旋挖鉆機在軟土地基基礎施工中的應用

文｜ 江蘇省水利建設工程有限公司 顧永明

1 工程概況

七浦塘江邊樞紐工程是七浦塘與長江交匯口的重要口門控制性建筑物，泵站工程位置選擇在長江堤防以西的蕩茜河河線上，距老江堤約250m，距長江主流約1.2km。泵站主要建筑物座落于③1層或④1層淤泥質粉質粘土上，飽和、流塑狀態，高壓縮性，力學強度低，地基承載能力較差，必須進行基礎處理。采用混凝土灌注樁進行地基加固處理，應用了旋挖鉆機泥漿護壁成孔施工技術。

圖1 旋挖鉆機現場施工圖

2 旋挖鉆機的主要功能和特點

2.1 操作簡便，施工便利

目前市場上的旋挖鉆機基本都由液壓驅動，其操作程序也實現了自動化控制，部分進口機械還能依靠先進的陀螺儀和全站儀實現自動定位、自動扶正樁位等功能。

2.2 占用臨時用地較少

旋挖鉆機在成孔過程中，不會排出較多的泥漿，可以相應減少泥漿沉淀池的尺寸，從而減少工程在用地方面的投入。

2.3 環保特點突出，施工現場干凈

旋挖鉆機一般都采用無循環或者干式泥漿鉆進的方式，使用的泥漿量為普通循環鉆進的1/10～1/2O，不會對施工現場造成嚴重污染，可以有效降低排污費用，并提高文明施工水平。

2.4 靈活性強

旋挖鉆機使用履帶底盤承載，接地壓力小，適合于各種工況，在施工場地內行走移位方便，機動靈活，對樁孔的定位非常準確、方便。

3 旋挖鉆機樁基施工

3.1 施工準備階段

（1）測放樁位

為了確保后期樁位的準確性，施工前用全站儀、水準儀等進行樁位放樣。放樣結束后可使用白灰或設置標記樁等進行定點，并提請監理現場確認。

（2）設置護筒并注入泥漿

待鉆機安設完畢后可使用吊機將鋼制護筒吊裝時所需鉆孔的樁位上，鑒于軟土基礎的穩定性較差，可適當增加護筒的長度。吊裝時應確保護筒的中心點與樁的中心點重合，并保證垂直度，以免鉆進作業時樁位出現偏移。當護筒固定就位后可利用螺栓或鋼筋對其進行加固，從而避免后期鉆進作業中各類施工機械和人員對護筒的位置產生不利的破壞和影響。

3.2 施工階段

（1）旋挖鉆進

圖2 現場鉆進作業

鉆進作業的準備工作全部就緒后，施工人員應當立即著手準備鉆進作業所需的泥漿。起初鉆進作業的速度應當有所降低，并隨時對鉆孔的位置和垂直度進行檢測，一旦發生問題應及時予以糾正。但鉆進作業達到一定深度后便可將泥漿灌注到鉆孔內從而起到支護鉆孔壁的作用。

（2）清孔

待鉆機鉆進至施工圖中所要求的深度后，為確保鉆孔底部泥漿能夠通過灌漿來排除，可利用鉆頭在鉆孔底部適當進行擴孔作業。隨后，利用適當比例的泥漿對鉆孔進行清理，以確保后期鋼筋籠吊裝與混凝土灌注的施工質量。

（3）鋼筋籠吊放

待鉆孔深度、直徑和位置等因素滿足設計要求后，便可將事先綁扎完成的鋼筋籠進行吊裝，吊裝作業時應時刻保持鋼筋籠與鉆孔面保持垂直和居中，以便其在下放的過程中對孔壁進行刮擦。

（4）二次清孔

由于鋼筋籠在吊裝過程中難免會對孔壁進行碰撞，為了進一步降低鉆孔內砂石對于混凝土灌注施工質量的影響，可利用壓縮空氣對鉆孔進行二次清空，其具體做法如下。將連接有空氣壓縮機的導管放入鉆孔底部，使其能夠被吹出鉆孔。

