論丘陵山區高速公路大橋旋挖機鉆孔施工技術

沈 毅

（貴州省公路建設養護集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

公路橋梁建設中，旋挖機鉆孔施工技術在施工過程中能減少泥漿消耗和廢棄，且成孔時間短，在橋梁樁基礎施工中得到廣泛應用。樁基施工質量是影響樁基受力性能的關鍵因素，樁基受力性能直接影響橋梁質量和安全性能[1-2]。基于此，該文結合實例項目，對橋梁施工中的旋挖機鉆孔施工技術展開研究，對提高我國公路橋梁工程施工質量具有積極意義。

1 工程概況

某高速大橋屬于低山丘陵地貌，地形起伏，跨山間溝谷及小河。橋位地質為粉砂巖、砂礫巖、頁巖等。該大主橋（12#-16#墩）共有樁基54根，樁徑2.0 m。引橋共有樁基120根，其中樁徑1.5 m樁基6根，1.6 m樁基7根，1.8 m樁基32根，2.0 m樁基54根，2.2 m樁基21根，無水中樁。地下水受地表水及降雨影響明顯；施工場區內有鄉級公路通往場區附近，交通條件較便利。

2 旋挖鉆施工特點

旋挖鉆成孔工藝在砂土、粉質土、礫巖、砂巖等巖土層中均有廣泛的應用，可以滿足不同地質條件基礎施工的要求[3]。在交通條件便利，施工場地滿足設備自重承載力的情況下，根據不同類型的土層選擇不同型號的鉆頭和施工方法進行基礎施工。

3 旋挖機鉆孔施工技術要點

3.1 施工工藝流程

旋挖機鉆孔施工工藝流程見圖1。

圖1 旋挖鉆施工工藝流程框圖

3.2 施工準備

旋挖機進場施工前，對施工場地采用挖掘機、自卸汽車、裝載機修筑鉆孔施工平臺及施工便道，并在鉆機就位前進行清理及挖探，保證樁基以下沒有障礙物；場地經平整后必須壓實，確保地基承載力[4]；主要機械設備表見表1。

表1 主要機械設備一覽表

由于鉆機自重較大，為防止便道及施工平臺地基受力不均勻導致設備傾覆及塌孔事故發生，樁基施工平臺頂部需提前設置長、寬、厚不低于600 mm×150 mm×10 mm的鋼墊板。

3.3 樁位放樣

樁位放樣精度偏差控制在5 mm以內，并在樁的前后左右距中心＞2 m處分別打入定位鋼筋設置呈“十”字形護樁，用砂漿或混凝土保護，防止施工中觸碰偏位，以供隨時檢驗樁中心及鉆機對中情況。樁位護樁位置及結構形式見圖2及圖3。

圖2 樁位護樁位置示意圖

圖3 樁位護樁結構形式詳圖

3.4 鉆機就位

根據地質勘察報告所標示的巖層類型及抗壓強度選取合適型號和尺寸的旋挖鉆機。鉆機就位前下方采用鋼板支墊和調平；在鉆進過程中，旋挖鉆機必須鎖定，防止鉆機滑動移位[5]。

鉆機就位后，調好鉆桿垂直度，保證鉆頭中心與樁位中心在同一軸線上，對位偏差不大于10 mm。施工過程中，升降鉆頭時要平穩，不得碰撞護壁和孔壁。

3.5 鋼護筒的制作和埋設

（1）護筒采用整體式鋼制護筒，壁厚6 mm，護筒內徑樁身直徑10 cm，護筒長3 m，在頂口和底口加焊一圈6 mm厚、15 cm高的加強圈，接頭焊接密實、飽滿。

（2）以放樣定位樁樁位為基準，確定護筒的中心位置，利用挖掘機開挖至設計護筒底以上100 cm的位置，再利用挖機將護筒擊至設計標高。

（3）以控制樁樁位中心坐標為基準，測放出其他孔位中心位置。安設鋼護筒時，先用全站儀進行定位安裝放樣，拉尺確定鋼護筒圓周位置定位固定，水平儀和垂球控制好垂直度。

（4）護筒應高于地面不少于20 cm，防止雜物、渣土等落入孔內，樁位有承壓水時，須確保護筒高出承壓水穩定液面2 m以上。護筒結構示意如圖4所示。

圖4 護筒結構示意圖

3.6 旋挖鉆成孔

（1）旋挖鉆機開始鉆進后需根據鉆頭所處不同巖層采用不同的鉆進方式：1）軟土層鉆進階段，鉆機整體負載較小，可采取高壓、高鉆速快速鉆進；2）黏土層鉆進施工階段，需連續加壓，采取高轉速、低負載模式鉆進；3）在摩擦力較大的砂層，可采取循環加壓、回壓鉆進，在減少機器磨損的同時加快鉆進速度；4）振蕩地質構造工況鉆進時，需采用不斷加壓強行破碎的方式保證鉆頭鉆進；5）在較硬的砂礫層作業時，旋挖機需采用低轉速持續鉆進，防止采用高轉速造成的鉆頭打滑和鉆孔偏位[6]。

