旋挖鉆成孔技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及在橋梁樁基工程中的應(yīng)用

王 佳

(中交路橋北方工程有限公司，北京 012564)

0 前 言

旋挖鉆成孔技術(shù)主要依靠旋挖鉆機(jī)工作。與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)相比，旋挖鉆機(jī)能夠自由行走，在桅桿變幅機(jī)構(gòu)的幫助下，旋挖鉆機(jī)可快速移動(dòng)，在最短時(shí)間內(nèi)完成與樁位的對(duì)接。同時(shí)，在桅桿的指引下，鉆桿下放，通式鉆頭被放置在孔位處，并啟動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力頭裝置，施工人員尤其要注意扭矩和加壓裝置的安裝。安裝完成后加壓，使得鉆桿鉆頭獲得加壓力。此時(shí)，鉆頭在壓力的作用下將巖土擊破，并將巖土收入鉆頭中。鉆頭在鉆機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿的作用下提出孔外，并將巖土卸掉。施工人員反復(fù)重復(fù)上述操作，直到鉆孔與設(shè)計(jì)深度一致。

1 工程概況

本文選取四川省遂寧市農(nóng)村公路路網(wǎng)建設(shè)一期項(xiàng)目為主要研究對(duì)象。該項(xiàng)目的起點(diǎn)為遂寧市船山區(qū)滬蓉高速遂寧出口紅涪收費(fèi)站，選取路段為唐家鄉(xiāng)至黃連沱路段。該路段的總長(zhǎng)度約3 km，首先與K0+230處現(xiàn)狀道路平交，最后與S205平交。

2 旋挖鉆成孔樁的優(yōu)點(diǎn)

旋挖鉆成孔樁不僅具有較快的成孔速度，成孔的質(zhì)量也很優(yōu)良。在以往的公路橋梁樁基施工過(guò)程中，施工人員大都采用效率低下的循環(huán)鉆機(jī)或沖擊鉆機(jī)工作。例如在苛臨高速公路橋梁施工過(guò)程中，施工人員主要采用循環(huán)鉆機(jī)施工。以直徑和深度分別為1.5 m和30 m的樁為例，循環(huán)鉆機(jī)至少需要2天才能完成一個(gè)孔的鉆挖。不僅如此，由于鉆孔所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，樁內(nèi)極有可能會(huì)出現(xiàn)塌孔的情況。如果塌孔嚴(yán)重，施工人員需回填重新鉆孔。在施工環(huán)境相同的情況下，如果使用三一SR280型旋挖鉆施工，則會(huì)大大節(jié)省施工時(shí)間。

一般來(lái)說(shuō)，如果要完成相同孔徑和深度的鉆孔，三一SR280型旋挖鉆所需時(shí)間最多為8 h，工效約為循環(huán)鉆機(jī)的20倍。以直徑和深度分別為1.5 m和40 m的樁為例，循環(huán)鉆機(jī)鉆孔的時(shí)間至少為20天，沖擊反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔的時(shí)間至少為7天，而旋挖鉆機(jī)只需5 h就能完成鉆孔。與沖擊反循環(huán)鉆機(jī)相比，旋挖鉆機(jī)的工效約為它的30倍。旋挖鉆機(jī)還具有較為突出的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)循環(huán)鉆機(jī)相比，旋挖鉆機(jī)不僅不會(huì)在工作過(guò)程中產(chǎn)生大量泥漿，而且還能對(duì)泥漿循環(huán)使用。此外，旋挖鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)還在于它行走方便、移動(dòng)快速。由于本身存在履帶，旋挖鉆機(jī)能夠不借助外力自行移位。傳統(tǒng)的鉆機(jī)則必須依靠吊車才可進(jìn)行移位，且移動(dòng)速度非常緩慢。對(duì)位時(shí)，操作員在先進(jìn)電子設(shè)備的引導(dǎo)下精準(zhǔn)、快速地完成定位，并迅速進(jìn)入最佳的鉆進(jìn)狀態(tài)。旋挖鉆機(jī)的鉆頭可以根據(jù)地層環(huán)境的不同進(jìn)行相應(yīng)的更換，因而能夠在不同的地質(zhì)條件中使用。除黏土、軟巖以及卵石層外，旋挖鉆機(jī)甚至能夠在堅(jiān)硬巖層中使用。

3 樁基施工

在此次施工過(guò)程中，橋梁樁基的數(shù)目為236根，具體包括樁徑Φ1.5 m樁基、Φ2.0 m樁基和Φ2.2 m樁基，數(shù)量分別為48、152、36根。其中樁長(zhǎng)最長(zhǎng)的為黃連沱特大橋，長(zhǎng)度約為26 m。在充分考慮地質(zhì)情況的前提下，施工人員決定采用SR360Ⅲ型旋挖鉆機(jī)鉆孔。施工時(shí)，施工人員嚴(yán)格把控泥漿指標(biāo)，留存好渣樣，做好地質(zhì)比對(duì)。另外，樁基鋼筋籠的安裝、水下混凝土的澆筑以及導(dǎo)管的埋深同樣是施工過(guò)程中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。

