旋挖鉆機在厚層富水砂卵石地層施工工藝研究

劉帆

（中交路橋北方工程有限公司,北京 101100）

引言

砂卵石地層中,顆粒間密度低、透水性高、磨耗程度深,由于該類地層穩定性不足,容易在施工期間發生多種意外狀況,如塌孔、縮孔等,都會降低成孔工藝的實施質量,繼而影響工程整體的建設效果。所以,探討關于砂卵石地層的鉆孔作業,具有現實意義。

1 工程概況

羊安高架特大橋起點位于四川省新津縣永興村境內,終點止于四川省邛崍市牟禮鎮龍鳳村境內,標段內橋梁樁號范K14+700-K18+915.14,全橋共計4 215.14 m。全橋樁基共計582 根,其中先期開工段樁基（52#-70#）共計76 根,為直徑φ2.0 m 樁基；其余直徑φ1.8 m 樁基494 根,直徑φ1.3 m 樁基12 根。

圖1 Φ1.8 m 樁基一般構造圖

樁基采用C35 水下砼,所需鋼筋有帶肋鋼筋φ28、φ25、φ20、φ26、φ14,光圓鋼筋φ12。所需聲測管為φ57×3 mm 鋼管,套管為φ70×6 mm 鋼管,鋼板為φ76×10 mm 鋼板。

2 旋轉挖機成孔施工技術分析

2.1 施工工藝

施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

2.2 整體施工技術說明

2.2.1 工前準備

（1） 熟悉設計文件。技術員需了解圖紙內容,對施工人員進行安全技術交底,要求施工人員明確設計意圖,了解樁孔位置地層情況。

（2） 測量放線,采用全站儀或GPS 對樁基位置進行放樣,并做好樁孔護樁,并避免護樁丟失或施工影響護樁。

（3） 完成各項試驗準備工作,對進場原材料進行試驗檢測,確保其性能,奠定高質量施工的基礎,同時準備充足的膨潤土、燒堿及纖維素。

（4） 平整作業面,清除表面軟土,保證旋挖鉆機站位穩定。避免因鉆機或鉆桿傾斜造成樁孔垂直度偏差超過規范要求。

（5） 混凝土采用自建的雙HZS120 拌合站供應,我部已完成混凝土配合比設計及驗證工作,混凝土配合比見表1。

表1 本項目所使用混凝土配合比

2.2.2 制備泥漿

鑒于旋挖鉆機運行狀態對地層結構的干擾程度不大,一般情況下采用膨潤土泥漿護壁即可保障現場施工安全。但針對砂卵石地層,由于極易發生塌孔,我部通過設置多套鋼泥箱（尺寸6.25 m×2.5 m×2 m）,既環保也有利于泥漿比重控制,現場準備制備泥漿的膨潤土、燒堿及纖維素,通過樁基鉆孔施工及模擬試驗得出,針對稍密砂卵石層,按照水：纖維素：膨潤土：燒堿=100:0.03：1.45:0.045 的比例配制泥漿,能夠較好的保證孔壁穩定,同時孔內泥漿比重也在1.05～1.1 之間,能夠很好地便于后續混凝土澆筑作業。

泥漿的配合比和配制方法通過試驗確定,其性能應與鉆孔方法、土層情況相適應,鉆孔施工中泥漿各種性能指標見表2。

表2 泥漿性能指標

2.2.3 鉆機就位

旋挖鉆機可借助履帶移動到標定孔位處,將鉆桅調垂,目前施工優先考慮采用自動桅桿調節裝置系統,此模式鉆機操作者可自行調節,在桅桿調節完畢后,鉆頭尖端對準孔位中心點,最后測量人員再進一步核對確認,保證鉆機就位準確。對于鉆桿偏斜問題的處理,相關人員可檢查軸承間隙,如果間隙超過2 mA,則說明發生超差。另外,還可測量電流,保持桿體不動的前提下,測量傾斜缸電磁閥對應輸入電流,一般不能超過200 mA。

2.2.4 埋設護筒

在平整作業面后,測量員準確放出孔位中心點,并在施工現場打設引出保護樁,現場組織埋設護筒。此處所用護筒8 mm 鋼板制成,其內徑較設計樁徑大20 cm,整體高度是2.3 m。在質量控制方面的,護筒埋設后,在其周邊分層填筑黏土并用挖掘機壓實,并在護筒與地面接觸位置設置向外不小于2%的橫坡,避免下雨護筒與原地面接觸位置積水,影響護筒穩定。現場埋設作業期間,全程查看護筒定位情況,確保護筒中心線與水平面垂直,使護筒中心基本與樁位中心重合,其偏差不大于5 cm,傾斜度不大于1%[3]。另外,護筒高度需超出地表30 cm 左右。

2.2.5 鉆孔施工

現場鉆孔時,讓鉆斗落地并使其尖部對上孔位中心點,鉆孔過程中盡可能控制其偏差在2 cm 以內,而后啟動設備開鉆。對于軟弱地層,能直接選擇桶鉆鉆進,直到鉆斗內進入大量渣土后,把其提出來,通過回轉手柄,將機器移動至棄渣區域,開啟鉆頭活門,把內部渣土全部倒出。鉆渣清理好后,將活門關閉,安上旋轉體,鉆機回到原位后,重復以上施工動作。遇到弱風化巖層,應先令旋轉鉆頭挺近一段距離,換成桶鉆清理渣土。在施工期間,為保障成孔質量,在停機檢修與班組交接之后,應重新對準鉆頭位置。

