旋挖鉆機在樁基工程中的應用

拓偉民

（蘭州市政建設集團有限責任公司，甘肅蘭州 730030）

0 前言

旋挖鉆機的英文為Rotary Drilling Rig，旋挖鉆機是在回轉斗鉆機和全套管鉆機的基礎上發展起來的，第二次世界大戰前，美國CALWELD首先研制出回轉斗，短螺旋鉆機。二十世紀五十年代，法國BENOTO將全套管鉆機應用于樁基礎施工，而后由歐洲各國將其組合并不斷完善，發展成為今天的多功能組合模式。鉆孔灌注樁是目前橋梁工程中常用的重要基礎形式之一，由于施工工藝成熟、安全性高、地層適應性強等優點，被廣泛應用于橋梁工程施工中。但由于傳統的鉆孔機械主要為回轉循環類鉆機和沖抓類鉆機，受鉆機自身結構特點及施工工藝制約，鉆進速度較慢，并且在施工過程中循環泥漿、噪聲等對環境污染較大。

1 工程概況

蘭州市南山路道路九標工程位于西固區，是解決蘭州市交通擁擠、改善沿線環境的東西大通道。為保證工期，加快南山路施工進度，橋梁下部構造大部分灌注樁采用旋挖鉆機施工。

其地層巖性特征分述如下：

（1）素填土（Q4 ml）:以粉土為主，含有碎石、角礫等，結構松散，人工回填而成，層厚1.50～3.50 m，稍密、稍濕：

（2）黃土狀粉土（Q4al+pl）:褐黃色,以粉粒為主，土質均勻，純凈，含白色鈣質斑點及條紋，下部含有角砬，碎石等，沖洪積成因，層厚2.10～2.20 m，稍密、稍濕。主要分布在腦頂溝溝西側。

（3）黃土狀粉土（Q2al+pl）：褐黃色,以粉粒為主，含有角礫，略顯水平層理，沖洪積成因。層厚13.30～17.2 m；第 4層細沙層，深 17.1～18.2 m；第5層卵石層，深17.1～18.2 m，稍密—中密、稍濕—濕。

（4）土夾石（Q2al+pl）：雜色，以碎石、角礫及粉土為主，含有大量混砂，夾塊石，均勻性較差，層厚0.90～14.0 m，稍密—中密、稍濕—濕。

（5）泥巖（N）:頂板埋深 17.60～21.60 m,相應標高介于1 558.54～1 563.78 m。褐紅色,塊狀構造,半成巖狀,屬第三系軟質巖石.遇水、空氣易軟化，形成于干旱氣候條件下的氧化環境中。

2 旋挖鉆機施工工藝

旋挖鉆機施工工藝與常規鉆機部分相同，但由于旋挖鉆機自身的特點和成孔方式，在一些方面又有較大差別，施工基本流程如下。

2.1 旋挖鉆機施工工藝步驟

（1）樁位放樣、埋設護筒，放入泥漿。按照工地現場土質情況，放下一定長度的護筒。護筒直徑一般應比樁徑大100 m m，以便鉆頭在孔內自由升降。按現場土質情況，調配泥漿。如果現場土質都是比較好的粘性土，可以考慮不注入泥漿或清水，直接鉆進。

（2）旋挖鉆機就位。

（3）鉆頭輕輕著地，旋轉，開鉆。最好以鉆頭自重作為鉆進壓力，以更好的保證樁基精度。

（4）當鉆頭里裝滿土砂料，提升出孔外。注意孔內地下水位情況，及時補充水，以防坍塌。

（5）旋挖鉆機旋回，將鉆頭內的土砂料傾倒在土方車或地上。

（6）關上鉆頭活門，旋挖鉆機旋回到原位，鎖上鉆機旋轉體。

（7）放下鉆頭。

（8）鉆孔完成，進行第一次清孔，并測定深度。

（9）放入鋼筋籠。

（10）放入導管；進行第二次清孔；進行水下混凝土灌注；拔出護筒，清理樁頭沉淤，成樁。

2.2 施工要點

2.2.1 護筒施工

護筒埋設工作是旋挖鉆孔機施工的開端，護筒平面位置與豎直度準確與否，護筒周圍和護筒底腳是否緊密不透水，對旋挖鉆孔機成孔、成樁的質量有重大的影響。

護筒的制作及埋設的原則：

（1）護筒采用鋼護筒，長度4 m以內采用厚4～6 mm的鋼板制作，長度大于4 m的采用厚8～12 mm鋼板制作。護筒埋置較深時，采用多節護筒連接使用，連接形式采用焊接，焊接時保證接頭圓順同時滿足剛度、強度及防漏的要求。

