軟弱地質層樁基旋挖鉆機鉆孔施工工法

摘 要：結合軟弱地質層的特點，對旋挖鉆機鉆孔的施工工法進行了分析，為類似工程提供了借鑒。

關鍵詞：軟弱地質層；旋挖；安全；環(huán)保措施

1 前言

長江沖積平原為淤泥質粘土、粉砂、細砂、礫砂等軟弱地層地質帶。受河流水位影響，在鉆孔樁施工時極易產生縮徑、塌孔等事故。在汛期時，地下水位的升高，對鉆孔施工更加不利。為此施工期間仔細對旋挖鉆機的施工原理及存在問題進行了調查研究，并結合以往軟基地質層鉆孔施工經驗，增選了旋挖鉆機進行樁基鉆孔施工，并獲取了成功。經過現場實踐總結，形成本工法。在鄭州市航海東路跨京港澳高速公路立交橋新建工程中成功應用本工法，取得了良好的經濟效益和社會效益。同時，在工程實踐中又不斷修改和完善了本工法。

2 工法特點

2.1 鉆機現場移動方便，鉆孔速度快，成孔質量優(yōu)良，能有效縮短施工工期。

2.2 垂直度可控。通過主機井架控制系統(tǒng)可隨時在機內調整機架的垂直度，保證鉆孔質量。

2.3 施工成本低。由于對優(yōu)質泥漿進行了循環(huán)再利用，大大降低了成孔費用。

2.4 可提高灌注樁的承載力。旋挖鉆機成孔中靜壓優(yōu)質泥漿在孔壁上形成厚的泥皮護壁，但由于鉆頭的多次上下往復，使孔壁粗糙。與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁相比，旋挖鉆孔灌注樁的承載能力得以提高。

2.5 良好的環(huán)保性。在特殊地層需要泥漿護壁的情況下，泥漿只起支護作用，鉆削土中的泥漿含量相當低，這使污染源大大減少，進而降低了施工成本，也改善了施工環(huán)境。對于干孔施工，環(huán)境污染會更小。

3 適用范圍

本工法適用于地下水位高，穿越淤泥質粘土、粉砂、礫砂等軟弱地層樁基的鉆孔施工。也適用于較好地質情況下的鉆孔樁施工。

4 工藝原理

旋挖鉆機通過自帶動力頭提供鉆孔所需扭矩，驅動鉆桿和鉆頭旋轉，使鉆斗切削土層，利用多層伸縮式鉆桿和鉆頭的特殊結構及時快速出渣，實現較高速鉆進。鉆進中鉆頭多次上下往復作業(yè)，以保證成孔的質量。鉆孔中采用優(yōu)質泥漿護壁，確保孔壁的穩(wěn)定。成孔后二次清孔采用泵吸換漿法及時快速清孔。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程（見圖1）

5.2 工藝操作要點

5.2.1 施工準備

（1）場地、便道和用水用電

根據現場情況，做好施工場地的平整。修建施工便道，確保鉆機和其它車輛通行順暢。準備好發(fā)電機，以防突發(fā)事件。根據當地實際情況將施工用水引至施工現場。在場地范圍內布置好泥漿池、沉淀池備用。

（2）施工測量

建立測量控制網，對樁位進行施工放樣。定出的樁位，及時設置護樁，并交施工隊看管保護。樁位和護樁嚴禁機械在上行走碾壓。

5.2.2 埋設護筒

護筒采用厚度10mm的鋼板制作成整體鋼護筒，直徑1.7m、長度3.0m。強度高、剛度大、適應性強，有利于實現機械化作業(yè)，加快施工進度。護筒埋深要求在地面以下不小于2.0m，頂端高出地面0.3m。鉆機就位后，用大于護筒直徑的鉆頭施鉆至護筒埋設底標高，安裝護筒，檢查護筒中心和垂直度符合要求后四周分層夯填粘土。

5.2.3 鉆機就位

旋挖鉆機就位時均在其底鋪放厚度16mm的整體鋼板，以增大受力面積。然后調節(jié)下部導向圈、調直鉆桿、將鉆斗導向尖與樁位對齊，保證插鉆正確，防止鉆孔偏斜。

5.2.4 儲漿池造漿

儲漿池標準依據鉆孔所需泥漿用量及造漿能力而定。考慮旋挖鉆對優(yōu)質泥漿的特殊要求，制漿原料可選用塑性指數大于25，粒徑小于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘質土制漿。現場缺少上述性能的粘質土，調制的泥漿性能不符合要求，可在泥漿中摻入了鈉質膨潤土、純堿Na2CO3和CMC纖維素以改良泥漿性能。膨潤土泥漿具有相對密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、穩(wěn)定性強、固壁能力高、鉆具回轉阻力小、鉆進率高、造漿能力大等優(yōu)點。含CMC纖維素的泥漿能使孔壁形成薄而堅、滲透性低的濾餅，使失水量降低。能使鉆機得到低的初切力，使泥漿易于放出裹在里面的氣體，同時把碎物很快棄于泥坑中。泥漿和其它懸浮分散體一樣，具有一定的存在期，加入CMC后能使它穩(wěn)定而延長存在期。高粘度的CMC適用于密度較小的泥漿，低粘度的CMC適用于密度大的泥漿。選用CMC應根據泥漿種類及地區(qū)、孔深等不同條件來決定。

