旋挖鉆機在市政橋梁樁基中的施工工藝及質量控制

摘要: 旋挖鉆機具有高效、優質、適用范圍廣、環保等優點，在市政橋梁鉆孔灌注樁的施工中有廣泛應用。本文簡要介紹了旋挖鉆機的工藝原理和施工工藝，以及在市政橋梁鉆孔灌注樁基施工中采用旋挖鉆機施工的質量控制措施及注意事項。

關鍵詞: 旋挖鉆機市政橋梁莊基工程施工實踐

旋挖鉆機進行鉆孔灌注樁施工的工藝已在建筑工程、市政工程、交通工程中被廣泛應用，它具有適用地層范圍廣、鉆機移位便捷、成孔速度快、施工質量好、泥漿污染少、低噪音等優點，成為近年來發展最快的一種新型樁孔施工方法。市政橋梁施工有施工場地小，線路長，現場施工安全文明標準高，工期短等特點。在地層條件適合的情況下，鉆孔灌注樁施工采用旋挖鉆成孔能充分發揮旋挖鉆機的優勢。同時，只有根據設備情況、地層條件和孔內情況的變化正確合理地運用，才能保證旋挖鉆孔灌注樁的順利施工。筆者介紹了旋挖鉆機的施工工藝原理，施工中的質量控制措施和注意事項。

1.工藝原理

旋挖鉆機成孔施工法，又稱鉆斗施工法。成孔原理是在鉆桿柱下端連接一個可閉合開啟的鉆斗，鉆斗底部及側邊有帶耙齒的切削刀具，借助鉆具自重和鉆機加壓力，使鉆具鉆齒切入地層中，動力頭帶動鉆桿旋轉，在回轉力矩作用下鉆頭同時回轉，旋轉切削挖掘土層，并將切削挖掘下來的土渣納入鉆斗內。待斗內裝到相當數量后將其提出孔外，打開鉆斗卸土。其后再將鉆頭降入孔內，如此循環鉆孔，不斷加深，最終形成樁孔。

主要優點:旋挖成孔施工速度快，適合的地層范圍廣，移位靈活，對孔位快，自動化程度高，成孔質量好;可采用干挖或回收泥漿，減少泥漿污染;能直接了解地層的變化情況;孔底沉渣清理得更為干凈;采用柴油動力，減小施工用電的要求;噪聲低，實現文明施工。

該機械適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、砂土層、卵石、碎石、強風化基巖等地層。

2.施工工藝

2.1施工流程

施工流程見圖1。

2.2鉆機選型

旋挖鉆機的主要工作參數有以下幾種:扭矩、發動機功率、鉆孔直徑、鉆孔深度及鉆機整機質量。根據這些參數旋挖鉆機可分為三種機型，即小型機、中型機和大型機。

小型鉆機扭矩為100KN·m，發動機功率170KW，鉆孔直徑0.5—lm，鉆孔深度40m左右，鉆機整機質量40t左右。小型機適用于護坡樁、結構樁與小于lm的樁。

中型鉆機扭矩為180kN·m，發動機功率200kW，鉆孔直徑0.8—1.8m，鉆孔深度可到60m左右，整機質量約65t。適用范圍廣，市場占有率高。

大型鉆機扭矩為240KN·m，發動機功率300KW，鉆孔直徑1—2.5m，鉆孔深度80m左右，鉆機整機質量100t左右。適用于特大樁基工程。

施工人員應根據工程地質情況、設計圖紙、現場情況、施工組織設計等合理地選取旋挖鉆機機型，并配備可能用到的鉆頭型式，如短螺旋鉆頭、回旋鉆頭等。

2.3樁機就位

旋挖鉆機就位前需平整場地，對軟土進行填料壓實，施工便道做好排水，防止樁機傾斜位移。測量放線確定樁位，用兩根互相垂直的直線相交于樁點，定出十字控制點。調整旋挖鉆機桅桿垂直，鉆頭中心對準樁位，對中完成后設置并鎖定各項數據。

2.4護筒埋設

護筒埋設由人工與旋挖機配合完成。一般采用1.5—2m長的鋼護筒，人工清除道路表面瀝青與結構層后，利用旋挖鉆機進行開孔，人工配合埋設護筒。對于深厚雜填土的土層采用壁厚為10mm的長鋼護筒穿越，由旋挖鉆機將鋼護筒壓入土層中，護筒底埋置于穩定土層中至少0.5m。護筒頂面高出地面20cm，內徑大于鉆頭直徑100mm，上部開設2個溢漿孔。護筒埋設位置應準確，利用十字線定出的四個控制點進行定位，護筒中心與樁位中心應一致，偏差不得大于5cm，傾斜度偏差不大于1%。護筒外側的空隙填壓緊密，并測量筒頂水平面標高。

