旋挖鉆機在高速公路樁基施工中的應用

摘要：與傳統的循環鉆機和沖擊鉆機施工技術相比，旋挖鉆機施工技術優勢明顯，但是在實際應用過程中仍存在技術重難點。文章以廣西松旺至鐵山港東岸高速公路為例，對旋挖鉆機的工藝優勢及其在公路工程樁基施工中的應用進行探討。結果表明，旋挖鉆機在樁基施工中的應用能大大縮短橋梁施工工期及加快橋梁下構施工進度，降低施工費用，并大幅度提升施工效率。

關鍵詞：旋挖鉆機;公路工程;樁基施工

中圖分類號：U416文獻標識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 044

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0167 - 03

0 引言

旋挖鉆機樁基施工在公路施工中的應用日益廣泛，與傳統的循環鉆機和沖擊鉆機施工技術相比，旋挖鉆機施工技術優勢明顯，但是在實際應用過程中仍存在技術重難點。本文以廣西松旺至鐵山港東岸高速公路為例，對旋挖鉆機的工藝優勢及其在公路工程樁基施工中的應用進行探討。

1 旋挖鉆機施工技術概述

由于旋挖鉆機具有工作效率高、施工質量好、塵土泥漿污染少等眾多優點，考慮到廣西松旺至鐵山港東岸高速公路前期受征地拆遷影響耽誤施工時間較多，為滿足總體施工進度計劃的要求，在結合本項目橋梁實際地質情況下，對全線26座橋梁采用3臺旋挖鉆機分段進行了樁基礎施工。全線橋梁樁基總數為514根，平均每天成孔6根，每根成孔時間約為4～5 h，3個月內完成了全部樁基施工作業，為橋梁下構工作面的大面積展開創造了良好條件，有效縮短了施工工期。已完成施工的樁基成品質量經第三方檢測機構檢測，全部滿足公路工程質量檢驗評定標準要求。

旋挖鉆機樁基成孔施工工藝自動化程度高，其主要借助桅桿垂直度進行自動性調節，在鉆桿和鉆頭的自重下推進鉆頭與鉆桿的旋轉，進行土層或軟石切割后再利用鉆機回旋斗將土屑和石屑取出，樁基成孔完成。旋挖鉆機樁基施工工藝具有以下特點：

（1）成孔快速，質量有保障

旋挖鉆機能夠精確地進行鉆孔垂直度與挖深度的矯正，在樁基施工成樁質量得以保障的基礎上，利用液壓驅動，并借助鉆機自身的機械扭矩加快施工和成孔速度，提升樁基灌注質量，對于廣西松旺至鐵山港東岸高速公路40 m深度及以下的樁基，成孔時間僅為4～5 h。

（2）對復雜地形適應性強

旋挖鉆機樁基成孔施工工藝對于粉質黏土、沙土、河灘卵礫石及淤泥等特殊地質也較為適用。旋挖鉆機機動靈活且樁位更換便利，成樁后其護壁上所形成的螺旋持力帶能為接下來的水下混凝土灌注預留出足夠的時間。旋挖鉆機采用大扭矩液壓頂驅動力頭及伸縮式鉆桿，保證了無泥漿循環鉆孔施工的實現，作業時間大大節省，而且面對不同的地層，可以進行鉆斗的恰當選擇[1]。對于黏性較大地層，容易發生糊鉆現象，降低鉆進效率;而對于砂型地層，尤其是泥漿比重不恰當時很容易引發塌孔。而使用旋挖鉆機成孔，通過調整鉆斗形式和泥漿比重，便可有效解決上述問題。

（3）施工擾動小

旋挖鉆機樁基成孔施工工藝對地層擾動小，噪聲低，無泥漿循環，機械移動方便，樁孔內僅產生少量沉渣，成孔泥漿接近孔身體積，孔壁泥皮較薄，能充分發揮樁側摩阻力。

2 旋挖鉆機在公路樁基施工中的應用

2.1工程概況

廣西松旺至鐵山港東岸高速公路起點位于博白縣松旺鎮，終點位于合浦縣白沙鎮，分別與玉林至鐵山港高速公路、合浦至山口高速公路對接。高速公路路線范圍內地勢呈南低北高態勢，地貌單元主要包括剝蝕丘陵、剝蝕殘丘準平原和河流堆積階地地貌三種類型。工程區海拔在30～100 m，局部區域海拔>150 m，自然坡度為20°～45°，第四系黏土、淤泥質黏土覆蓋層厚度較大，砂巖、粉砂巖和頁巖等下浮基巖發育，地表積水嚴重，地形起伏大，巖土組合邊坡穩定性良好。

