旋挖鉆機干式成孔鉆孔樁施工技術研究

吳燕子

摘 要：本文結合新建北京至張家口鐵路土木特大橋鉆孔樁施工案例，闡述鐵路橋梁鉆孔樁采用旋挖鉆機干式成孔的適用條件及其優勢，并從鉆孔、鋼筋籠安裝、混凝土澆筑等幾個方面探討，干式成孔鉆孔樁施工質量控制要點、注意細節，為以后同類型樁基施工提供參考。

關鍵詞：鉆孔樁；旋挖鉆機；護筒；干式成孔；濕式成孔；沉渣；鋼筋籠

1 前言

旋挖鉆機的成孔原理是利用可閉合開啟的鉆斗旋轉切削土層，使鉆渣進入鉆斗，提升出孔外，出土后再繼續鉆進，形成循環。它具有施工速度快、噪聲低、振動低、環境污染小、機械安裝和場內移動方便等優勢，已成為鉆孔樁施工的主要成孔設備，近些年在鐵路與公路橋梁建設施工中得到廣泛應用。

旋挖鉆機適用于各種土質地層，砂類土，礫石、卵石，軟白～中硬基巖。其鉆孔根據不同地址條件可采用干式成孔和濕式成孔。對粘結性好的土層，可采用干式鉆進工藝，無需泥漿護壁。

旋挖干式成孔樁與常規泥漿護壁鉆孔樁相比具有一定的優勢，但是如果施工過程質量控制不當，同樣容易引起質量事故。下面以新建北京至張家口鐵路土木特大橋鉆孔樁施工案例進行探討。

2 工程概況

新建北京至張家口鐵路位于北京市西北、河北省北部，線路起自北京北站，西迄張家口南站，新建正線全長173.964km。

土木特大橋位于河北省懷來縣土木村和官廳水庫之間，橋位處地勢平坦開闊，橋址區以村莊及耕地為主，其中心里程為DK105+156.210，全橋長3503.48m。本橋所有墩臺均采用鉆孔灌注樁，樁徑有1.25m、1.5m兩種，樁長17～43m，共898根，均為摩擦樁，設計要求樁底沉渣厚度小于10cm。樁基檢測方法有超聲波法和瞬態激振時域頻域分析法。

根據野外地質調查及鉆孔揭示，橋址區范圍地層除人工填土外，主要有第四系人工填土、第四系全新統湖積層。其中第四系人工填土為素填土；第四系全新統湖積層有新黃土、粉質粘土、粉土、粉砂、細砂、中砂、粗砂、細圓礫夾粉土薄層、粗圓礫夾粉土薄層，其中粗圓礫一般粒徑20～60mm，最大粒徑90mm；地層基本承載力值為120～350KPa。

無地表水，地下水埋深為7.20～22.8m。無不良地質。

3 施工方案選擇

根據地質資料、樁基設計情況，兼顧工期計劃，采用旋挖鉆機施工，鉆機型號為三一重工SR250。樁基施工前，在設計墩位附近進行了鉆孔試驗，并進行了15天跟蹤觀察。試驗表明，本橋地質條件適宜采用旋挖鉆機成孔，孔壁穩定、不易坍塌，實際地下水位低于設計樁底，可采用干式成孔，不進行泥漿護壁。

4 主要施工方案

4.1 護筒埋設

護筒具有控制樁位、導向、防止孔口坍塌和固定鋼筋籠等作用，必須具有一定的剛度。護筒采用8mm厚鋼板制造，內徑比設計樁徑大20cm，長度為2.0m～2.5m。

埋設護筒前，采用GPS放出樁位中心點，并用“十字交叉法”引出四個保護樁，以便后續施工中隨時校核樁中心。護筒采用明挖埋設方法，沉設到位后，頂面允許偏差為50mm，傾斜度允許偏差為1%。