2.5旋挖成孔

旋挖鉆機成孔利用鉆頭回轉切削土層，將切削下的碎土裝進鉆斗內，鉆機將鉆斗提出孔外卸土，如此循環往復，是一個短回次、多回次的過程，直至鉆至設計深度。旋挖鉆機挖出的碎土等需裝載機及運渣車輛配合，及時將鉆渣轉移至指定堆放場地。

在旋挖鉆機成孔過程中，采用靜態泥漿護壁鉆進工藝，泥漿的配制根據土層情況與其他泥漿護壁鉆孔灌注樁相同。隨旋挖鉆進孔深增加及泥漿損失，及時向孔內注入泥漿，泥漿一般應高出護筒底口1m以上。

在旋挖鉆機鉆進過程中應注意土層變化，土層發生變化時應取樣與地質資料進行核對，并做好鉆進記錄。鉆進至鉆機顯示深度在設計深度以上1m左右時，采用經檢定過的鋼絲測繩進行精確測量，避免出現后期超鉆深度過大。

2.6清孔

旋挖至設計標高后，用筒式鉆頭在原處繼續旋轉數圈進行掏渣清孔，清孔速度不宜過快，并保持孔內泥漿的水頭高度。下入鋼筋籠后，再測孔底沉渣厚度是否超標，如超標則用吊機吊起鋼筋籠，旋挖鉆機進行二次清孔。

2.7鋼筋籠安裝

鋼筋籠采用分節下放、孔口焊接的方式安裝。鋼筋籠的吊裝采用三點起吊，入孔時避免碰撞孔壁，垂直下放。先將下節籠掛在孔口，隨即吊起第二節進行焊接，逐節焊接下放，各節籠焊前須對上下節主筋位置進行校正，使上下節保持垂直。節段較多時，可在現場先水平焊接兩節，一起起吊，減少成孔后在孔口鋼筋籠的焊接時間。

2.8澆筑水下混凝土

鋼筋籠安裝完畢后，盡快下放導管澆灌混凝土。水下澆灌混凝土按規范要求施工，與其他鉆孔灌注樁澆灌混凝土工藝相同。只是澆筑過程中要做好泥漿的回收，泥漿可循環利用，做到減少損失，保護環境。

3.不同地層的施工技術

3.1深厚松散雜填土層

松散雜填土，多為人工填積土，含碎石、建筑垃圾、生活垃圾等。該土層壓縮性高，強度低，滲透性較高，開挖容易坍塌。旋挖鉆機試鉆過程中塌孔嚴重，通過采用泥漿護壁的方法無法保持孔壁的穩定性。通過采用長護筒(長度8—10m，壁厚10mm)，穿過這一松散層，硬土層使用泥漿護壁的方式鉆進。

3.2粉質粘土層

粉質粘土層，對于該土層，旋挖鉆機鉆進速度快，對泥漿要求小，甚至可以采用螺旋鉆干成孔的方式，最后采用筒鉆掃孔，成孔質量好。旋挖鉆機在粉質粘土層施工，能充分發揮其優勢，孔底成渣少，孔壁粗糙，臺班效率高，從下鋼筋籠到下導管澆筑混凝土不超過40分鐘，樁身質量能得到保證。

3.3軟巖

樁基設計的持力層為軟巖時，該類巖層飽和單軸抗壓強度標準值變化較大，施工中遇到巖石較硬難以鉆進或打滑現象時，采用螺旋鉆頭和回轉鉆頭配合使用。先用短螺旋鉆頭破碎巖石，再換回轉鉆頭鉆進，如此反復直至終孔。對巖層太硬，采用此法仍不能鉆進，在鉆齒磨損極大的情況下，應及時停鉆，以防止傷害旋挖鉆機，而采用沖擊鉆機施工。

