旋挖鉆技術在長株潭城際鐵路施工中的應用*

李昶忻

(中鐵二十五局三公司，湖南 長沙410000)

旋挖鉆技術在長株潭城際鐵路施工中的應用*

李昶忻

(中鐵二十五局三公司，湖南 長沙410000)

根據長株潭城際鐵路湘潭特大橋湘江段地質條件及工程特點，采用旋挖鉆成孔施工工藝，并結合現場施工過程，總結了松軟覆蓋層下伏高強基巖旋挖鉆鉆孔技術的施工要點和施工經驗，為同類項目的高效施工提供了指導性參考。

旋挖鉆;松軟覆蓋層;高強基巖;施工要點;施工經驗

旋挖鉆鉆孔成樁施工工法在我國從20世紀90年代開始起步，此法是因青藏鐵路的成功應用而迅速發展起來的先進樁基施工工法。旋挖鉆機施工具有高效、低噪、環保、成孔質量高、機械化程度高、操作工人勞動強度低等諸多特點，一般應用于粉質砂土、粘土土層的鉆孔成樁施工，也有應用于巖層鉆孔的案例，但應用巖層強度一般為300～350KPa，在450KPa高強度巖質地層，旋挖鉆應用很少，尤其是在強度達到800KPa的巖層，國內幾乎沒有任何采用旋挖鉆鉆孔施工的案例。

本文以長株潭城際鐵路湘潭特大橋跨湘江段的樁基施工為例，總結了旋挖鉆松軟覆蓋層下伏高強基巖旋挖鉆鉆孔技術施工要點和施工經驗。

一、工程概述

長株潭城際鐵路湘潭特大橋跨湘江段長850m，里程為XDK045+261.57～XDK046+097.14。該處地質結構主要有三層:上層，淤泥、沙礫層;中間層，強、中風化泥質砂巖地層;底層，弱風化泥質砂巖。

施工范圍內主墩均為鉆孔樁基礎。樁直徑均為2m，平均樁長約50m，最長達到60m之多，其中位于細砂和礫石層樁長約10m，嵌入高強巖層長度達到50m。在如此地質條件下進行鉆孔樁施工，上部易坍孔，下部難鉆進，且樁體深長，施工難度很大。

二、旋挖鉆鉆孔施工工序

(一)施工準備

鉆孔施工前，根據當地地形、地質、水文資料和樁頂標高等情況，并結合施工技術的要求，作好了如下準備工作:對設計提供的控制網進行復測。利用湘江枯水季節，進行圍堰筑堤、筑島施工，筑島面積以滿足施工需要為準;鉆孔場地平整，測量放樣，確定樁位。

(二)鋼護筒插打

根據本橋位處的地質情況，鋼護筒應跟進到巖層，鋼護筒為12mm厚鋼板制成，用吊車配合汽車將鋼護筒運到施工作業平臺上，然后用鋼筋制作的對位器對鋼護筒進行定位。經過技術分析，確定土層對護筒的摩阻力已經超過震動錘所能提供的豎向下沉分力，因此不能將護筒一次性下放到位，只能邊鉆進邊下放。但下壓護筒使用振動錘，開挖需使用鉆機，前后更換影響施工效率，后改用旋挖鉆頭直接下壓護筒。考慮到鉆機的鉆頭提升能力有限，高出地面高度一般不超過2m，因此長護筒不能整體下放，經過多次試驗，將護筒割成節長(4+3×2)m比較合理，第一節4m長護筒下壓到護筒頂略超出地面后焊接接長，然后繼續下壓。這樣施工方法改進變為“下壓—開挖—焊接—下壓—開挖—焊接”循環進行，直至護筒進入巖層。在下插過程中，使用校正器不斷校正鋼護筒水平位置及垂直度，確保鋼護筒準確性。

(三)旋挖鉆鉆孔

鉆機就位前，對主要機具及配套設備進行檢查，檢查后通過試鉆來判斷該地質鉆孔的可行性及地質資料是否相符;在準確了解該地段的地層情況后，將鉆機就位，調整鉆桿角度，使鉆頭中心與樁位中心對準，誤差不超過2cm。調整鉆機垂直度參數，使鉆桿垂直，同時稍微提升鉆具，確保鉆頭環刀自由浮動孔內;在鉆孔的過程中針對不同地層選用不同的鉆頭、鉆進壓力、鉆進速度及合適的泥漿比重。

(四)清孔及驗孔

鉆孔達到設計高程后，現場技術人員對孔實際深度進行檢查并記錄，達到設計高程后用驗孔器對孔垂直度進行檢驗。各項指標符合要求后，下放完鋼筋籠及導管后進行第二次清孔，直至沉渣厚度滿足設計與規范要求。二次清孔采用氣舉反循環清渣工藝，工藝流程見圖1。孔驗收合格后，鉆機移動至下一根樁位處進行鉆孔。

