旋挖鉆施工技術(shù)在橋梁樁基工程中的應(yīng)用研究

蘇保章

(寧夏路橋工程股份有限公司，銀川 750004)

0 引言

樁基施工是橋梁工程的重要組成部分， 其施工質(zhì)量對(duì)橋梁后期的承載力和穩(wěn)定性都產(chǎn)生了直接影響[1]。現(xiàn)階段橋梁樁基施工的常用方法有多種， 例如振動(dòng)法、 錘擊法、壓入法等。其中，旋挖鉆施工因具有施工流程簡(jiǎn)單、技術(shù)難度較低及加固效果良好等優(yōu)點(diǎn)， 逐漸在樁基施工工程中得到廣泛應(yīng)用[2]。 因此，深入研究旋挖鉆施工技術(shù)具有重要意義。

目前， 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)旋挖鉆施工技術(shù)展開(kāi)了大量研究，如周洪軍等[3]討論了中風(fēng)化砂巖地質(zhì)樁基旋挖鉆干鉆施工工藝，在旋挖鉆斗底部安裝筒式金剛石鉆頭，并采取不同直徑擴(kuò)鉆的方法， 解決中風(fēng)化砂巖地質(zhì)樁基旋挖鉆干孔鉆進(jìn)難度問(wèn)題。滕云龍等[4]關(guān)于白居寺長(zhǎng)江大橋深水樁基礎(chǔ)施工技術(shù)進(jìn)行了探討， 對(duì)復(fù)雜地質(zhì)情況所采取的施工措施、鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)、鉆孔施工、混凝土澆筑等內(nèi)容作了詳細(xì)的介紹。王建斌[5]對(duì)旋挖鉆施工超深大直徑鉆孔樁技術(shù)展開(kāi)了研究， 介紹了超深大直徑鉆孔灌注樁基在鉆機(jī)選取、施工工藝、資源配套、過(guò)程控制等方面內(nèi)容，解決了既有安全風(fēng)險(xiǎn)高、工期緊、成樁質(zhì)量困難等諸多施工難題。以上研究大多針對(duì)旋挖鉆施工技術(shù)適應(yīng)性方面，而關(guān)于該技術(shù)的施工特點(diǎn)研究還有待進(jìn)一步提升。基于此，本文分別從前期準(zhǔn)備、施工流程和常見(jiàn)問(wèn)題處理等方面，就橋梁樁基旋挖樁施工技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)了系統(tǒng)分析。

1 工程簡(jiǎn)介

某道路橋梁的中心樁的樁號(hào)為K139+295，橋孔采用六聯(lián)布設(shè)形式，該橋梁的設(shè)計(jì)流動(dòng)速度為2.44m/s，橋梁總長(zhǎng)度為238.5m。 該工程位于丘陵地段，日常車流量較大，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，為了保證橋梁使用質(zhì)量，需要對(duì)樁基進(jìn)行特殊加固。對(duì)多種樁基加固方案進(jìn)行對(duì)比，最終決定使用旋挖鉆技術(shù)。該技術(shù)具有成孔速度快、施工效率高、環(huán)境適應(yīng)性好、樁身質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，符合該橋梁工程樁基施工需要。

2 旋挖鉆施工準(zhǔn)備工作

2.1 物料與機(jī)具準(zhǔn)備

橋梁樁基施工中使用到大量的物資和設(shè)備， 為了保證后期樁基施工順利進(jìn)行，需要對(duì)這些物料、設(shè)備進(jìn)行提前準(zhǔn)備。物料方面，用量較多的主要包括水泥、碎石、鋼筋等，要嚴(yán)格對(duì)照物料清單，對(duì)這些物料的類型、數(shù)量、質(zhì)量進(jìn)行檢查。 例如碎石的級(jí)配、鋼筋的直徑等，必須全部符合設(shè)計(jì)要求。設(shè)備方面，主要包括旋挖鉆機(jī)、攪拌機(jī)、電焊機(jī)等，對(duì)這些設(shè)備的型號(hào)、參數(shù)要進(jìn)行檢查。 其中旋挖鉆機(jī)是核心設(shè)備，安排入場(chǎng)后要及時(shí)對(duì)其性能、工況進(jìn)行檢查，旋挖鉆機(jī)的參數(shù)如表1 所示。

