淺談橋梁樁基旋挖鉆成孔的施工

潘躍軍

山西晉城路橋建設(shè)有限公司 048000

淺談橋梁樁基旋挖鉆成孔的施工

潘躍軍

山西晉城路橋建設(shè)有限公司 048000

介紹了旋挖鉆成孔的優(yōu)點、成孔工藝；列舉了施工中經(jīng)常遇到的幾種問題及其處理措施。

樁基；旋挖鉆；成孔

近年來旋挖鉆成孔施工因其獨特的優(yōu)點在公路工程施工中被廣泛應(yīng)用。我公司承建的苛臨高速公路路基工程的橋梁樁基就采用了旋挖鉆成孔。旋挖鉆的工作原理是旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔工藝旋挖成孔，首先是通過鉆機(jī)自有的行走功能和桅桿變幅機(jī)構(gòu)使得鉆具能正確的就位到樁位，利用桅桿導(dǎo)向下放鉆桿將底部帶有活門的桶式鉆頭置放到孔位，鉆機(jī)動力頭裝置為鉆桿提供扭矩、加壓裝置通過加壓動力頭的方式將加壓力傳遞給鉆桿鉆頭，鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土、卸土，直至鉆至設(shè)計深度。鉆斗鉆成孔法主要適用于硬填土層、黏性土層、淤泥層、砂土層以及含有部分卵石、碎石的地層，還可以在巖層中鉆進(jìn)成孔。

1 旋挖鉆成孔樁的優(yōu)點

成孔速度快、質(zhì)量高，以前公路橋梁樁基施工大多采用傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)或沖擊鉆機(jī)，生產(chǎn)效率低。根據(jù)本人在苛臨高速公路橋梁的施工中，一個直徑1.5m、深30m的樁（有3m厚的卵石層），循環(huán)鉆機(jī)需2d甚至5d才能完成一個孔，且很多樁由于鉆孔時間長造成塌孔，嚴(yán)重的甚至需要回填重新鉆孔。而在同一工地，采用三一SR280型旋挖鉆施工，僅需7h～8h左右即可完成同樣孔徑和深度的鉆孔，其工效是循環(huán)鉆機(jī)的約20倍。在苛臨高速公路施工中，一個直徑1.5m、深40m的樁（有15m厚的卵石層），循環(huán)鉆機(jī)需要20d，甚至30d才能完成一個孔，沖擊反循環(huán)鉆機(jī)最快也需要7d左右。而采用旋挖鉆機(jī)，僅需5h左右即可完成同樣孔徑和深度的鉆孔，其工效是反循環(huán)鉆機(jī)的約30倍。

環(huán)保特點突出，與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)相比，旋挖鉆機(jī)可以循環(huán)使用泥漿，而傳統(tǒng)循環(huán)鉆機(jī)是不斷地產(chǎn)生泥漿。

行走移動方便，旋挖鉆機(jī)具有履帶，可以自行移位。不像傳統(tǒng)的鉆機(jī)的移位那么繁瑣，往往需要借助吊車，即使有步履機(jī)構(gòu)移動起來也非常緩慢。

旋挖鉆機(jī)對孔定位準(zhǔn)確、方便，在對位過程中操作手在駕駛室內(nèi)利用先進(jìn)的電子設(shè)備就可以精確的實現(xiàn)對位，使鉆機(jī)達(dá)到最佳鉆進(jìn)狀態(tài)。

旋挖鉆機(jī)適應(yīng)地層的能力強(qiáng)，通過更換不同的鉆頭，可以適用于淤泥質(zhì)土、黏土、砂土、卵石層和軟巖，甚至有的旋挖機(jī)可以適應(yīng)單軸抗壓強(qiáng)度超過100Mpa的堅硬巖層。

適用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。近兩年內(nèi)，我所參與的樁基施工都是采用旋挖鉆機(jī)成孔，成孔單價為220元/m3（內(nèi)容包括鉆孔、混凝土灌筑、吊裝鋼筋籠及裝載機(jī)費用），河運(yùn)高速12254m/241根，苛臨高速17858m/176根，高沁高速10634m/248根，在現(xiàn)階段施工工期要求緊的工程中經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2 成孔工藝