4.質量控制

4.1施工準備

4.1.1施工前，旋挖鉆機操作人員應進行技術培訓。

4.1.2研究巖土工程勘察資料，選擇正確的施工方法。

4.1.3正確選用適當機型，盡可能發揮機械的最大效能。

4.1.4市政工程施工過程中，要密切關注地下管線，鉆進前一定要挖探槽，確認無地下管線后方可進行施工。

4.1.5平整場地，軟弱地基要壓實，并做好場地排水。

4.1.6樁位測量要準確。

4.2過程控制

4.2.1護筒埋設位置、傾斜度誤差在規范要求內。鉆機就位時鉆頭對準樁位中心，鉆桿垂直，鉆機鉆進中途移位后要重新對中就位。施工過程中經常檢查鉆機鉆桿的垂直度，尤其是進入硬土層加層鉆進時，以防止斜孔。

4.2.2鉆進過程中，根據地質情況控制進尺速度。由硬地層鉆到軟地層時，可適當加速;當軟地層變為硬地層時，應減速慢進;對硬塑層采用快轉速鉆進;砂層則采用慢轉慢速鉆進。控制鉆斗的升降速度在0.75—0.85m/s，鉆斗升降速度過快，容易塌孔。

4.2.3根據地質情況制備泥漿。旋挖鉆成孔快，對于護壁要求高，鉆進過程中要及時補充泥漿，保持對孔壁的靜液壓力。根據土層調整泥漿的性能指標，遇易塌孔的土層應增大泥漿比重和粘度。

4.2.4鋼筋籠骨架外側設置控制混凝土保護層厚度的墊塊，豎向間距為2m，徑向圓周不少于4處。鋼筋籠吊放入孔應對中、慢放，防止碰撞孔壁。鋼筋籠入孔，應牢固定位。

4.2.5樁基成孔后認真清理孔底沉渣，嚴格控制沉渣厚度符合設計要求。

4.2.6灌注水下混凝土。灌注前導管做好水密承壓和接頭抗拉試驗。混凝土應具有良好的和易性，其坍落度控制在180—220mm。首批灌注水下混凝土的數量應能滿足導管首次埋置深度和填充導管底部的需要;混凝土應連續灌注，中途停頓時間不大于30min;導管埋置深度控制在2—6m;灌注的樁頂標高比設計高出0.8—1.0m。

4.2.7鉆孔、安裝鋼筋籠、下導管澆灌水下混凝土各工序間要緊密配合，盡量縮短成孔至澆筑混凝土之間各工序的時間，防止軟巖層長時間浸水軟化，降低樁的側阻力和端阻力。

4.2.8鉆孔過程中，應及時分析挖出的泥渣，與地質資料進行比對，做好記錄。如發現鉆進地層與地質資料有較大出入，應及時匯報。

5.注意事項

5.1.1旋挖鉆成孔工藝不適宜施工硬度較大的巖層，主要原因是鉆進效率低、鉆齒磨損大，鉆桿易扭曲變形，機械故障率高。不要讓鉆機在極限狀態下工作，以免增加機械故障率。

5.1.2施工過程中，注意對機械的保養，機械發生故障后，更換配件修復時間較大，影響工程進度。

5.1.3旋挖鉆機質量大，加之使用大型起重機械輔肋作業，會對地基產生較大的附加應力。因此，對在軟土地層上施工，護筒的壁厚、埋深要適當加大，防止產生縮徑、塌孔。

6.工程實例

南京某高架橋全線采用雙向六車道高架形式，橋梁最大跨徑60m，寬25.5m，全線長約2.8km。橋梁上部結構采用預應力鋼筋混凝土連續箱梁結構，基礎采用鉆孔嵌巖灌注樁，共有670多根，樁徑分別為Φ1.2m和Φ1.5m，樁長20—40m，樁端持力層為中風化泥巖、泥質粉砂巖。工地兩側是商家和居民區，環保要求高。

該工程鉆孔灌注樁基礎采用旋挖鉆機施工，共投入8臺SD200/220型旋挖鉆機，樁基施工在兩個月內基本完成。

施工過程中，由旋挖鉆挖出的泥渣由裝載機及運渣車及時清運或打堆進行覆蓋，泥漿采用可移動式鋼板泥漿池供給和回收，做到了環保、節能，施工現場達到了無泥漿、無揚塵的文明工地要求。

旋挖鉆機施工時，采用上述施工技術措施和質量控制方案進行管理，樁基質量得到有效控制。經檢測，鉆孔灌注樁全部為Ⅰ類樁，樁基承載力滿足設計要求，取得了令人滿意的效果。

7.結語

旋挖鉆機在市政橋梁樁基工程中的施工實踐表明，采用旋挖鉆機進行鉆孔灌注樁的施工能充分滿足市政橋梁工程的施工場地小、路線長，安全文明施工標準高、工期緊的要求。

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