旋挖鉆施工技術(shù)在橋梁樁基工程中的應(yīng)用

文／贛南交通建設(shè)工程有限公司 賴海英

贛州市公路管理局直屬分局 楊靜

關(guān)鍵字:旋挖鉆；橋梁工程；樁基施工；應(yīng)用

1 旋挖鉆施工技術(shù)概述

旋挖鉆機(jī)成孔施工技術(shù)將具有閉合性能的鉆斗連接在鉆桿柱底端，且鉆斗底部和側(cè)面均附帶有耙齒等切削工具，鉆斗在鉆具機(jī)械自重及鉆機(jī)所施加工作壓力下其鉆齒不斷切入土層，鉆桿在動(dòng)力頭的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，并通過回轉(zhuǎn)力矩使鉆頭發(fā)生同步性回轉(zhuǎn)，切削和挖掘土層的同時(shí)，將所產(chǎn)生的土渣自動(dòng)盛入鉆斗內(nèi)。待鉆斗盛滿后通過鉆機(jī)提升裝置和鉆桿伸縮裝置將鉆頭提出鉆孔外卸土，通過不斷的取土、卸土，最終達(dá)設(shè)計(jì)深度，完成樁孔旋挖。

2 工程概況

起訖里程樁號(hào)K0+464.5 ～K0+571 的主線橋主要為連接已有高速公路段而修建，橋梁全長(zhǎng)106.5m，寬2*12.5m，雙向四車道設(shè)計(jì)，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T 梁，下部則按柱式墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。本橋梁工程位于低山丘陵地帶，區(qū)域內(nèi)地形較為平坦開闊，唯一一處坡度20 ～30°的丘坡體位于樁號(hào)K0+497.2 左側(cè)，橋位區(qū)內(nèi)地面高程190 ～203.4m，高差相對(duì)值13.4m，橋位軸線所經(jīng)地面設(shè)計(jì)標(biāo)高192.5 ～195.4m。地勘資料顯示，橋址區(qū)主要為上覆第四系沖洪積土層和下伏石炭系大塘組粉砂巖夾層。

3 施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 護(hù)筒埋設(shè)

進(jìn)行旋挖鉆施工前，必須根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求及樁基情況制作鋼護(hù)筒，并預(yù)埋于指定區(qū)域，嚴(yán)格控制鋼護(hù)筒和地面的距離與垂直度。本橋梁工程采用的鋼護(hù)筒直徑1500mm、長(zhǎng)6m、護(hù)筒壁厚12mm，在護(hù)筒埋設(shè)前必須進(jìn)行測(cè)量放樣，挖掘機(jī)填土后通過鉆機(jī)將護(hù)筒放置于設(shè)計(jì)位置，再下壓處理，護(hù)筒埋設(shè)過程中，應(yīng)加強(qiáng)其尺寸和質(zhì)量的全面控制，使護(hù)筒中心線和鉆頭中心線完全重合后，通過垂球檢測(cè)垂直度，并全面檢測(cè)鋼護(hù)筒平整度、垂直度，其底層結(jié)構(gòu)連接的有效性及側(cè)壁與底部的密封性[2]，確保其各項(xiàng)參數(shù)取值均符合設(shè)計(jì)要求。為便于回填夯實(shí)，護(hù)筒基坑高度必須超出護(hù)筒外徑40 ～100cm，埋設(shè)后的護(hù)筒平面偏差不應(yīng)超過5cm，垂直度偏差應(yīng)控制在1%以內(nèi)，且護(hù)筒頂面應(yīng)高出原地面0.3m，高出地下水位2.0 ～2.5m。