護筒埋設另外需要注意兩點：第一，高速鐵路和公路的橋涵相關施工技術規范對于護筒頂高出地面高度的規定略有不同，前者要求50cm，后者要求30cm，應視情況選用。

第二，常規泥漿護壁施工用的鋼護筒，一般都開有泥漿口，使用時應注意焊接鋼板將其封堵嚴密，以免施工過程中泥土掉落至孔內。

4.2 鉆孔及成孔檢測

旋挖鉆機應停放穩固、保持水平，不得產生位移和沉陷。鉆桿應保持豎直，鉆頭中心與孔位中心的偏差不得大于2cm，可采用四個“保護樁”進行校核。鉆機就位后，將鉆頭底面與護筒頂面平齊，將進尺深度調為0。

由于采用干式鉆孔，無泥漿護壁，為避免造成塌孔事故，鉆孔過程中應注意以下幾點：

第一，嚴格控制鉆頭升降速度，減小鉆斗升降對孔壁的擾動，滿鉆斗提升速度控制在0.5m/s，空鉆斗提升速度控制在0.8m/s。

第二，及時清運孔口附近的鉆渣，鉆渣堆放高度不宜超過1.0m。鏟運鉆渣時應細心操作，注意不要將鉆渣推到孔內或覆蓋護筒口。

第三，加強觀察，鉆孔作業過程中經常觀察孔口地面變化情況，發現沉陷或變形現象，應及時停機處理。同時注意觀察地層的變化，作好記錄，并與設計提供的地質剖面圖相對照，鉆渣樣應編號保存，以便分析備查。

當鉆孔深度距設計值約1m時暫停鉆孔，采用籠式檢孔器上下多次掃孔，將孔壁上的虛土、松動礫石掃落到孔底，然后繼續鉆孔直至設計孔底。成孔后應進行成孔檢查，檢查內容有孔位、孔徑、孔深、孔形及沉渣。因為提前進行過掃孔，一般情況下孔底沉渣很少，若沉渣較多，可用旋挖鉆斗輕放至孔底，微壓旋轉幾圈將渣土旋入鉆斗內提出孔外卸除。

成孔后應加強對孔口的防護，防止雜物掉落至孔底，并及時安放鋼筋籠，避免空孔閑置時間過長。

4.3 鋼筋籠制作及安放

鋼筋籠的分節長度應滿足設計圖紙要求，當設計圖紙無要求時可根據加工、運輸和起吊能力進行分節。本橋樁基均為摩擦樁，鋼筋籠較短較輕，多為16m長、1.3t重。為加快現場安放鋼筋籠速度，減少孔口閑置時間，鋼筋籠均在車間全長制作成型，現場整體吊裝入孔。

由于采用旋轉鉆機干式成孔，清孔比較困難，鋼筋籠制作、安裝應注意以下問題，以減少孔底沉渣：

第一，鋼筋籠底部應適當內收，防止安放鋼筋籠時剮蹭孔壁，使泥土掉落至孔底。

第二，鋼筋保護層選用混凝土輪型墊塊，減輕對孔壁的剮蹭。混凝土輪型墊塊強度等級應不低于樁身混凝土強度，其縱向間距不大于2m，環向不少于4根，呈梅花形布置。鋼筋籠運輸過程中采取措施防止混凝土輪型墊塊損壞，若有損壞予以替換。

第三，運輸及吊裝時，應采取措施防止鋼筋籠發生變形，以免下放困難；鋼筋籠起吊后應保持豎直狀態入孔，以免剮蹭孔壁。

第四，鋼筋籠安裝到位，經檢查無誤后采取可靠定位措施，防止混凝土灌注過程中鋼筋骨架上浮或下沉，難以處理。

鋼筋籠安裝到位后，混凝土灌注前，應再一次測量孔底高程，并與成孔時的孔底高程比較，計算出沉渣厚度，其值應小于設計和規范要求。沉渣厚度若大于規定值，可采用特制重錘在鋼筋籠內小心錘擊孔底，將松土錘擊密實，直至沉渣厚度符合要求。