泥漿調制采用泥漿攪拌機攪拌，攪拌時先將定量的清水加入攪拌鼓，再投入適量膨潤土和純堿并開動機器攪拌。成漿后打開出漿門排漿至儲漿池貯存，以備鉆孔時向井孔內注漿之用。泥漿的性能指標要求及檢驗方法見表1。

5.2.5 鉆進

旋挖鉆的鉆進是用動力頭驅動鉆桿和鉆頭旋轉，利用鉆頭下端的切削刃對土層進行切削破碎，切削的土體被擠進鉆斗，裝滿后將鉆斗提出孔口，旋轉鉆機底盤然后反轉，并開啟鉆斗閥門，將土體排放到地面或直接卸在汽車上運走。這樣通過鉆斗的旋轉、削土、提鉆、甩土，多次反復作業(yè)而成孔，直至孔底標高。

初始鉆進進尺要緩慢，盡量減少鉆桿晃動，保證鉆孔的垂直度。鉆進過程中，應隨時調整機架保持鉆桿垂直、位置正確，防止因鉆桿晃動引起擴大孔徑及增加孔底沉渣。斗底鐵門在鉆進中始終要保持關閉狀態(tài)，以防止鉆斗的土砂掉落到孔內。鉆斗在孔內的升降速度必須控制好，一般砂類土在樁徑1.5m時鉆斗提土速度為0.5～0.6m/s，空鉆斗升降速度為0.7～0.9m/s。隨鉆孔深度的增加，其升降速度宜減小。成孔后鉆頭要多次上下往復作業(yè)，以保證孔徑滿足要求。對泥漿性能進行隨時觀測和試驗，以保證鉆孔過程中泥漿的性能穩(wěn)定，防止孔內水位波動，護壁質量不佳，使孔壁砂向孔內涌流。孔的垂直度主要是靠調整機座、大臂和鉆桿座孔之間的相對位置來確定的。

5.2.6 清孔

鉆孔到位后，進行第一次清孔，排除孔底沉渣。排渣時用帶擋板的鉆斗空轉清渣，不得加深鉆進。清渣完成后進行孔深測量。

5.2.7 檢查成孔質量

采用探孔器檢測樁孔的樁徑、樁長及豎直度能否滿足要求。如發(fā)生卡殼、下沉不到位的情況需用鉆斗重新掃孔，清除沉渣。

5.2.8 鋼筋籠及混凝土導管安裝

鋼筋籠安裝時要避免刮傷孔壁。鋼筋籠四周布置保護層鋼筋或混凝土墊塊以保證籠子的位置符合設計要求。導管按照編號依次放下，全部入孔后要保證懸空高度滿足規(guī)范要求。

5.2.9二次清孔

孔內鋼筋籠及導管安裝完畢后，采用泵吸法抽渣換漿法進行二次清孔。啟動真空泵，輔助砂石泵啟動抽排孔內泥渣。砂石泵的泵量不宜太小，否則對大的泥渣和清孔時間、質量不利。清孔時儲漿池內的優(yōu)質泥漿要不斷向井孔內補漿，以保持泥漿水頭高度穩(wěn)定。從孔內換出的泥漿進入泥漿泥淀池進行泥漿凈化后循環(huán)至儲漿池回收重復利用。因鉆孔用泥漿為優(yōu)質泥漿，僅起護壁作用，相對密度均較低，在1.05～1.10之間，可使砂石泵的抽吸作用得到很好的效果。泵吸式抽渣換漿工作示意圖見圖5.2.9。清孔即將完畢時，測孔深及孔底抽出泥漿的相對密度，當孔底沉渣符合規(guī)范及抽出泥漿性能符合灌注要求時，清孔完成，即可進行水下砼灌注工序的施工。

6 機具設備（見表2）

表2 機具設備

7 質量控制

7.1 嚴格按照《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ 041-2000）及《公路工程質量檢驗評定標準》（JTJ 071-98）對鉆孔質量進行檢查。