表1 SD-28 型多功能鉆機(jī)

2.2 確定樁基位置

現(xiàn)場(chǎng)施工人員要結(jié)合前期的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果， 掌握橋梁工程所在區(qū)域的地形地質(zhì)信息， 然后在施工現(xiàn)場(chǎng)選取若干位置作為樁基施工點(diǎn)。在確定樁基位置時(shí)，保證樁位點(diǎn)周圍平整、土層硬實(shí)，方便布置旋挖鉆機(jī)。另外，相鄰樁位之間的最短直線距離也要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定， 避免距離過(guò)近產(chǎn)生相互干擾、距離過(guò)遠(yuǎn)則影響加固效果。確定樁位后，安排旋挖鉆機(jī)等進(jìn)場(chǎng)。

3 旋挖鉆施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 埋設(shè)護(hù)筒

為了提升橋梁的穩(wěn)定性， 相關(guān)人員可以對(duì)樁基進(jìn)行針對(duì)性測(cè)試，檢測(cè)其抗壓性。 同時(shí)增設(shè)一定數(shù)量的護(hù)筒，這既能增加樁基的穩(wěn)定性，又能減輕樁基的損毀程度。加固材質(zhì)一般會(huì)選用鋼材，并根據(jù)樁基不同的位置需要采用不同的厚度。通常露出水面的主護(hù)墩筒要用12mm 厚度的鋼材，同時(shí)還要保證護(hù)筒壁一定要大于鉆頭的直徑。 護(hù)筒頂部高出地面的部分不少于30cm， 護(hù)筒中心和樁基的中心誤差不超過(guò)50mm。 另外，還要對(duì)連接處再進(jìn)行防護(hù)處理，以保證其堅(jiān)固和穩(wěn)定性。 鋼護(hù)筒施工工序見(jiàn)下圖1。

圖1 鋼護(hù)筒施工圖

3.2 安裝機(jī)具

將旋挖鉆機(jī)移動(dòng)至樁位上， 根據(jù)地質(zhì)情況選擇相應(yīng)的鉆頭，例如淤泥質(zhì)土層、軟粘土可以使用KB 型鉆頭，而巖層則使用KRR 鉆頭。選擇合適的鉆頭不僅可以提高鉆孔效率和成孔質(zhì)量， 而且也可以有效避免出現(xiàn)掉鉆等問(wèn)題。在樁位平面畫(huà)出十字線。保證鉆頭與十字線的焦點(diǎn)保持垂直、重合，然后啟動(dòng)鉆機(jī)，開(kāi)始鉆孔。

3.3 鉆孔

鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)施工人員要做好隨時(shí)觀察，如果鉆頭有偏移情況，要及時(shí)調(diào)整。 另外，還要掌握以下技術(shù)要點(diǎn)：在鉆深達(dá)到1m 之前，為了避免鉆機(jī)大幅度擺動(dòng)， 應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降低鉆機(jī)的功率， 當(dāng)鉆孔深度超過(guò)1m 后，觀察鉆機(jī)是否穩(wěn)定。 如果穩(wěn)定再循序漸進(jìn)地增加功率，達(dá)到正常功率后穩(wěn)定鉆進(jìn)。 當(dāng)鉆孔深度達(dá)到一定程度后，會(huì)遇到堅(jiān)硬的巖層，此時(shí)應(yīng)當(dāng)觀察旋挖鉆機(jī)的壓力表，當(dāng)壓力異常增加時(shí)要降低機(jī)器功率，避免鉆頭卡死。 另外也要經(jīng)常性地檢查鉆頭，如果磨損嚴(yán)重需要重新更換。