4.4 混凝土灌注及養護

旋挖鉆機干式成孔的鉆孔樁混凝土可按水下混凝土標準進行配制，即按較設計強度提高15%配制，坍落度宜為180mm～220mm，嚴格按照導管法干孔澆筑。

首批混凝土的數量應能滿足導管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導管底部的需要，經計算確定。

混凝土灌注過程中應經常測量孔內混凝土面高程，及時調整導管埋深。為增強混凝土密實度，導管較堅固并有足夠的起重能力時，導管埋深可控制在4～8m。拆除導管時，導管應緩慢提升和下降，避免在已澆筑混凝土中形成空洞或將頂層浮渣卷入。

較水下混凝土，干孔澆筑的首盤混凝土更容易初凝，所以灌注中途不得停頓，拆除導管的間斷時間應盡量縮短，每根樁的澆筑時間宜安排在首盤混凝土初凝前完成。

為節省材料，混凝土灌注高度可盡量少超出設計樁頂高程，但不得小于0.5m，且必須測量準確。樁頂4m范圍內的混凝土應進行振搗，澆筑完畢后對樁頂部混凝土進行養護。

混凝土灌注后，混凝土強度的增長需要一定的時間，切記不得過

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早回填孔口，以免土石陷落混凝土中，影響樁頭質量及外觀。鄰近樁鉆孔時，應注意“跳孔”施工。

5 結語及建議

截止寫稿，新建北京至張家口鐵路土木特大橋鉆孔樁采用旋挖鉆機干式成孔完成732根，檢測704根。檢測方法有聲波透射法和低應變反射波法，檢測結果為除1根為Ⅱ類樁外，其余均為Ⅰ樁，符合規范及設計要求。

本次實踐成功表明干式成孔鉆孔樁與泥漿護壁鉆孔樁相比具有以下優點：

第一，節省施工成本。干式成孔省去了制作和處理泥漿的費用，可節省約6%施工成本。

第二，減少施工污染。干式成孔無需泥漿護壁，施工現場整潔干凈，有利于文明施工。

第三，加快施工速度。干式成孔速度快，孔底沉渣少甚至無沉渣，清孔快捷。

第四，提高施工質量。干式成孔無需泥漿護壁，避免泥漿污染鋼筋，增強了鋼筋與混凝土的粘結力；同時克服了孔壁泥漿泥皮對樁周摩擦力的不利影響。

但應用旋挖鉆機干式成孔時，切不可認為比濕式成孔簡單而麻痹大意，應高度注意以下事項：

第一，地質條件應無地下水（或地下水位低于設計樁底高程）、無地表水，且土層黏結性好，不易坍塌。

第二，需通過試樁成功，試樁內容應包括力學試驗和工藝試驗。

第三，樁徑不宜過大，一般不大于2米。

第四，鉆孔、下放鋼筋籠、灌注混凝土等工序應嚴格遵守工藝要求，精心操作。本次實踐產生1根Ⅱ類樁的原因經分析是混凝土灌注速度過快和導管提升過快導致少量沙石卷入所致。

對于干式成孔鉆孔樁施工，目前鐵路橋梁的相關技術規程敘述較少，特別是清孔還沒有適用、統一的方法。也沒有專用、規范的施工記錄表格和驗收記錄表格，內業資料的編制存在不統一的問題。筆者相信，隨著干式成孔鉆孔樁施工經驗的不斷積累、施工技術的不斷發展，相應的技術規程將進一步完善，干式成孔將得到廣泛應用。

參考文獻

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[2]《鐵路橋梁鉆孔樁施工技術規程》（Q/CR 9212-2015） 北京 中國鐵道出版社 2015年

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[6] 高玉龍 干式旋挖鉆孔灌注樁質量控制對策 路基工程，2011年第6期