山區高速公路沖積圓礫層旋挖鉆孔質量控制

孫世達

（中交路橋建設有限公司，北京 100027）

由于旋挖鉆鉆孔具有安全、環保、經濟、高效和適用性廣泛的優點，在高速公路建設中應用越來越廣泛。但因旋挖鉆成孔速度快、施工人員缺乏經驗、地質水文情況千差萬別、工藝標準不健全等方面原因，致使質量管理不到位，質量問題頻發。經過調查，旋挖鉆出現的質量問題以孔樁偏位、塌孔、沉渣厚度超標為主。施工中應加強過程控制，預防盲目趕工引起質量問題。

1 工程概況

該互通為單喇叭互通，互通主線長度1.3km，橋梁6座。互通沿斜坡坡腳展布，多次跨越溪流溝谷，主線及匝道設置為20m跨橋梁，橋梁樁基礎以長25m、直徑1.5m的摩擦樁為主，樁基共計369根。主線最小平曲線半徑1000m，最大縱坡3%，豎曲線最小半徑34000m；匝道最小平曲線半徑50m，最大縱坡4%，豎曲線最小半徑723m。因該工程工期緊，樁基工程量大，采用旋挖鉆（工作重量105t）鉆孔施工。

2 工程水文地質條件

該互通區屬于構造侵蝕中低山河谷地貌，斜坡沖溝地形，沖溝縱向呈S型，寬呈U型，寬約40～50m。互通區內無崩塌、滑坡、斷層構造。互通區內覆蓋層主要為第四系全新統沖積成因的圓礫，厚度4～7m，圓礫主要成分為變余砂巖，一般粒徑20～30mm，最大粒徑50mm，含量約占65%，次圓礫狀，磨圓度較好，充填少量角礫及細砂。圓礫層下伏寒武系頁巖和遠古界變余凝灰巖。局部少量地段覆蓋層厚度0.8～2m耕植土、粉質黏土。互通范圍地表水發育，主要為小溪徑流，水位隨季節變化，地下水埋深0.1～4.5m。

3 旋挖鉆施工質量管理

3.1 場地準備控制

旋挖鉆孔場地應平整、堅實，施工作業面坡度不得大于2°。地面不平和場地松軟易造成鉆機在加壓鉆機中桅桿偏斜，進而導致鉆孔傾斜。鉆機就位場地承載力不得低于150kPa，應根據實際設備工作重量和履帶著地面積，計算相應地基承載力要求。施工現場根據實際情況采用換填壓實、硬化地面、鋪設鋼板等方法進行場地處理，確保場地地基承載力滿足要求，防止因施工荷載影響鉆孔護筒偏位、塌孔、垂直度超標等質量問題。

3.2 孔口護筒埋設控制

護筒能夠穩定孔壁、防止塌孔，隔離地表水、保護孔口地面、固定樁孔位置，起到鉆頭導向作用。施工中常出現因回填不密實、地表水沖刷、孔內泥漿長時間浸泡，導致護筒底部坍塌、護筒懸空，以致護筒不均勻沉陷，鉆桿無法找準樁基中心點，施工中不及時糾偏調整，進而導致鉆孔偏位，鉆孔垂直度超標，后續鋼筋籠安裝定位不準確等質量問題。因此護筒埋設質量控制是鉆孔樁偏位、垂直度控制的重中之重。

（1）護筒埋設基本要求：鋼護筒壁直徑大于樁徑20～30cm，護筒中心與樁中心平面位置偏差不大于5cm，護筒在豎直方向的傾斜度不大于1%，護筒頂高于地面30cm。

（2）鋼護筒壁厚、長度選用：旋挖鉆機自重大，孔口土層承受設備自重產生的壓力大，為防止護筒受擠壓變形，選用12mm厚鋼板卷制。綜合考慮施工現場圓礫地層厚度較厚，地下水埋深淺，方便起拔鋼護筒的因素及類似施工經驗，采用2.5m長鋼護筒。

（3）護筒埋設：使用鉆具邊緣壓護筒，不僅會造成鉆桿方頭斷裂，還會出現護筒偏位歪斜，斜度大的護筒會引導鉆桿鉆打斜孔，因此護筒埋設采用挖掘機挖坑埋設。《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50—2011）要求護筒的底部和外側四周應采用黏質土回填并分層夯實。根據施工現場周邊地質情況無可用回填黏土且受機械設備、人員操作等因素影響，施工中采用分層夯實回填難以落實，因此采用C20混凝土進行回填，確保護筒周邊土體穩定牢固。在回填混凝土頂面預埋護樁，可長期保存，及時校正鉆桿位置，既保證了鉆孔精度，也保證了鋼筋籠吊筋定位準確。護筒埋設方法如圖1所示。