3.4 檢查清孔

鉆孔工序結(jié)束后，安排現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行鉆孔檢查。觀察孔壁是否完好，如果有明顯的裂縫、坍塌問(wèn)題，需要填埋后在附近位置重新造孔。 另外還要對(duì)鉆孔的細(xì)節(jié)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，包括孔徑、孔深以及垂直度等。 鉆孔符合要求后，進(jìn)行清孔工作，將孔內(nèi)碎石、渣土等清理干凈。

3.5 下放鋼筋籠

鋼筋籠采用現(xiàn)場(chǎng)焊接制作的方式， 按照設(shè)計(jì)要求完成制作后將鋼筋籠下放到鉆孔內(nèi)。 注意放置鋼筋籠時(shí)不要強(qiáng)行塞入，以免損壞孔壁。 控制鋼筋籠的垂直度，與鉆孔的垂直度偏差不得超過(guò)5%。為了防止后期澆筑混凝土出現(xiàn)鋼筋籠上浮問(wèn)題，還應(yīng)當(dāng)在主筋上焊接倒刺。鋼筋籠上部露出部分不應(yīng)超過(guò)地面20cm。 根據(jù)施工需要，可以設(shè)置鋼筋保護(hù)層，厚度一般在5cm 左右。

3.6 澆筑混凝土

澆筑前，將導(dǎo)管沿著鋼筋籠放置到鉆孔的底部。導(dǎo)管直徑為220mm。 灌注混凝土前需要先用少量清水沖洗導(dǎo)管，保證內(nèi)壁濕潤(rùn)，減輕混凝土流動(dòng)阻力。 將導(dǎo)管的上端連接到送料口， 將配制好的混凝土沿著導(dǎo)管灌注到鉆孔內(nèi)。按照先慢后快的原則，也是防止鋼筋籠上浮的有效措施。 每個(gè)鉆孔的灌注應(yīng)當(dāng)一次性完成， 可以保證成樁效果。 混凝土灌注至距離鉆孔頂端5cm 左右后，停止灌注。插入振搗棒，進(jìn)行混凝土振搗，增加密實(shí)度。 振搗時(shí)間約為15～20min，振搗結(jié)束后靜置2h 左右，期間混凝土?xí)匀怀两怠?最后重新補(bǔ)漿，直到鉆孔內(nèi)混凝土與地面齊平。完成上述操作后，將整套設(shè)備移動(dòng)至下一樁位，重復(fù)上述操作繼續(xù)完成施工。

3.7 拔管養(yǎng)護(hù)

將導(dǎo)管拔出， 現(xiàn)場(chǎng)施工人員要及時(shí)做好導(dǎo)管清理工作，例如清洗內(nèi)外壁上的灰渣，檢查導(dǎo)管是否有變形、裂縫等問(wèn)題。 若無(wú)明顯質(zhì)量問(wèn)題，在表面涂刷一層油，然后保管以便下次重復(fù)使用。成樁養(yǎng)護(hù)也是必要的一道工序，可以保證混凝土盡快成型，提高樁身穩(wěn)定性和承載力。

3.8 成樁檢測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)所有鉆孔均澆筑完畢后，進(jìn)行約7d 的養(yǎng)護(hù)工作，待混凝土硬化成型后，開(kāi)展成樁質(zhì)量檢測(cè)。 為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和公正性， 施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)邀請(qǐng)具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)單位負(fù)責(zé)成樁檢測(cè)工作。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，施工負(fù)責(zé)人、監(jiān)理工程師、檢測(cè)人員三方全部到場(chǎng)。 采用無(wú)損檢測(cè)方式，對(duì)各個(gè)樁位的長(zhǎng)度、硬度、密度等具體參數(shù)分別進(jìn)行檢測(cè)。檢查結(jié)果如果不符合要求的，應(yīng)當(dāng)以廢樁處理，在所有檢測(cè)工作完成后，施工人員確定廢樁數(shù)量和位置，重新規(guī)劃補(bǔ)樁位置。