7.2 合理布置控制樁并定期進行檢查和聯測。

7.3 嚴格控制成孔過程，加強泥漿性能、孔徑、孔深、垂直度、沉渣厚度的檢測，并做好記錄。

7.4 鉆機操作人員要嚴格按照操作規(guī)程和鉆孔作業(yè)指導書進行設備操作和鉆孔施工。

7.5 現場根據出渣做好地質情況記錄。

7.6 及時清理外運棄渣，在孔旁堆積高度不得超過2米，防止對孔壁產生壓力。

7.7 加強鉆機的檢查和維修，保證鉆孔施工連續(xù)順利完成。

7.8 二次清孔檢查合格后，應及時灌注混凝土。防止停孔時間較長，孔壁發(fā)生變化塌方或孔內泥漿中懸渣下沉使孔底沉渣變厚。

8 安全措施

8.1 全體干部、施工人員，嚴格執(zhí)行國家有關安全生產的方針、政策、法令和安全生產職責及安全技術操作規(guī)程。

8.2 對于已埋設護筒未開鉆或已成樁護筒尚未拆除的應加設護筒頂蓋或鋪設安全網遮罩。

8.3 使用的電纜要定期檢查，接頭必須綁托牢固，確保不透水、不漏電，對經常處于水、泥漿浸泡處應架空搭設。

8.4 因故停鉆，應將鉆頭提出孔外，落放地面，防止塌孔埋鉆。

8.5 定期檢查設備部件潤滑油、高壓油管路及其連接情況。

8.6 施工現場設置安全警示牌，非施工人員嚴禁入場，防止人員、機具落入井內。

9 環(huán)保措施

9.1 嚴格執(zhí)行國家、地方及建設單位有關環(huán)保的規(guī)定，貫徹“預防為主、保護優(yōu)先，開發(fā)與保護并重”的原則，接受環(huán)保、水保等部門的監(jiān)督，檢查和指導，采取可靠措施，做好施工中水土保持工作。

9.2 盡量減少對植被的破壞，對于確需占用的土地，在使用完后應及時進行恢復。

9.3 采取有效措施降低施工噪音和廢氣污水對周圍環(huán)境的影響。

9.4 對廢棄的泥漿嚴禁隨意排放，應集中到沉淀池中凈化風干處理。避免泥漿中殘留的水泥及化學藥品對周圍環(huán)境造成污染。

9.5 對鉆孔中所提出的鉆碴應集中到專門的棄碴場地，避免對周圍環(huán)境受到影響或使場地受到限制。

10 經濟效益分析

以湖北東荊河大橋為例，相同的施工內容，旋挖鉆機每米成樁單價為260元/m，而反循環(huán)旋轉鉆機需要275元/m。旋挖鉆機共施工168根（共308根）8400米，直接節(jié)約成本12.6萬元。

通過灌注鉆孔樁的砼用量來看，旋轉鉆機的擴孔率要達到6%～8%，而旋挖鉆機只有3%～4%。以平均節(jié)約3%混凝土計，節(jié)約直接成本15.6萬元。

旋挖鉆機平均一天最少可以完成一根鉆孔樁，而旋轉鉆機3天左右才能完成一根，這樣可以節(jié)約一定的管理費和其它間接費。對于工期緊，任務重的施工項目，可縮短基礎工程的施工時間，減輕下部構造的工期壓力，并減少一部分的人力、機具和材料的投入，從而降低項目總施工成本。

11 工程實例

11.1 湖北東荊河大橋

湖北東荊河大橋全長4446.08m，共有ф1.5m鉆孔樁308根，共長15232m。由于汛期長江水會形成倒灌，在施工區(qū)域內大面積漲水，所以要趕在汛期漲水前將鉆孔樁全部完成。

其土體特征自上而下為：亞粘土、粉砂、粘土、細砂、亞砂土、粉砂、細砂、礫砂。

為加快施工進度，在原有的旋轉鉆機的基礎上，又增加3臺旋挖鉆機，其施工速度平均達到10m/h左右，大大加快了鉆孔樁的整體施工進度。在全橋成樁質量檢測中，旋挖鉆機所完成的鉆孔樁中Ⅰ類樁比例在90%以上，無Ⅲ類樁出現，完全滿足了施工質量要求。

11.2 山東小營至濱州地方鐵路黃河公鐵路橋工程

山東小營至濱州地方鐵路黃河公鐵路橋工程小營岸引橋，橋址位于黃河沖積平原區(qū)，地質情況為砂粘土、粉土、粉細砂、中細砂等。全橋樁基共326根，直徑1.0，1.2，1.5m，樁長45-55米。該工法在項目上應用后效果顯著，主要是速度快，并能確保質量。

11.3 鄭州市航海東路跨京港澳高速公路立交橋新建工程

鄭州市航海東路跨京港澳高速公路立交橋新建工程，橋址位于黃河沖積（泛濫）平原區(qū)，地質情況為厚層粉細砂、含礫中細砂。樁基深50-60米，直徑1.5m，共150根。由于工期要求年底必須完成橋梁主體工程，項目在反循環(huán)回轉鉆機的基礎上又投入了4臺旋挖鉆機，后來由于泥漿處理等問題就棄用了回轉鉆機。施工中，旋挖鉆機平均每天成孔2個。樁基的快速完成為節(jié)點工期的順利實現打下了良好基礎。