū)域位于青藏高原東北部，屬柴達(dá)木盆地東沿與南祁連山系的過渡段，具有高山谷地與新生代盆地相間的特點，察汗諾谷地向南地勢漸低，坡降為20～50‰，海拔3090～3300米，谷寬800-1500米，溝底多為黃土狀土，地勢平坦。

依據(jù)地貌、第四紀(jì)堆積物成因和巖土工程性質(zhì)，將線路區(qū)域內(nèi)地基土分別納入五個工程地質(zhì)區(qū)：I區(qū)：山前沖積區(qū)，為山前傾斜平原，坡降一般10～20‰，主要由圓礫、卵石加砂，局部表層覆蓋粘性土，中密度為主。Ⅱ區(qū)：平原區(qū)，緩傾斜平原，坡降一般≤10‰，地形較平坦；主要由上部粉質(zhì)粘土、細(xì)砂層、硬塑土、下部卵石及圓礫層組成，中密為主。Ⅲ區(qū)：沖、洪積河谷區(qū)，沖洪積扇毗連、波狀起伏地形，坡降為10～20‰，向谷地傾斜，坡度10～20度，重構(gòu)發(fā)育。Ⅳ區(qū)：湖積平原區(qū)，水草沼澤地，地表為草皮，地形平坦，地表草皮一下主要有粉砂質(zhì)淤泥組成，松軟、承載力低。V區(qū)：基巖出露區(qū)，山體斜坡，地形起伏較大，地勢向山角傾斜，主要有上部強風(fēng)化巖，碎石狀，下伏中風(fēng)化巖組成。

(二)察柴高速公鐵立交工程實例

察柴高速全線設(shè)公鐵立交2754米／6座，橋梁跨徑20－40米不等，橋?qū)?4m，四車道，設(shè)計行車速度80km／h，橋涵設(shè)計荷載采用公路一1級。30米、40米跨徑上部采用后張法預(yù)應(yīng)力小箱梁結(jié)構(gòu)，其余為先張法空心板。下部為柱式、肋板式墩臺身，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。共有鉆孔灌注樁800余根，設(shè)計樁徑均為φ1.2－1.8米m，樁長30m左右。橋梁工程總工期12個月，但橋梁下部、基礎(chǔ)部分施工經(jīng)與鐵路部門協(xié)調(diào)，工期為4個月。為維護(hù)合同的嚴(yán)肅性，保質(zhì)、保量按期完工，同時為減少因施工對鐵路運行的干擾，該工程樁基采用旋挖鉆工藝施工。

樁基地層資料為：橋梁所處位置地表高差1.7米，地形較為平坦，為第四系全新沖、洪積層。底層分布及構(gòu)造簡單，底層分布連續(xù)穩(wěn)定，不存在斷裂構(gòu)造。地下水為第四系松散層孔隙水，受大氣降水和地表徑流補給，補給量呈季節(jié)性變化。底下水埋深16.8～20m。

底層分布較簡單，變化較小，地面以下0～10m為粉質(zhì)粘土及細(xì)砂層，10～20m為礫石土，20～30m為角礫石層，持力層為3－6層角礫層。

鉆孔樁共計800根，樁長30m左右。投入4臺旋挖鉆機，100個工作日全部完成。鑒于橋梁所在區(qū)域下部體層以礫石土、卵礫石層為主，以及地下水位16.8～20m，為保證樁基鉆進(jìn)的安全，防止產(chǎn)生塌孔，可采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)工藝。有時因施工機械損壞、天氣影響，造成施工速度相對遲緩，在這種情況下每臺旋挖鉆機每天也可完成1.5根樁基的施工作業(yè)。

經(jīng)對監(jiān)測，所有基樁優(yōu)良率達(dá)到95％以上。

三 青海海西地區(qū)旋挖鉆機應(yīng)用前景展望

青海海西地區(qū)大抵構(gòu)造屬祁呂賀蘭山字形構(gòu)造，與秦嶺昆侖構(gòu)造帶之間的過度地帶。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造輪廓、地層走向褶皺及斷裂展布等大致遵循北西延展，表層第四系覆蓋層較厚，各種構(gòu)造活動跡象不十分明顯。區(qū)內(nèi)主要為第四系上更新統(tǒng)，沙土經(jīng)過長期固結(jié)，狀態(tài)為中密。第四系全新統(tǒng)主要為粉質(zhì)粘土地層。目前橋梁樁基設(shè)計深度20～40m，其地質(zhì)情況適宜采用旋挖鉆施工。從地域上看，海西范圍內(nèi)適合旋挖鉆機施工的區(qū)域占總面積的3／5以上。由于海西地下水位埋藏較深，利于護(hù)壁鉆進(jìn)施工，對于推廣旋挖鉆施工工藝，具有很好的地質(zhì)、水文條件。

目前旋挖鉆在共茶高速及察德高速橋梁樁基施工中已有很多成功的應(yīng)用實例，如茶卡互通、察汗諾互通、茶察連接線K27+298公鐵立交、K4+581公鐵立交樁基施工等。

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略及支撐藏區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策的實施，青海公路建設(shè)得到快速發(fā)展，公路等級普遍提高，各種大跨徑、高技術(shù)含量的橋梁構(gòu)造物得到全面發(fā)展，因而需要大量的樁基施工機械。旋挖鉆施工工藝以其低噪聲、高效率、低污染、低造價、保質(zhì)保量的特點，在施工場地條件適宜的情況下必將得到廣泛應(yīng)用。