3.2 泥漿配置

旋挖鉆機(jī)施工速度較快，且施工土層具有易坍塌性，在施工過程中為保證土層密實(shí)度及整體施工效果，要求泥漿護(hù)壁速度要快，為此必須加強(qiáng)泥漿質(zhì)量控制。本工程所采用的泥漿中結(jié)構(gòu)物摻加比為膨潤(rùn)土9%，羧酸基纖維0.03%、純堿（Na2CO3）0.5%。按照此比例所配置的泥漿相對(duì)密度為1.06g/cm3，pH值為9.1，粘度為20s，失水率30.6mL/h，性能最佳（見表1），且在旋挖施工過程中會(huì)迅速在護(hù)筒內(nèi)壁形成2mm 厚度的乳狀泥皮，沉淀厚度符合設(shè)計(jì)要求且無需清孔[3]。一次性使用泥漿施工成本較高，為此應(yīng)加強(qiáng)泥漿回收利用，將鉆孔內(nèi)所排出的泥漿收集后儲(chǔ)存于預(yù)備池，并按照上述結(jié)構(gòu)物摻加比例重新配置泥漿，待質(zhì)量檢測(cè)達(dá)設(shè)計(jì)要求后投入使用。

表1 泥漿性能指標(biāo)及測(cè)試要求

3.3 鉆孔及清孔施工

3.3.1 鉆孔

首先保證鉆孔安裝位置牢固可靠，避免鉆孔施工過程中可能發(fā)生的側(cè)移，還應(yīng)在鉆孔前確保鉆進(jìn)位置準(zhǔn)確及鉆頭的垂直度。在鉆孔開始時(shí)待主鉆桿進(jìn)入到鉆孔位置應(yīng)通過鋼絲繩將鉆頭吊住，保證鉆進(jìn)速度和位置準(zhǔn)確，待鉆進(jìn)至護(hù)筒位置還應(yīng)逐步加強(qiáng)下壓，并根據(jù)所處地層地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)技術(shù)要求調(diào)整鉆速：硬質(zhì)土層應(yīng)適當(dāng)加快鉆速，以保證鉆進(jìn)施工效果，砂質(zhì)土層則應(yīng)放緩鉆速，防止出現(xiàn)坍塌。此外，對(duì)于砂質(zhì)土層形式，還應(yīng)在鉆進(jìn)施工前將纖維組織填入護(hù)筒結(jié)構(gòu)內(nèi)，增剛強(qiáng)度，保證施工效果。

鉆進(jìn)施工全過程中，都應(yīng)將回轉(zhuǎn)斗底盤閉合，放置施工地層內(nèi)土體進(jìn)入孔內(nèi)，影響和改變泥漿比例。此外，還應(yīng)根據(jù)鉆機(jī)進(jìn)洞速度調(diào)節(jié)鉆斗的升降速度，以避免鉆速不符合地層地質(zhì)條件要求而影響施工效果。除考慮鉆進(jìn)尺寸、鉆速等施工參數(shù)外，還應(yīng)基于地層結(jié)構(gòu)形式尺寸加強(qiáng)鉆頭選擇。根據(jù)旋挖機(jī)進(jìn)行斗體尺寸預(yù)估，并確保其尺寸為鉆頭高度的3/4，若所選鉆頭過大，進(jìn)尺超出預(yù)定尺寸，則容易出現(xiàn)卡滯，引發(fā)安全事故；若鉆頭尺寸過小，則會(huì)無法達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)尺，導(dǎo)致重復(fù)施工和成本增加。

鉆進(jìn)時(shí)必須將鉆錐和鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心，開啟鉆機(jī)后通過液壓傳動(dòng)系統(tǒng)鉆錐葉片便會(huì)將鉆孔內(nèi)泥土旋挖至鉆錐的鉆斗內(nèi)，再通過鉆機(jī)掏渣手柄便能提升鉆渣，通過回轉(zhuǎn)裝置的相應(yīng)操作，便能將鉆錐筒移動(dòng)至相應(yīng)的棄渣位置。將鉆桿裝置下壓并使鉆錐底部觸銷上頂后頂起葉片，棄落渣土，完成鉆孔施工。將履帶式鉆機(jī)移至下一樁位，調(diào)整鉆機(jī)對(duì)中裝置并使其對(duì)準(zhǔn)樁位中心控制點(diǎn)，并調(diào)整好鉆桿垂直度及鉆機(jī)就位后，繼續(xù)開始下一鉆孔施工。鉆進(jìn)施工過程中，還應(yīng)安排技術(shù)人員檢測(cè)和記錄實(shí)際施工數(shù)據(jù)，確保各項(xiàng)參數(shù)取值均符合設(shè)計(jì)要求。