（2）護筒內徑大于鉆頭直徑，具體護筒直徑按設計要求選用。

（3）護筒埋設深度滿足設計及有關規范要求，河流中將護筒埋置在較堅硬密實的土層中0.5m以上。

（4）護筒頂高出施工水位或地下水位1.5～2.0 m，并高出施工地面0.3 m。

（5）護筒埋設前，先準確測量放樣，保證護筒頂面位置偏差不大于5 cm，埋設中保證護筒斜度不大于1%。

2.2.2 泥漿

（1）制備泥漿是旋挖鉆機能否成孔的關鍵，也是影響鉆孔進度和樁基混凝土質量的關鍵。泥漿過稀時不能浮渣影響鉆進，過稠時泥漿附在孔壁和鋼筋上，影響樁基混凝土的質量。

（2）泥漿性能指標。制漿前，應先把粘土塊盡量打碎，在井孔外以泥漿攪拌機制成泥漿后使用。為了回收泥漿原料和減少環境污染，均應設置泥漿循環凈化系統。

（3）泥漿性能參數。泥漿池可根據現場實際條件開挖或采用砌筑，也可以用鋼板焊制。漿液材料以優質膨潤土、純堿為主，泥漿制備用水直接采用施工場地附近河水。泥漿制備完畢后，進行各項性能指標的檢測，不符合要求的重新調制。

2.2.3 鋼筋籠制作

因旋挖鉆機成孔速度較快，正常情況下，2～5 h即可成孔，因此，強制要求鋼筋籠必須在樁孔開鉆前制作完成并驗收合格，防止成孔靜置時間過長出現坍孔等各種意外情況。鋼筋籠制作的具體要求與其他樁基的要求相同。

2.2.4 合理控制鉆斗的升降速度

在開始鉆進或穿過軟硬層交界處時，為保持鉆桿豎直，宜緩慢進尺。在鉆進過程中如發現鉆桿搖晃或難鉆進時，可能是遇到硬石、石塊或硬物等，這時應立即提鉆檢查，等查明原因并妥善處理后再開鉆，以免導致樁孔嚴重傾斜、偏移，甚至使鉆桿、鉆具扭斷或損壞。

2.2.5 鉆進出渣

開鉆前各項準備工作就緒后，即可開始鉆孔施工。旋挖鉆機鉆孔施工中，泥漿為單向供應，在孔口注漿即可，與常規鉆機泥漿循環系統有較大的區別，部分泥漿隨筒鉆出渣而排出，損耗較大，需要隨時觀察孔內泥漿標高。

2.2.6 成孔驗收

鉆進到位后，將孔口附近的鉆渣及泥漿等全部清除干凈。對成孔進行驗收，主要檢查泥漿性能指標、復核護筒中心偏位及標高、成孔深度、孔徑、孔斜等。由于旋挖鉆機的鉆進是桶型鉆頭的上下往復的循環過程，孔內泥漿上下基本均勻，故取上部泥漿代替孔底泥漿進行測試，性能指標控制值同鉆孔過程的泥漿性能指標。

2.2.7 下鋼筋籠、導管安裝、清孔、沉渣測量

下鋼筋籠、導管安裝、清孔、沉渣測量（旋挖鉆機正常情況下成孔孔底較干凈，孔壁穩定性好，經適當清孔后，孔底沉渣能滿足設計要求）、水下混凝土灌注等施工工序基本與其他樁基施工相同。

3 旋挖鉆機與傳統的鉆孔機械相比的優缺點及應用前景

3.1 優缺點

（1）旋挖鉆機效率高、方便靈活、成孔速度快、擴孔率小、正常情況下2～5 h就可以成孔，是傳統鉆孔機械的10～20倍以上。舉例說明，樁徑1 500 mm，樁長20 m的成孔時間，沖擊鉆需要72～96 h，使用功率260 kW旋挖鉆機僅需要4～5 h，效率高達20倍。這是在相同條件下的對比情況。因此旋挖鉆成孔技術是市政建設、房建工程、鐵路、公路橋梁等理想的基礎施工設備。

（2）噪聲小、污染少，特別適用于鬧市區的工程建設。

（3）適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、沙土層以及短螺旋不能鉆進的含有部分卵石、碎石的地層。采用巖心鉆頭，還可嵌入巖層。

（4）旋挖鉆機及施工工藝在我國北方地區已經得到了很快普及，原因是北方地區受地下水的影響小，樁基設計淺，地質堅硬，地質穩定性好。在南方沿海地區由于地層較軟，地下水位高，地質穩定性差，樁一般較大較深，旋挖鉆機成孔困難，目前仍以正反循環鉆機為主。

（5）旋挖鉆機自重（50～80 t）較大，鉆機平臺的穩定，也是個不容忽視的問題，否則容易發生孔斜超標的質量問題，嚴重的甚至導致鉆機傾覆的安全事故。

（6）降低成本。旋挖鉆機與其他成孔設備相比，按孔徑1 000～1 500 mm計算，每米節約成本約400～600元，經濟合理，成本較低。

3.2 應用前景

旋挖鉆機因其具有裝機功率大，輸出扭矩大，軸向壓力大，機動靈活、施工效率高、環保等特點，配合不同鉆具，能夠適應我國大部分地區的地質條件，從而成為適合建筑樁基工程中成孔作業最理想的施工機械。近年來，在我國許多大型基礎設施建設工程的施工中得到了廣泛應用，旋挖鉆機高效、環保、效益高的優勢得到了公認。旋挖鉆機具有一系列傳統鉆機無法比擬的優點，在樁基工程施工中的推廣和廣泛運用勢在必行。

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