旋挖鉆在高速公路樁基施工中的應用

周國清

（中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司，重慶402260）

1 引言

在高速公路的施工過程中，旋挖鉆是一種常用的施工機械，具有噪聲小、振動頻率低、扭矩大，不會出現泥漿循環現象，且成孔速度快的優勢，是現階段樁基施工鉆孔工程中的新型施工機械，在地基施工中得到了十分廣泛的應用。

2 工程概況

長江大橋是80m+760m+320m單跨鋼箱梁懸索橋，主橋為760m單跨懸索橋，主纜矢跨比為1∶9.5，主梁梁高3.0m，采用鋼箱梁結構形式，吊桿標準間距15m，橋塔采用門式框架結構，橋塔基礎采用承臺+樁基結構，北岸錨碇采用隧道錨形式，南岸錨碇采用重力式錨。南岸橋塔基礎采用φ2.8m鉆孔灌注樁，共計18根，樁長分別為33m、38m各9根，樁基采用C35混凝土。同時，工程所在地區地標水系屬長江水系，屬河流侵蝕堆積地貌，地形寬緩，天然地面坡度約8°～21°，坡體表面植被主要為耕地和林地，大部分地段基巖裸露，有居住區分布。該地區氣候溫和，雨量充足，四季分明，無霜期長，春季氣溫回暖早但不穩定，夏季溫高光照強，降雨集中，秋季降溫快，常有秋綿雨，冬季較暖，日照偏少，濕度較大，冬春少雨，常有冬干春旱。

3 旋挖鉆工藝施工原理

旋挖鉆主要應用短螺旋鉆頭和相關作業裝置進行干濕鉆進，通過旋挖逐次取土，在反復循環的作業過程中成孔。旋挖鉆機主要由操作系統、動力系統、履帶式行走系統和鉆進系統等構成。在旋挖鉆機進入工作狀態后，可以利用變幅機構和桅桿調平控制系統對桅桿角度進行調整，確保鉆頭處于垂直狀態，由動力頭給鉆桿和鉆頭提供扭矩，這樣鉆頭可以進行旋轉切削，而加壓油缸在動力頭向鉆桿和鉆頭傳遞壓力，為鉆頭加壓鉆進提供支持[2]。另外，在鉆頭內部裝填渣土后，主卷揚不斷提升，鉆頭會離開鉆孔，在回轉主機達到一定角度的情況下，可以打開鉆頭底門，倒出渣土，合上斗門，鉆頭轉回鉆進地點，下放鉆桿，再次把鉆頭放入孔內鉆進，再重復進行鉆斗的旋轉、削土、提升和出土的操作，多次反復而成孔。圖1是旋挖鉆的工作過程。

圖1 旋挖鉆工作過程圖

4 旋挖鉆施工的優勢

旋挖鉆施工有以下優勢：

1）成孔快。旋挖鉆施工成孔速度快，其工作效率能夠達到普通循環鉆機的10倍，旋挖鉆機1d能夠完成3根樁，而循環鉆機3～4d才能完成1根樁，旋挖鉆機適用于工期緊張的工程中。

2）占用臨時用地少。在旋挖鉆施工過程中，無須排出泥漿，不需要將臨時用地作為泥漿沉淀池，且旋挖鉆機挖的土能夠循環利用，尤其在臨時用地緊張的情況下，具有很多優勢。

3）環境污染小。旋挖鉆進主要是干式、無循環泥漿鉆進方式，使用的泥漿量只有正反循環鉆進的1/20～1/10。因此，這種施工技術的振動小，不易造成噪聲污染，施工現場比較整潔。

4）靈活性強。旋挖鉆底盤主要是履帶式，不需要其他設備的輔助即可迅速移位，不僅能夠縮短施工工期，還能節省設備費用。

5）提高灌注樁的承載力。旋挖鉆機的成孔工藝相對特殊，只需要使用靜壓泥漿作為護壁，使用的泥漿主要由膨潤土配制而成，孔壁不會形成厚的泥皮，并且鉆頭多次反復，使灌注樁具有很強的承載能力。

5 旋挖鉆施工工藝

通過分析長江大橋工程的實際情況可知，履帶吊在洗孔及埋設鋼護筒時使用，調查過程中共使用了18d；挖機主要用于清理旋挖鉆鉆孔產生的鉆渣及泥漿以及轉運小型材料，調查過程中共使用了18d；電弧焊機用于修理鉆頭鉆桿，調查過程中共使用了18d；空壓機用于洗孔過程，調查過程中共使用了11d。以下主要對旋挖鉆在高速公路樁基施工中的應用及其注意的問題進行研究。

5.1 旋挖鉆施工工藝流程

鉆機就位→采用直徑1.5m鉆頭鉆進4～5m→更換直徑2.5m鉆頭鉆進4～5m→更換直徑2.8m鉆頭鉆進4～5m→更換直徑3m鉆頭鉆進4～5m→埋設護筒→采用直徑1.5m鉆頭鉆進至底標高→更換直徑2.5m鉆頭鉆進至底標高→更換直徑2.8m鉆頭鉆進至底標高→清孔→成孔。

5.2 施工過程中需要注意的問題

5.2.1 鉆進過程中的問題

在鉆進過程中，相關人員需要設置表層護筒，護筒高度往往會在地面以下約30cm，需要使用帶鉆頭的鉸刀，在表層護筒插進預定土層深度之前，且斗底的鐵門需要處于關閉狀態。同時，相關人員需要合理控制孔內鉆斗的升降速度，樁徑為1200mm時，鉆斗升降速度為0.748m/s；樁徑為1500mm時，鉆斗升降速度為0.575m/s。在空鉆斗升降過程中，孔壁不會出現坍塌，這就需要合理控制鉆斗的升降速度。除此之外，相關人員需要根據鉆孔阻力、扭矩確定鉆孔的阻力，在樁端持力層鉆進過程中，鉆斗上提時應緩慢，且孔內水位要高于地下水2m，避免出現孔壁坍塌問題。

5.2.2 清孔時的注意事項

在清孔過程中，由于鉆斗刀刃傾斜，會對孔底土層造成擾動，鉆進過程中，鉆渣回落使其沉淀在孔底，而旋挖鉆成孔法無法在漿液循環的情況下排渣，這就需要做好清孔工作。第一次孔底處理在鋼筋籠插入孔內之前進行，主要使用孔底處理鉆斗排除鉆渣，在沉淀時間長的情況下，需要使用水泵進行濁水循環，第二次孔底處理在混凝土灌注前進行，通常用泵吸法[3]。

5.2.3 技術問題

在底層復雜的情況下，成孔過程中會出現開孔后漏漿、鉆進過程中坍塌等問題。而在砂礫石、砂卵石地層成孔過程中，成孔后的孔較低，使巖土沉淀速度提升，不易于清孔，在砂卵石地層施工過程中，由于密實度不均勻使旋挖鉆無法減壓鉆進，成孔的傾斜率加大。

6 結語

綜上所述，在社會經濟的快速發展中，我國樁基礎工程量越來越多，旋挖鉆施工工藝是灌注樁施工機械中的新興技術，具有不污染環境、施工速度快、靈活性強等優勢，在高速公路建設中得到了廣泛應用，取得了良好的應用效果。