（5）灌注混凝土

混凝土灌注作為旋挖鉆施工工藝的關鍵工序之一，其施工質量的好壞直接關系到工程質量，為此施工人員必須將其施工過程實施全程監管。首先，施工前應按照施工圖紙要求聯系混凝土供應商和運輸車輛，以保證施工期間混凝土供應量的充足。其次，灌注作業必須在天氣晴好的狀態下進行，尤其是避免出現降水降雪等不利氣候條件，以免地面積水流入基坑內導致施工質量問題。再次，在灌注期間可采用專門的混凝土泵送車進行混凝土的轉運和輸送，大量施工案例顯示使用混凝土泵送車相對于直接采用混凝土傾倒法施工的灌注作業，其出現斷樁和混凝土沉淀分層的機率大大降低。最后，在灌注期間應嚴格控制混凝土泵送的速度，以免其內部出現空泡及空洞，一旦泵送混凝土的壓力過大容易導致鉆孔內的鋼筋籠出現頂起和上浮的問題。同時，始終將泵送車的導管控制在混凝土液面以下0.5-1m之間，隨著灌注深度的上升，其泵送的速度可逐步降低。另外，鑒于部分施工現場距離混凝土加工廠路程較遠，為了保持混凝土的和易性可適當在其中調加部分水量；而在氣溫較高的夏季進行施工時可在混凝土中加入緩凝劑來延緩混凝土初凝的時間。

（6）起拔導管

待混凝土灌注到設計標高后可利用吊機將混凝土導管進行拔除，由于混凝土導管長度通常在3-5m之間，為了確保在起吊的過程中導管不對已經安放的鋼筋籠造成損壞從而影響樁基質量，應始終保持其在鉆孔居中的位置。吊裝作業速度不可過快，以時刻留意鉆孔內混凝土液位，一旦發現吊裝過程中有液位突然下降和上升的趨勢立即停止吊裝作業。

（7）拔除護筒

在混凝土澆注完成后，須立即將護筒拔除。護筒的拔除要平、穩，不可對護筒周邊地層或樁頭混凝土造成過大擾動，產生樁頭部位縮徑或夾渣現象。

4 旋挖鉆機在軟土地基施工存在的主要問題

4.1 在淤泥等地層中易發生孔壁坍塌

當旋挖鉆機在淤泥等地層中鉆進時，可能由于護筒的埋深位置不合適、土層中有較強的承壓水、鉆斗上下移動速度過快以及泥漿性能不能滿足要求等原因，會造成孔壁坍塌。

4.2 易出現軸線偏位的情況

受地質條件限制和操作技術水平影響，施工中有時不能正確的確定鉆進軸線，發生偏位現象或使鉆孔傾斜。

4.3 埋鉆現象偶有發生

由于部分樁位在地質勘探階段未進行有效的布點取樣，從而造成了局部區域存在未曾查明的淤泥層、流沙層，一旦鉆孔期間施工人員處置不當或鉆進速度過快，極其容易產生埋鉆。

5 原因分析

5.1 護筒的埋深位置不合適。例如護筒埋設在粉細砂或粗砂層中，水壓漏水后砂土容易坍塌；另外，由于振動和沖擊等影響，使護筒的周圍和底部地基土松軟造成坍塌。

5.2 地質勘探不夠全面。鑒于旋挖鉆在施工過程中所有的施工內容均在地表以下，而一旦施工開始整個鉆進作業無法停止，如果在前期地質勘探階段未能夠有效和全面地對施工區域下地質情況進行分析和研究，將會導致大量埋鉆、孔壁坍塌、地下承壓水涌出等重大施工事故的產生。

5.3 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和鉆孔之間的空隙中流過，沖刷孔壁；有時還在上提鉆斗時在其下方產生負壓而導致孔壁坍塌。

5.4 泥漿施工管理存在問題，致使泥漿性能滿足不了施工要求而造成孔壁坍塌。

5.5 為保證鉆斗鉆進時不跑偏，鉆斗都設有定心。但定心頂尖太高、太寬，遇到軟地層，黏泥又容易將“頂尖”糊住；兩者都可能造成鉆斗打滑，鉆頭跑偏，發生非正常傾斜。

6 旋挖鉆機在軟土地基施工中的控制措施

6.1 護筒埋設

鑒于在旋挖鉆作業時護筒不僅起到了定向的作用，而且其也可以作為所開挖的鉆孔護壁，大大減少了鉆孔在鉆進及后期混凝土灌注期間垮塌的機率。同時，為了降低旋挖鉆在混凝土灌注時出現“漏漿”和“跑漿”的問題，安放護筒時必須采用機械或人工的方式對護筒接口進行夯實加固。如果在鉆進作業期間發現鉆孔上部的土質較為松軟或地下水位較高而對上層土質產生沖刷效果，則可在施工時適當加長胡紅長度，并在混凝土灌注時適當提高所灌注的混凝土標號，以提高成孔質量。