2.2 關鍵性施工工藝

廣西松旺至鐵山港東岸高速公路旋挖鉆機樁基施工工藝流程詳見圖1。

2.2.1 埋設護筒

本工程采用δ=6mm鋼板進行鉆孔用護筒制作，護筒長2m，直徑比樁徑設計值大20 cm，護筒底端比地下水位高出2.0m，比地面高出35 cm，確保護筒中心線和成樁中心線重合[1]。平面允許誤差≤45 mm;豎直線允許誤差≤1.2%;護筒埋深1～2 m，并確保其埋設的豎直度;頂面中心和樁位中心誤差≤1.5 cm;傾斜度≤1%。

2.2.2 泥漿護壁

護壁泥漿必須具有水化快、造漿能力強、黏性大等性能特征。護壁泥漿膠體率≥92%，含砂率≥3.5%，造漿能力≥3.0 L/kg，塑性指數>18，粒徑>0.1 rrrn的顆粒含量<5.5%。護壁泥漿材料選擇的配比為水：膨潤土：堿：CMC=1：0.1：0.01：0.001，并同時符合表1所示性能要求。

2.2.3鉆孔施工

旋挖鉆機開鉆前應進行各類機具設備狀態、泥漿制備情況及水電管路暢通程度的檢查。在正式鉆進開始后，先啟動泥漿泵，進行泥漿配置，鉆頭著地后旋轉開鉆，借助鉆頭自身的重量逐步加壓鉆進，旋轉擠壓鉆頭確保鉆頭中充滿泥漿后提鉆補充泥漿并保持水頭后鉆進。提出鉆頭，傾瀉出鉆頭內泥沙并關閉鉆頭閥門，將其轉回鉆進位置，固定旋轉體上端，降落鉆頭，繼續鉆進。結束鉆孔后，首次清除孔底沉渣，應保持鉆孔的持續進行。如遇特殊原因需要停鉆，必須在孔口覆蓋防護罩，同時應將鉆頭提出鉆孔，防止埋鉆事故的發生[2]。如繼續鉆進，則孔內泥漿高度、比重、黏度等必須達到要求[2]。旋挖鉆機鉆進前，應當繪制孔位地質坡面，并以此作為不同地層鉆頭選擇、鉆壓、轉速及泥漿比重確定的重要依據。鉆進過程中應時刻注意土層變化，如遇土層變化應選取渣樣進行土層鑒別，詳細記錄后將其與設計地層進行核對。根據旋挖鉆機的鉆進情況，進行損耗及漏失漿液的及時補充，確保漿液始終比孔外水位和地下水位高出1.5～2.0m，以確保鉆孔過程中漿液的濃度，有效預防塌孔和鎖孔等事故的發生。在旋挖鉆進的過程中，采用檢孔器隨時檢查鉆孔情況，預防彎孔等事故的發生。一旦鉆孔與設計標高的距離達到1.0 m，需要加強對鉆進速度和深度的控制，預防超鉆事故的發生，同時通過地質資料的核實判斷鉆進是否達到設計持力層。待鉆孔深度達到設計要求，必須徹底檢查孔深、孔徑和孔形[3]，在清孔前保證鉆孔達到設計要求。

2.2.4 清孔

廣西松旺至鐵山港東岸高速公路旋挖鉆機樁基施工清孔實施步驟如下：待鉆孔深度達到設計要求時開始清孔，防止間隔時間過長而導致沉渣沉淀，加大清孔難度。采用撈渣法[3]清孔，待鉆孔滿足設計標高要求后，慢速取出并取下鉆頭換上撈渣桶，將孔洞內沉渣全部撈出，同時注入相對密度為0. 05 g/cm3、黏度為19 Pa.s、含砂率<2%的凈化泥漿，切忌用加深孔底代替清孔。撈渣清孔過程中，應始終保持孔內泥漿高度在地下水位以上左右，同時保證泥漿配比，預防塌孔的發生。待泥漿撈出后，孔底、孔中和孔口泥漿測試均值應與凈化泥漿接近，待所測量孔底的沉渣厚度小于等于設計要求時，停止清孔，并下放鋼筋籠，按照常規鉆孔灌注樁施工要求進行水下混凝土的灌注[4]。

2.3 旋挖鉆機樁基施工中的重點與難點

2.3.1 泥漿密度及用量控制

廣西松旺至鐵山港東岸高速公路旋挖鉆機樁基施工中使用泥漿密度為1. 15～1. 25 g/cm3，其黏度可以達到30 Pa.s，具有良好的流動性，并結合施工現場地質條件和結構層次的實際情況，加強泥漿濃度的調節與控制，以便適應施工地質的實際情況。