4 常見(jiàn)問(wèn)題與處理

4.1 樁身夾泥

橋梁工程所在區(qū)域?yàn)橛倌噘|(zhì)軟土的情況下， 如果使用較快的速度拔管，就會(huì)導(dǎo)致混凝土未完全干燥成型，管外淤泥涌入樁身，后期成樁后出現(xiàn)樁身夾泥的情況。樁身夾泥會(huì)導(dǎo)致旋挖樁的承載力度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 后期橋梁通車后，樁基因?yàn)椴荒軡M足承重要求而出現(xiàn)彎折、變形等問(wèn)題，影響橋梁使用安全。 針對(duì)此類問(wèn)題，一是要結(jié)合施工區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)，控制拔管速度，且拔管過(guò)程中不宜進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；二是將護(hù)筒完全拔出后，立刻用鋼筋網(wǎng)片封堵孔口，靜置約2h 左右，繼續(xù)回填。

4.2 護(hù)筒拔起困難

制備混凝土?xí)r，未嚴(yán)格按照配比，或是配比本身設(shè)計(jì)不當(dāng)，水的摻加比例偏低，混凝土過(guò)于黏稠，流動(dòng)性不好。澆筑混凝土?xí)r，部分混凝土粘結(jié)在護(hù)筒內(nèi)壁上，后期拔出護(hù)筒時(shí)，會(huì)增加阻力，導(dǎo)致拔起困難。對(duì)于此類問(wèn)題，可以嘗試以下措施進(jìn)行防控：其一，嚴(yán)格控制混凝土配比，澆筑前可以先用少量清水濕潤(rùn)護(hù)筒，提高澆筑效果。 其二，在地下水較為豐富的地區(qū)，埋設(shè)護(hù)筒時(shí)需要設(shè)置隔水塞，可以避免混凝土發(fā)生離析，保證旋挖樁良好成型，減輕后期拔出護(hù)筒的阻力。

4.3 堵管

堵管是旋挖鉆施工中常見(jiàn)的一類問(wèn)題， 導(dǎo)致堵管的原因多樣，例如導(dǎo)管質(zhì)量問(wèn)題，存在漏水、變形等，灌注混凝土?xí)r管內(nèi)混凝土不能順利流動(dòng)，出現(xiàn)堵塞。還有的則是混凝土出現(xiàn)問(wèn)題，例如采用混凝土車從附近運(yùn)輸混凝土，但是運(yùn)輸距離和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混凝土出現(xiàn)硬化，也增加了導(dǎo)管堵塞的概率。 預(yù)防堵管的措施包括：其一，下放導(dǎo)管前應(yīng)注意對(duì)導(dǎo)管質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查， 包括導(dǎo)管的直徑是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、有無(wú)變形裂縫出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題等；其二，控制混凝土的質(zhì)量，保證混凝土現(xiàn)用現(xiàn)配。預(yù)制混凝土應(yīng)當(dāng)控制運(yùn)輸時(shí)間，保證混凝土使用性能和施工方便。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某橋梁樁基礎(chǔ)施工為研究背景， 詳細(xì)介紹了旋挖鉆施工前對(duì)物料和機(jī)具的準(zhǔn)備， 以及對(duì)樁基位置的確定，然后對(duì)護(hù)筒埋設(shè)、機(jī)具安裝、鉆孔、檢查清孔、鋼筋籠下放、混凝土澆筑、拔管養(yǎng)護(hù)、成樁檢測(cè)等工作流程以及技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了論述， 最后簡(jiǎn)單描述了旋挖鉆施工過(guò)程中出現(xiàn)的樁身夾泥、 護(hù)筒拔起困難以及堵管等常見(jiàn)問(wèn)題，并提出了相應(yīng)問(wèn)題的處理方法，研究表明旋挖鉆施工技術(shù)施工流程簡(jiǎn)單、技術(shù)難度要求較低，且具有良好的加固效果，可有效運(yùn)用于橋梁樁基工程中。