鉆孔過程應詳細記錄施工進展情況,包括時間、標高、檔位、鉆頭、進尺情況等。每鉆進2 m（接近設計終孔標高時,應每鉆進0.5 m）或地層變化處,應在出渣口撈取鉆渣樣品,洗凈后收進專用袋內保存,標明土類和標高,以供確定終孔標高。施工過程中需有效把控鉆斗垂直運動的速度,相關技術參數見表3。

表3 旋挖鉆機的平均鉆進速度

對于施工鉆孔異常的處理控制,比如鎖孔,可把鉆頭移動至偏孔位置,實施多次掃孔,指導孔洞完全正直。如果出現明顯彎空域探頭石,需要借助小片石或是卵石,和黏土緩和起來,回填到相應位置,等到填料完全沉實后,才能進行鉆孔糾偏。

2.2.6 成孔清孔

2.2.6.1 成孔檢查

鉆機鉆進到設計高程后,對樁孔進行檢驗。在該作業環節中,可自制探孔裝置檢測孔徑,檢孔器對中后在孔內靠自重下沉,不借助其他外力順利下至孔底,不停頓,證明鉆孔符合規范及設計要求,如不能順利下至孔底時,用鉆機鉆頭上下反復掃孔,進行擴孔處理。檢孔器制作必須滿足規范要求,檢孔器的外徑為被檢樁孔的直徑,檢控器長度控制6 m 左右。

2.2.6.2 清孔

成孔檢查合格后立即進行第一次清孔,清孔優先考慮采用換漿法清孔,即用新拌制泥漿置換孔內高濃度泥漿,使孔內泥漿比重、粘度、含砂率等指標滿足灌注水下混凝土的需要。清孔時必須保持孔內水頭高度,防止坍孔,嚴禁采用加深樁長的方式代替清孔。清孔的目的是清除鉆渣和沉淀層,盡量減少孔底沉淀厚度,防止樁底存留過厚沉渣而降低樁的承載力。

清孔后樁底沉淀土厚度對于端承樁不得大于5 cm,對于摩擦樁清孔后樁底沉淀土厚度不得大于10 cm。清孔后泥漿指標相對密度：1.03～1.10；黏度：17～20 Pa.s；含砂率＜2%；膠體率：＞98%。

2.2.7 鋼筋籠制作及安裝

2.2.7.1 鋼筋籠制作

鋼筋籠由鋼筋加工場采用全自動滾焊機加工,由場地桁吊吊裝至鋼筋炮車上,運到施工現場后由吊車逐段吊裝,主筋連接采用滾軋直螺紋接頭連接,檢測管采用鉗壓式套管連接。

為了保證鋼筋籠的加工精度,鋼筋籠采用全自動滾焊機加工,箍筋采用CO2氣體保護焊。鋼筋籠滾焊機示意圖見圖3。

圖3 鋼筋籠制作（滾焊機）

2.2.7.2 鋼筋籠的運輸安裝

鋼筋籠通過平板車運至現場,運輸過程中應使鋼筋籠全部支撐在平板車上,防止運輸過程變形。吊裝使用汽車吊以三點式吊裝,過程中檢查吊鉤的連接是否牢固。鋼筋籠吊裝下放見圖4。鋼筋籠頂部第一個吊點為距離鋼筋籠頂端約1 m～2 m 位置,第二個吊點為距離第一個吊點約1 m～2 m 位置,鋼筋籠底端吊點為距離鋼筋籠底端約2 m～4 m 位置,以確保鋼筋籠在吊裝過程中的整體穩定。

圖4 鋼筋籠吊裝、下放示意

2.2.8 混凝土灌注

二次清孔后,及時進行混凝土澆筑。

混凝土罐車將混凝土運輸至現場后,由汽車吊配合料斗及導管進行混凝土澆筑,首批灌注混凝土數量應滿足導管埋深≥1 m 的需要,導管下口至孔底的距離為0.25 m～0.4 m[5]。混凝土澆筑過程中及時測探孔內混凝土面高度,導管埋深宜控制在2 m～6 m。混凝土灌注到達鋼筋籠底部時,適當放慢灌注速度,減小混凝土的沖擊力,防止鋼筋籠上浮,當混凝土拌和物上升到骨架底口4 m 以上時,提升導管,使其底口高于骨架底口2 m 以上,即可恢復正常澆筑速度。導管要緩慢提升,防止鉤掛鋼筋籠。樁基混凝土灌注應緊湊、連續進行,不得中途停頓。

3 結論

綜上所述,通過技術研究及施工控制,旋挖鉆機可在厚層富水砂卵石地層中合理運用,切實簡化鉆孔作業過程,加快樁基施工進度。整體來看,在使用此項鉆孔工藝中,要格外關注鉆孔定位的準確度,保證孔內水位及泥漿性能指標,尤其是合理調配膨潤土、燒堿及纖維素的用量,盡可能利用較小的成本費用,保質保量快速地完成樁基施工,并結合地層的變化,調整鉆具與升降速度等,保證成孔質量。