2.1 測定樁位：要做到準(zhǔn)確無誤，放線定位應(yīng)從測量基準(zhǔn)點施測，以避免累積誤差，并注意保護(hù)控制點,防止樁位受外界因素影響而發(fā)生偏差。

2.2 鉆機(jī)就位：樁位復(fù)核正確，利用旋挖鉆機(jī)和人工相互配合埋設(shè)護(hù)筒，鉆機(jī)就位時，定位要準(zhǔn)確、水平、垂直、穩(wěn)固；鉆機(jī)導(dǎo)桿中心線，回旋盤中心線，護(hù)筒中心線在同一直線上。

2.3 埋設(shè)護(hù)筒：由人工進(jìn)行輔助配合，利用旋挖鉆的鉆斗擠壓作用做相應(yīng)的調(diào)整。

2.4 護(hù)壁泥漿：旋挖鉆成孔在護(hù)壁泥漿的保護(hù)下鉆進(jìn)，因鉆機(jī)結(jié)構(gòu)決定，鉆頭鉆進(jìn)時，要多次上下提鉆往復(fù)操作，如果對護(hù)壁泥漿管理不善，就有可能發(fā)生塌孔事故。因此護(hù)壁泥漿的管理是旋挖鉆成孔的關(guān)鍵。在鉆進(jìn)過程中，根據(jù)地層不同情況，按平衡鉆進(jìn)原理指導(dǎo)泥漿管理工作，盡量利用地層黏土自然造漿。

2.5 鉆進(jìn)成孔：鉆進(jìn)就位后，調(diào)整鉆桿垂直度，注入調(diào)制好的泥漿，然后進(jìn)行鉆孔。當(dāng)鉆頭下降到預(yù)定深度后，鉆斗施加壓力，將土擠入鉆斗內(nèi)，當(dāng)儀表自動顯示裝滿時，鉆斗底部關(guān)閉，提升鉆斗將土卸于堆放地點。鉆機(jī)施工過程中保證泥漿面始終不低于護(hù)筒底部，通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提升、卸土和泥漿撐護(hù)孔壁，反復(fù)循環(huán)制成孔。采用磨盤式鉆斗或其它工具一次或多次撈渣清孔，以使孔底沉渣滿足規(guī)范和設(shè)計要求為止。

2.6 其它注意事項：

1）成孔時，發(fā)生斜孔、彎孔、縮孔和坍孔或沿護(hù)筒周圍冒漿以及地面沉陷等情況，應(yīng)停止鉆進(jìn)，經(jīng)采取措施后，方能繼續(xù)施工。

2）鉆進(jìn)硬層，每次進(jìn)尺深度太小，斗內(nèi)鉆渣太少時，換用小直徑筒形齒狀鉆斗,先鉆一小孔，然后再用鉆斗擴(kuò)孔鉆進(jìn)，也可換用短螺旋鉆進(jìn)，然后再下鉆斗撈渣，鉆進(jìn)速度，應(yīng)根據(jù)土層情況、孔徑、孔深、鉆機(jī)負(fù)荷以及成孔質(zhì)量等具體情況確定，在砂礫、 砂卵、卵石地層中鉆進(jìn)時，為保護(hù)孔壁穩(wěn)定，可事先向孔內(nèi)投入適量粘土球，下入孔內(nèi) 的鉆頭，其底盤進(jìn)渣口必須裝閉合閥板，以防提鉆時砂礫石從底部漏落孔內(nèi)。