2.3.2 塌孔的處理

旋挖鉆機鉆進施工的過程中，如果遭遇小范圍塌孔但塌孔趨勢并無明顯擴大時，可以暫不處理;如若塌孔范圍較大或出現明顯的塌孔擴大趨勢，應立即停止鉆進，重新回填后再繼續鉆進施工。對地層中夾有淺層砂礫層的情況，采取埋置鋼護筒穿透至砂礫層底部的方法，然后再進行鉆孔，可有效避免塌孔，加快施工進度。此外，旋挖鉆進時如果回旋斗提升速度過快或者遭遇地下水，則必須暫停鉆進，待塌孔泥土取出并重新加入新鮮泥漿，調整孔洞內泥漿配合比后再繼續鉆孔施工。在旋挖鉆進過程中，如發現孔內產生大量氣泡或孔內水位變動劇烈，則必須立即停鉆，采取有效措施解決后再恢復施工。

2.3.3 不利地質原因引發的突發情況

旋挖鉆機樁基施工中遇到花崗巖、玄武巖及大而硬的塊石時，勢必對鉆進工作造成不利影響，此時如果單純采取強硬手段，會導致設備損壞、鉆頭報廢。因此應該考慮改變鉆進工藝，改用沖擊鉆，先利用吸泥機吸收掉孔洞內富余的泥漿，有效減輕鉆頭的緩沖阻力，提升其沖擊力，合理利用鉆頭有效沖程和沖擊次數。與旋挖鉆機樁基施工相比，沖擊鉆施工效率較劣，待花崗巖、玄武巖及大而硬的塊石地層地段穿透施工結束后，即可改回旋挖鉆機施工[5]。

旋挖鉆機樁基施工就位快速，機動性強，更換便捷，廣西松旺至鐵山港東岸高速公路樁基施工應充分利用其技術優勢，結合工程地質條件，靈活選擇應對策略，從而確保施工過程中各類突發情況的有效解決。

2.3.4 鋼筋籠的安裝

在安裝鋼筋籠之前必須徹底檢查鋼筋籠可能出現形變的部位，如遇彎曲和逆轉等初期形變，必須采取有效措施矯正回位后才能使用。鋼筋籠安裝之前必須重新測量，精準定位，防止偏位的發生，之后緩緩下放，防止對護壁的破壞。在鋼筋籠下放過程中還必須充分考慮鋼筋籠保護層的厚度，保護層厚度與其吊裝質量有關，而其吊裝質量又直接關系著灌注樁的施工質量。

2.3.5 水下混凝土的灌注

導管質量和水密性等各項參數均應符合設計規范，導管埋深保持在5～8 m，同時嚴格控制混凝土配比，骨料形狀和粒徑等均應達到要求，并采取有效措施預防混凝土灌注樁澆筑過程中可能出現的導管堵塞現象。水下混凝土灌注過程應確保連續，如遇突發事件確需暫停，則應盡可能縮短暫停時間;一旦暫停時間超過混凝土的初凝時間，則將導致導管凝固難以拔除，引發斷樁等質量事故。在水下混凝土灌注的過程中，如果出現鋼筋籠上浮現象，則應立即減緩混凝土灌注速率，加快導管提升，直至鋼筋籠達到設計標高，再繼續混凝土灌注過程。

3 結語

與循環鉆機和沖擊鉆機相比，旋挖鉆機在廣西松旺至鐵山港東岸高速公路樁基施工中的應用大大縮短了施工工期，對于單根長度為40 m的鉆孔樁，旋挖鉆機施工比循環鉆機施工節約30 h。鉆孔過程中所撈出的鉆渣能直接通過裝載機的配合運出施工場地，施工場貌和環保要求都能夠達標。此外，旋挖鉆機的履帶式機械結構很少受制于施工場地的地形地貌，使機械倒運時間有效縮短，施工成本降低。本文所提出的旋挖鉆機在廣西松旺至鐵山港東岸高速公路樁基施工中的應用實踐對類似工程具有一定的參考借鑒作用。

參考文獻

[1]鄒正明，夏東華.旋挖鉆機在亳阜高速公路樁基施工中的應用[J].山西建筑，2007（6）：104 -105.

[2]王進，何冰.淺談旋挖鉆樁基施工在KKH二期工程中的應用[J].價值工程，201 7，36（23）：107-108.

[3]韓冰.超長大直徑樁基施工中的旋挖鉆機成孔技術[J].交通世界，2019（8）：110 - 112.

[4]王虎.旋挖鉆機在城市高架橋樁基施工中的應用[J].中國戰略新興產業，2018（40）：244，246.

[5]鄒明輝，甘軾.橋梁樁基工程中旋挖鉆機施工工藝研究[J].交通世界，2018（23）：140 - 141.

作者簡介：陳建榮（1986-），工程師，主要從事公路施工監理工作。