6.2 泥漿配比

泥漿作為旋挖鉆施工過程中重要的施工材料，其不僅起到了支撐鉆孔壁的支護作用外，其還能將鉆孔內的部分垃圾和殘渣通過泥漿所具備的和易性和浮力沖刷出鉆孔內，從而提高后期混凝土灌注的效果。因此，在不同地質情況與鉆孔孔徑、鉆孔深度的情況下應當事先調制出合適的泥漿配比。

6.3 鉆孔沉積物控制

鑒于旋鉆機的工作原理和作業方式與普通鉆機的方式有著較大的區別，旋鉆機是通過其鉆頭的旋轉將鉆孔內的圖紙切割成條形并將其裝入鉆頭內提升出鉆孔，而其他鉆機通常是利用鉆頭直接將鉆孔底部的泥土打磨至粉狀，并使其與鉆孔內的水體相接觸從而形成泥漿，以便后期通過混凝土灌注而將其頂出鉆孔。鑒于旋鉆機特殊的工作機理，其在鉆進作業時對于鉆孔周邊的土層擾動較少，而且其未出現普通鉆機作業中常見的超鉆和超挖現象。因此，在后期混凝土灌注時應注意扣除部分超挖量計算的混凝土方量。

圖3 現場施工圖

6.4 復測孔深及穩定液比重

為了確保后期混凝土灌注的施工質量，施工人員必須在關注前重新檢測混凝土砂漿的泥水比，如檢測結果發現不合格者必須停止灌注作業立即更換混凝土砂漿。同時，必須對鉆孔的深度進行檢查，并注意護筒是否存在扭曲、開裂等問題。

6.5 對混凝土灌注工具的要求

導管作為混凝土灌注作業必要的施工工具，混凝土導管也必須在施工前進行檢查，確保其密封性、導流性滿足施工要求。而在施工中應當注重對導管的觀察，一旦發現有部分混凝土料堵塞導管，立即對其進行清理以便后續灌注工作的開展。

6.6 澆筑混凝土的要求

為了避免出現斷樁等重大施工質量事故的發生，在灌注混凝土期間應確保混泥土的連續供應，施工人員必須提前聯系好相關混泥土的供貨商并安排專業運輸車輛按時運輸到位。在灌注時切勿使用攪拌棒對混凝土進行攪拌，必須依靠其自身的密度自然下墜到鉆孔內。同時，混凝土導管始終保持在混凝土砂漿的液面以下0.5-1.0m處，切勿提升過快從而導致混凝土砂漿內出現斷層和氣泡。

6.7 軸線偏位和鉆孔傾斜的處理

（1）在完成鉆進作業后必須采用全站儀對現場的樁位進行復核，同時利用測深儀對鉆孔的深度進行復核。

（2）開始鉆進作業前必須反復使用水準儀、水平儀等設備對鉆頭的水平與垂直位置進行復核和糾偏，部分有條件的施工班組甚至可以采用更為精準的激光定位技術，從而確保鉆進作業期間鉆頭始終保持在正確的位置

（3）鉆進作業期間除了對鉆頭要保持時刻的關注外，鑒于鉆進所使用連桿的垂直度也會隨著作業期間地質、土層深度以及鉆進速度的變化而產生變化，尤其是遇到地表下土層在較短的距離內出現流沙層、黏土層、巖石層、地下承壓水層等不同地質形態之間的變化將會造成鉆桿受力的不規則波動，從而引發鉆桿垂直度的變化。為此，鉆進作業期間應依照前期地質勘探情況合理安排不同深度與不同地質情況下鉆進作業的速度。

（4）一旦鉆進作業期間遇到了十分堅硬的花崗巖層，如無法通過調整鉆頭類型等方法進行作業，則須立即停止作業改為爆破等方式予以清除。

7 結語

在粘土、粉土、砂土、淤泥質土等軟土地基成孔施工中應用旋挖鉆機，是一種理想的施工工藝，有著相當可觀的經濟效益和社會效益。隨著旋挖鉆機應用的不斷增多，其所具有的優越性也日益凸顯，一定會在未來有著良好的發展趨勢。