3）控制樁頂標(biāo)高高于設(shè)計標(biāo)高500mm以上，待開挖后截樁頭，防止樁頭混凝土強(qiáng)度受水和泥漿影響變低。

3 常見問題及處理措施

3.1 坍孔處理

造成坍孔的主要原因有：護(hù)筒埋深位置不合適；鉆進(jìn)速度快，泥漿注入遲緩；鉆斗上下移動速度過快，致使水流以較快的速度由鉆斗外側(cè)和鉆孔間的空隙流過，沖刷孔壁等。河運(yùn)高速主線橋左幅5-3#樁基（候禹高速公路上）鉆孔施工時發(fā)生了塌孔，主要原因是泥漿護(hù)壁配比和管理不當(dāng)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，我們在采取了如下措施：原孔內(nèi)灌入1：3水泥砂漿改善護(hù)壁結(jié)構(gòu)，鉆頭每次重新開鉆時增大泥漿比重（控制在1.15～1.4之間），入液面時，速度要非常緩慢，等鉆頭完全進(jìn)入漿液后，再勻速下到孔底，每次提鉆速度控制在0.3m/s～0.5m/s。苛臨高速公路康家峁2號大橋4號橋墩樁基鉆進(jìn)時存在淤泥層，有塌陷現(xiàn)象，不能正常采用護(hù)壁施工成孔。所以采用鋼護(hù)筒施工，塌陷嚴(yán)重用C30混凝土和干紅土交替回填，混凝土中用φ25鋼筋按實際塌孔坑洞尺寸制作鋼筋網(wǎng)片以加強(qiáng)其承載力。

3.2 縮孔處理

縮孔主要原因有：泥漿性能欠佳，失水量大；孔壁土層吸水膨脹，形成蜂窩、疏松狀泥皮；鄰樁施工間距不當(dāng)，土層中應(yīng)力尚未解除，新孔孔壁軟土流變。高沁高速丹河大橋3-4#樁基鉆孔發(fā)生縮孔，原因是孔壁土層吸水膨脹。取優(yōu)質(zhì)泥漿，控制泥漿比重和黏度，降低失水量，將鉆頭提高至偏孔處進(jìn)行反復(fù)掃孔，直到鉆孔正直，盡快灌注混凝土。當(dāng)縮孔嚴(yán)重時，應(yīng)將鉆孔鉆過縮孔的軟地層后，加滿泥漿靜置4h～5h，待地下應(yīng)力釋放完后，再繼續(xù)鉆到設(shè)計孔深，孔徑擴(kuò)大到設(shè)計要求。

3.3 埋鉆和卡鉆處理

埋鉆和卡鉆是旋挖鉆機(jī)最易發(fā)生的施工事故，因此，施工過程中應(yīng)采取積極主動的措施加以預(yù)防。埋鉆主要發(fā)生在一次進(jìn)尺太多、過快；卡鉆則主要發(fā)生在鉆頭底蓋合攏不好，鉆進(jìn)過程中自動打開或在含大量孤石地層鉆進(jìn)時，孤石掉落卡鉆等。埋鉆或卡鉆發(fā)生后，可采取直接起吊法和鉆斗周圍疏通法，直接起吊法就是采用吊車直接向上起吊即可；鉆斗周圍疏通法就是用水下切割或反循環(huán)等方法，清理鉆筒周圍沉渣，然后起吊即可。

3.4 鋼筋籠上浮的處理

當(dāng)混凝土上升到接近鋼筋籠下端時，應(yīng)放慢澆筑速度，減少混凝土面上升的動能作用，以免鋼筋籠被頂托而上升。當(dāng)鋼筋籠被埋入混凝土中有一定深度時，再提升導(dǎo)管，減少導(dǎo)管埋入深度，使導(dǎo)管下端高出鋼筋籠下端有相當(dāng)距離時再按正常速度澆筑，在通常情況下，可防止鋼筋籠上浮。此外，澆注混凝土前，應(yīng)將鋼筋籠固定在孔位護(hù)筒上，也可防止上浮。

4 結(jié)語

橋梁樁基采用旋挖鉆成孔施工，通過項目部精心組織施工，在整個成孔施工過程中，沒有出現(xiàn)任何質(zhì)量事故和安全事故，通過檢測和評定，施工質(zhì)量優(yōu)良并得到一致好評，是灌注樁成孔工藝的發(fā)展方向。

潘躍軍（1973-）.男，山西晉城路橋建設(shè)有限公司，工程師，從事公路工程施工管理。