3.3.2 清孔

鉆孔完成后，還應(yīng)進(jìn)行鉆孔的清洗和檢測(cè)，本工程采用換漿法進(jìn)行清孔，清孔過程中必須保證孔內(nèi)水位處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，通過清孔以徹底清除鉆渣，減少孔底沉淀層厚度，保證樁底所存留沉渣樁的承載力。下入鋼筋籠后再檢測(cè)孔底沉渣厚度，如果厚度超過設(shè)計(jì)技術(shù)要求，則應(yīng)吊起鋼筋籠，再通過旋挖鉆機(jī)二次清孔，直至泥漿及孔底沉渣各項(xiàng)指標(biāo)完全符合規(guī)范及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。本工程禁止通過加深孔底深度的方式代替清孔，待泥漿相對(duì)密度達(dá)1.05 ～1.10g/cm3，含砂率不超過4%，膠體率不低于95%，pH值在8～10，沉渣厚度不大于20cm后清孔結(jié)束。

3.4 鋼筋籠安裝及水下混凝土澆筑

3.4.1 鋼筋籠安裝

本工程鋼筋籠長(zhǎng)度過長(zhǎng)，必須分節(jié)下放、孔口焊接，將保護(hù)墊塊按照2m 的豎向間距設(shè)置在鋼筋籠骨架外側(cè)。采用三點(diǎn)式進(jìn)行鋼筋籠吊裝，在入孔過程中應(yīng)始終保持垂直狀態(tài)，并確保籠軸線重合，防止鋼筋籠碰撞孔壁，如下放過程中遇阻，必須盡快查明原因，下放過程必須平穩(wěn)緩和，嚴(yán)禁晃動(dòng)和強(qiáng)壓。吊裝過程中應(yīng)先將下一節(jié)鋼筋籠吊掛在孔口，吊起第二節(jié)鋼筋籠后與之焊接，逐節(jié)依次操作并下放，在焊接前還必須校正各節(jié)主筋位置，確保焊接后鋼筋籠安裝尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

3.4.2 水下混凝土澆筑

安裝好鋼筋籠后盡快下放導(dǎo)管以進(jìn)行混凝土澆筑，本工程所使用混凝土材料和易性較好，塌落度為180 ～220mm，首批混凝土澆筑數(shù)量必須能滿足導(dǎo)管首次埋設(shè)深度和底部填充的需要，本工程導(dǎo)管底部與孔底距離30 ～50cm。混凝土澆筑過程應(yīng)當(dāng)連續(xù)，如遇問題需要暫停，則中斷時(shí)間應(yīng)控制在30min 以內(nèi)，導(dǎo)管埋深應(yīng)在2～5m，混凝土澆筑樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)值0.8～1.0m。此外，還應(yīng)加強(qiáng)澆筑過程中泥漿的回收和循環(huán)利用，減少損失，節(jié)約成本。

4 結(jié)論

旋挖鉆機(jī)施工技術(shù)在本橋梁工程中的應(yīng)用表明，其能有效改善橋梁鉆孔施工工效，提升成孔質(zhì)量，節(jié)約施工工期和成本。本工程竣工后對(duì)樁基進(jìn)行的超聲波無損檢測(cè)結(jié)果表明，混凝土結(jié)構(gòu)均勻性良好，且無縮徑、夾層及端樁等質(zhì)量問題，成樁合格率100%。該技術(shù)在橋梁樁基工程中的應(yīng)用能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。