圖1 護筒埋設立面圖（單位：cm）

3.3 鉆機開孔

鉆機就位時，將鉆機粗略對中樁位，調平鉆機機身，保證鉆機基座平穩、水平，通過監控板（顯示屏）調垂模式，進行桅桿垂直度校正，桅桿垂直度偏差不超高0.3%。

鉆機就位后鉆頭中心和樁中心應對正準確，誤差控制在1cm內。優先選用短螺旋鉆頭進行開孔，開孔時使螺旋鉆頭尖端正對樁位標注點；采用筒鉆時，根據測量放樣樁位中心點，用白灰畫出樁基輪廓線，使筒鉆正對外輪廓吻合。

開鉆前采用全站儀在正交兩個方向上對鉆桿的垂直度進行檢驗，鉆桿垂直度偏差在1%以內方可鉆進。當鉆頭下放接近地面時，再次控制樁中心點位精度。鉆進過程中，定時利用水平尺觀察鉆桿的垂直度，并利用十字護樁、護筒定時校驗鉆桿偏位情況，發生異常及時調整糾偏。

3.4 護壁選擇

旋挖鉆孔灌注樁按成孔、護壁方法有穩定液濕法作業鉆孔法、套筒跟進作業鉆孔法、干作業鉆孔法。

（1）穩定液濕法作業鉆孔法。穩定液性能要求高，加工和儲運不便，場地安全文明施工管理難度大。旋挖鉆成孔過程中護壁一直受鉆斗刮擦，因不能形成泥皮，護壁性不好，圓礫層中穩定液在孔內容易流失。鉆孔穿越圓礫層后進入巖層，不再需要護壁，而穩定液需要繼續補充，造成穩定液浪費，另外，穩定液溢出造成環境污染。加之地下水位隨降雨影響較大，孔內水位不能保證，塌孔隱患大。

（2）套筒跟進作業鉆孔法。在混凝土灌筑的同時利用搓管機（或履帶吊）起拔鋼護筒，而混凝土灌注需連續快速灌注，增加護筒起拔工序，必將放慢灌注速度，起拔過程中易損傷混凝土，該工藝需配套混凝土泵車、履帶吊等大型設備，對施工場地要求較高，技術工藝要求高，目前該工藝在山區公路橋梁樁基施工中尚不成熟。而采用永久鋼護筒，施工費用很高。

（3）干作業鉆孔法。旋挖鉆在鉆進圓礫層中，反復掃孔緩慢鉆進的方法挖至巖層頂面，然后采用C20混凝土回填，待混凝土達到一定強度后重新鉆孔，可有效防止塌孔事故。

根據經濟性分析，采用泥漿護壁施工最為經濟，套筒跟進次之，永久鋼護筒和混凝土回填方式費用最高，費用出入不大。山區公路橋梁施工優先選用穩定液護壁施工，施工中合理布設沉淀池、泥漿池等加強穩定液指標控制及孔內水位控制，預防塌孔事故，并提高穩定液循環利用率，降低環境污染。

3.5 清孔

旋挖鉆孔樁孔底沉渣主要原因有二：（1）孔內不穩定，鉆具提放刮碰孔壁，鋼筋籠下放刮碰孔壁，導致孔壁塌落掉渣形成；（2）撈渣鉆具泄露，鉆齒布置高度間距造成鉆孔殘留沉渣。因此鉆孔過程中加強孔位垂直度控制，加強穩定液的密度、黏度、含砂率指標控制，鉆具、鋼筋籠應慢提慢放，防止刮碰，鉆孔完成后應采用專用清孔鉆頭進行清孔。

二次清孔是確保樁底沉渣厚度滿足要求的重要工序。采用正循環清孔設備簡單，操作便利，原理是利用泥漿泵泵送穩定液通過密封導管送入孔底，利用穩定液將孔底沉渣懸浮至地面沉淀池中，再經泥漿池循環利用。采用正循環二次清孔工藝后，能夠滿足《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50—2011）“摩檫樁：對于直徑≤1.5m的樁，≤200mm”的要求。正循環二次清孔示意圖如圖2所示。

圖2 正循環二次清孔示意圖

4 結語

旋挖鉆施工在高速公路橋梁樁基的施工運用越來越廣泛，施工前應細化施工方案，分析研討地質水文資料，必要時進行試樁，總結成孔工藝參數，為后續順利開展提供可靠依據。旋挖鉆施工中樁位、垂直度、塌孔、沉渣控制是施工質量管理的重點，施工過程中應不斷總結，提出可靠的通病治理措施，不斷提高旋挖鉆在公路建設中橋梁樁基施工的作用。