具體施工工藝如圖1所示。

圖1 鉆孔灌注樁施工工藝流程圖

3.1 測(cè)量放樣

根據(jù)全站儀確定樁位的測(cè)量和擺放[1]。樁位確定后，應(yīng)在樁位中心位置處插入鋼筋。施工人員應(yīng)將控制樁合理打在樁位中心的各個(gè)方向上，同時(shí)利用砂漿固定好。在進(jìn)行下道工序之前，施工人員應(yīng)反復(fù)核查，確保樁位中心符合要求。

3.2 埋設(shè)護(hù)筒、鉆機(jī)就位

1)埋設(shè)護(hù)筒。護(hù)筒不僅能夠保持孔口穩(wěn)定，還能保證定位，因而具有十分重要的作用。埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，為了保證護(hù)筒底部不受成孔沖擊而產(chǎn)生塌孔問(wèn)題，施工人員應(yīng)采用紅黏土夯實(shí)護(hù)筒四周。護(hù)筒的埋設(shè)方法主要為挖坑法。護(hù)筒埋深不得低于2 m，也不得超過(guò)3 m。護(hù)筒埋設(shè)示意圖如圖2所示。

圖2 護(hù)筒埋設(shè)示意圖(單位：cm)

2)鉆機(jī)就位。鉆機(jī)就位前，施工人員應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查和審核，確認(rèn)檢查無(wú)誤后方可就位。埋設(shè)護(hù)筒的工作完成后，施工人員移動(dòng)旋挖鉆機(jī)，使之到達(dá)鉆孔作業(yè)處。此時(shí)，旋挖鉆機(jī)的顯示器能夠清晰地展現(xiàn)出鉆桿的工作場(chǎng)景。手動(dòng)調(diào)垂和自動(dòng)調(diào)垂是鉆桿調(diào)垂的兩種基本方式。當(dāng)鉆桿在相對(duì)零位前后5°的范圍外時(shí)，一般采用手動(dòng)調(diào)垂。而當(dāng)鉆桿在上述范圍內(nèi)時(shí)，一般采用自動(dòng)調(diào)垂。

3.3 泥漿制備

泥漿的制備材料為膨潤(rùn)土和水。選擇膨潤(rùn)土作為泥漿制備的材料主要是因?yàn)樗哂幸幌盗械膬?yōu)點(diǎn)，如相對(duì)密度低、穩(wěn)定性高、鉆進(jìn)率高、造漿能力強(qiáng)等。配制過(guò)程中，施工人員不僅要配制和攪拌好泥漿，還需對(duì)配制完成的泥漿進(jìn)行試驗(yàn)。一般情況下，膨潤(rùn)土的用量應(yīng)為水的8%，黏質(zhì)土可稍微降低用量至5%。如果膨潤(rùn)土的質(zhì)量較差，則其用量占水的比重應(yīng)上升至12%。在放入泥漿池之前，泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)均需符合規(guī)范。

3.4 鉆進(jìn)成孔

鉆孔過(guò)程中，施工人員首先把鉆斗著地，然后按下清零按鈕，接著將鉆頭的原始位置記錄下來(lái)。完成上述操作后，施工人員打開泥漿泵，使泥漿不斷進(jìn)入孔內(nèi)，從而獲得一定數(shù)量的泥漿。泥漿數(shù)量符合要求后，施工人員對(duì)鉆桿和鉆頭加壓，往深處鉆孔，并取出巖土。鉆斗被裝滿后，施工人員將其提出，并轉(zhuǎn)移到棄土指定點(diǎn)。相關(guān)工作人員對(duì)這部分棄土進(jìn)行裝載、清運(yùn)和處理，在一定程度上減少了水土流失和農(nóng)田污染。

3.5 成孔檢查、清孔

1)驗(yàn)孔。檢孔器是專門用來(lái)檢查孔徑的器具。它的主要制作材料為Φ25鋼筋。與樁直徑相比，檢孔器的外徑要大得多，約為樁直徑的4倍。檢測(cè)過(guò)程中，檢孔器在吊車的作用下被吊起。檢孔器中心、孔中心及起吊鋼絲繩保持一致[2]。隨后，施工人員將檢孔器放置到孔內(nèi)。如果放置過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生遇阻的情況，則說(shuō)明孔徑不小于設(shè)計(jì)樁徑；如果放置過(guò)程中產(chǎn)生了遇阻的情況，則說(shuō)明遇阻部位存在縮徑或孔斜現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，施工人員應(yīng)及時(shí)查找出問(wèn)題原因，并制定相應(yīng)的策略進(jìn)行消除。

表1為鉆孔樁鉆孔允許偏差和檢驗(yàn)方法。

表1 鉆孔樁鉆孔允許偏差和檢驗(yàn)方法

2)清孔。需要注意的是，清孔前對(duì)鉆孔進(jìn)行檢查是必不可少的。檢查的具體內(nèi)容既包括鉆孔的孔徑，又包括孔深和垂直度。清孔完成后，施工人員檢測(cè)沉渣厚度，此時(shí)的沉渣厚度應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)<設(shè)計(jì)要求。