三、旋挖鉆鉆孔施工要點

(一)長鋼護筒逐節焊連一次插打技術

由于湘潭特大橋跨湘江段巖層以上尚有10m左右的松軟覆土層，在旋挖鉆鉆孔過程中，極易造成土層塌孔。為了解決旋挖鉆鉆孔穿越松軟覆蓋層不塌孔的技術性難題，采用了“長鋼護筒逐節焊連一次插打技術”，即:在開始鉆孔前，將鋼護筒以4m為一節逐節插打入土，第一節鋼護筒經振動錘下壓到護筒頂略超出地面后焊接接長，然后采用振動錘繼續下壓至筒頂略超出地面后再焊接接長，按此方法，直至鋼護筒嵌入巖層不少于0.5m，鋼護筒焊連接段如圖2所示。鋼護筒打入一節后，利用吊車將另一節調至護筒上方，先采用點焊方式將兩節護筒連接，再用若干塊小鋼板將兩節護筒固定，然后將兩節護筒滿焊，焊接過程中確保鋼護筒垂直度。

圖1 氣舉反循環清渣工藝流程

(二)確保鋼護筒準確性

在一次插打長鋼護筒過程中，嚴格控制鋼護筒的焊接質量和鋼護筒的垂直度、水平位置，以便于鋼護筒插打和鉆孔樁滿足設計施工的要求，是插打過程施工控制的重點和難點。首先在樁周圍設置4個護樁，護樁用混凝土固定，以確保穩定性;再安裝護筒定位器，定位器采用鋼筋焊接，利用護樁固定在筑島圍堰上，確保鋼護筒位置準確性。在插打鋼護筒過程中，施工人員要不斷測量垂直度，若發生偏移則馬上糾正，誤差較大時則將鋼護筒向上抽出部分后重新插打，確保鋼護筒水平位置及垂直度的準確性。

(三)組合鉆頭逐級鉆進

由于地層地質條件隨鉆孔深度各有不同，施工過程中根據地質條件的變化使用不同的鉆頭，以滿足不同巖層條件下的進度需要，減少鉆頭的損耗，降低施工成本。

該橋鉆孔樁孔徑為2.0m，進入巖層后，由于巖層堅硬，若采用2.0m鉆頭較鈍，極易造成鉆頭的損耗。為了減少鉆孔過程中鉆頭的損耗，加快鉆孔進度，在鉆孔過程中，采用“組合鉆頭逐級鉆進”的施工方法，即:采用1.0m螺旋鉆頭鉆進1.5m深后，改換1.2m漏斗鉆頭進行掏碴、擴孔后，再換2.0m漏斗鉆頭按設計孔徑施工到位，然后再進行下一個1.5m深的循環鉆進，如此反復，可在不降低鉆孔效率的情況下，大大減少鉆頭的損耗，降低鉆孔成本。為了加快鉆孔進度，1.0m鉆頭采用合金鉆頭，有效地提高了其耐磨性，取得了更好的效果。

四、旋挖鉆鉆孔的施工經驗

1、鋼護筒連接時應嚴格控制鋼護筒頂面平整度及焊接質量，防止振動錘下鋼護筒時出現脫節等情況。

2、鋼護筒焊接過程中，焊工應嚴格遵守電焊焊接安全規范，配合焊接的吊車及相關人員嚴格注意安全。

3、振動錘下護筒時應嚴格控制鋼護筒水平位置及其垂直度，應由專人指揮振動錘偏壓方向，保證鋼護筒中心偏移在標準的允許范圍內。

4、旋挖鉆鉆孔作業分班連續進行，如因故停鉆時，應將鉆頭及鉆桿提出至孔外以防埋鉆，并注意保持孔內泥漿比重，經常對鉆孔泥漿抽檢試驗，不符合要求時要及時補充或調整泥漿。發生異常情況，如塌孔等問題，應仔細觀察分析，查明原因，及時與技術、監理、設計等單位取得聯系，采取有效措施。

5、鉆進過程中，起落鉆頭速度宜均勻，不得驟然變速，以免碰撞孔壁或護筒。

6、及時詳細地填寫鉆孔施工記錄，正常鉆進時應參考地質資料掌握土層變化情況，及時撈取鉆碴取樣，判斷土層，記入鉆孔記錄表，并與地質資料進行核對，根據核對判定的土層及時調整鉆機的轉速和進尺。

五、結語

旋挖鉆鉆孔成樁施工有較多未知的因素，需在施工中不斷積累經驗，進一步汲取先進的技術和工藝。實際的施工中并沒有一成不變的工法，只有靠科學的技術指導和靈活多變的處理方式才能保證施工的順利進行。長株潭城際鐵路湘潭特大橋在松軟覆蓋層下伏高強基巖上采用旋挖鉆技術成孔施工的成功經驗，為以后同類項目的施工提供了有價值的參考。

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2012－05－19

李昶忻(1979－)，男，湖南岳陽人，工程師。