清孔主要采用換漿法。實(shí)施清孔主要是為了使相關(guān)指標(biāo)與要求規(guī)范相符，如孔底沉渣指標(biāo)、泥漿相對(duì)密度指標(biāo)等。清孔的具體要求如下：用手摸排出鉆孔中的泥漿，泥漿中不含有較大顆粒；泥漿的比重控制在1.03以上，1.1以下；含砂率不超過(guò)2%等。

3.6 鋼筋籠制作、運(yùn)輸及安裝

1)鋼筋加工、鋼筋籠制作。首先，施工人員應(yīng)明確焊接豎向主筋的準(zhǔn)確位置，并在環(huán)向加勁箍筋上做好標(biāo)記。其次，將3根豎向主筋固定在鋼筋籠的制作胎架上，并在豎向主筋上焊接加勁箍筋。完成上述操作后，施工人員準(zhǔn)備好特制的鋼筋掛鉤，掛鉤的數(shù)量為3組或4組，長(zhǎng)度與主筋間距保持一致。接著在加勁箍筋上確定待焊主筋的位置，并以相同的方式定位和焊接其余豎向主筋。

2)鋼筋籠運(yùn)輸與安裝。25t吊車在吊裝鋼筋籠的施工中比較常見，吊裝方法主要為三點(diǎn)起吊。施工人員應(yīng)盡量保證鋼籠在下放過(guò)程中的穩(wěn)定性，避免與孔壁發(fā)生碰撞。下放骨架時(shí)，如果骨架到達(dá)鋼筋籠頂部的加勁箍處時(shí)，施工人員利用厚壁鋼管穩(wěn)定骨架，隨后再以同樣方法起吊下一節(jié)。施工人員確保軸線和第一節(jié)對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確，再將鋼筋接頭連接起來(lái)。按同樣的方法繼續(xù)操作，直到完成全籠的安裝。

3.7 導(dǎo) 管

1)導(dǎo)管選擇。導(dǎo)管的選擇應(yīng)符合相關(guān)要求，具體的要求如下：內(nèi)徑Φ30 cm，壁厚超過(guò)6 mm，以鋼管為主，每節(jié)長(zhǎng)度在2～3 m。除必要的長(zhǎng)管外，施工人員還應(yīng)準(zhǔn)備長(zhǎng)度分別為0.5、1.0 m的短管。

2)導(dǎo)管水密性試驗(yàn)。導(dǎo)管水密性試驗(yàn)是導(dǎo)管使用前的必要步驟。試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)水壓不小于孔內(nèi)水深的1.4倍。

3)導(dǎo)管安裝。導(dǎo)管安裝既要逐節(jié)取用，又要測(cè)量每一節(jié)導(dǎo)管的實(shí)際長(zhǎng)度。安裝過(guò)程中，施工人員按順序?qū)?dǎo)管編號(hào)，同時(shí)做好相關(guān)記錄，這樣施工人員就能更好地控制混凝土灌注過(guò)程中埋管的深度?？咨詈凸ぷ髌脚_(tái)高度會(huì)在一定程度上對(duì)導(dǎo)管的長(zhǎng)度造成影響。澆筑混凝土之前，施工人員應(yīng)注意導(dǎo)管的升降試驗(yàn)，使充滿混凝土的導(dǎo)管的總重量及摩擦力與導(dǎo)管升降能力相符。

3.8 灌注水下混凝土

首次灌注混凝土的過(guò)程中，施工人員一般采用剪球法操作[3]。灌注之前，應(yīng)按要求合理放置和固定球。球的放置位置一般為孔內(nèi)水面以上0.4 m左右的導(dǎo)管內(nèi)。灌注混凝土需要達(dá)到兩個(gè)條件：一是混凝土存量與首灌方量相符，二是施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土罐車儲(chǔ)存最少要有8 m3混凝土。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的混凝土不能直接灌注，應(yīng)先檢測(cè)，確認(rèn)質(zhì)量合格后方可使用。

3.9 樁頭鑿除及樁檢

樁頭的鑿除主要依靠“七步法”工藝?！捌卟椒ā惫に嚨木唧w流程如下：①樁頂標(biāo)高并合理設(shè)置切割線，利用切割機(jī)進(jìn)行環(huán)切；②人工開鑿缺口；③將風(fēng)鎬與缺口上側(cè)鋼筋外保護(hù)層分離開；④調(diào)整鋼筋位置，使其向外部微微側(cè)彎；⑤加鉆頂斷；⑥提出樁頭，鑿除樁頂混凝土，直到樁頭微微凸起；⑦將樁頂用清水清洗干凈。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，橋梁樁基的施工以旋挖鉆成孔技術(shù)為主。在整個(gè)工程項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，施工人員仔細(xì)設(shè)計(jì)、小心推敲、嚴(yán)格執(zhí)行，使得工程質(zhì)量得到了業(yè)內(nèi)人員的一致認(rèn)可，具有廣泛的發(fā)展前景。

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