（2）鉆機采用膨潤土造漿，由過濾器、泥漿罐等構成泥漿循環系統；鉆孔施工階段，泥漿在鉆頭設備擠壓作用下，形成泥漿護壁，阻隔孔內外滲流，防止孔洞坍塌。

在泥漿池布置方面，要考慮泥漿池的選位不占用樁位，同時不影響現場正常施工流水作業和材料機械的周轉。可適當增加幾個小的沉淀池以及加長循環槽，以便在清孔作業時能夠有充分的空間來對清出來的泥沙進行有效沉淀，泥漿池布置如圖5所示。

圖5 泥漿池布置方案示意圖

（3）鉆進施工階段，須密切關注出土渣樣類型，準確判斷鉆進土層地質類別，比對實際作業地層地質類別與設計地質剖面圖紙的一致性，發現異常及時上報處理。

（4）當在鉆機鉆進過程中遇到強度較大的巖層時，例如鉆頭進入中風化砂巖層，可以采用先小尺寸鉆頭破碎鉆進，再大尺寸鉆頭鉆進出渣的方法對巖層逐步鑿除，加快鉆進速度。

（5）為防止孔壁失穩、坍孔等，鉆孔須連續進行、一次成型。

（6）孔位鉆設完畢，及時上報監理驗收，驗收合格后方可終孔。

3.7 地質情況記錄

地質情況記錄，需填寫規范化的地質記錄表，主要內容包括：工作項目、鉆進速度、成孔孔徑、成孔深度、孔低標高等。鉆孔達到預定鉆孔深度后，提起鉆桿，測量孔深及虛土厚度[7]。

3.8 成孔檢查及清孔

孔位鉆進至設計深度，經監理工程師驗收通過后，即可終孔，適當清孔后，提起鉆進鉆頭測定成孔深度、孔徑、垂直度等。測孔采用專用檢孔儀，對孔深、孔徑和孔斜進行檢測。如樁基檢測圖反映的孔徑、孔斜、孔深達不到檢驗標準，則需重新下鉆頭處理[8]。

成孔量測、驗收合格后，立即開展清孔施工，采用挖斗反復撈取沉渣，將孔底殘渣提出孔外。

4 樁基施工過程中的常見問題及處理措施

4.1 坍孔

（1）坍孔原因：1）孔壁四周巖體破碎，造成孔壁不穩定；2）護筒埋深不足，護筒下端孔口滲漏，致使孔壁在滲漏作用下失穩坍塌，或受施工振動擾動，造成孔口塌陷，引起坍孔；3）鉆頭、鋼筋籠碰撞孔壁，破壞泥漿護壁；4）遇破碎地層時鉆進進尺過快或鉆孔遇溶洞；5）成孔后未及時灌筑混凝土造成坍孔。

（2）坍孔預防和處理措施：1）探明坍塌位置，將片石和黏土混合物回填到塌孔位置以上1～2 m，等回填物沉積密實后再重新成孔；2）鋼筋籠吊進時對準孔中心豎直插入，嚴禁碰撞孔壁；3）待孔壁穩定后，采用低速重新鉆進；4）成孔后應及時灌筑混凝土。

4.2 斜孔

（1）斜孔原因：1）樁位下方有較大孤石、探頭石；2）鉆進地層軟硬底層交界面傾斜；3）鉆進安置不水平、鉆進階段鉆機發生不均勻沉降、位移等。

（2）斜孔預防和處理措施：1）鉆機安裝就位階段，按照鉆機就位要求調平鉆機底座；2）軟硬地質層交接地面鉆進階段，適當降低鉆進速度；3）鉆孔階段發現斜孔現象，立即停止鉆進，分析斜孔產生成因，并回填重鉆；4）鉆進階段定時檢查鉆進孔洞數據，及時糾正偏差。

4.3 擴孔或縮孔

（1）擴孔或縮孔原因：1）擴孔、縮孔表現為成孔局部孔徑過小、過大，地層土質松散、地下水較多工況下，鉆頭擺幅過大是造成擴孔的主要原因；2）鉆錐磨損或補焊不到位、土層中橡皮土分布過厚是造成縮孔的主要成因。

（2）擴孔或縮孔預防和處理：1）孔壁局部剝離、脫落、坍塌擴孔，若不影響鉆進無須另行處理，若孔影響鉆進、鉆孔無法達到設計深度，須按坍孔處理；2）鉆進階段及時修補鉆頭，避免鉆頭磨損過于嚴重引起縮孔；軟塑土層鉆進階段，宜適當增大鉆進速度，并采用失水率小的優質泥漿，或反復上下、左右掃孔擴大孔徑。

5 結論

綜上，旋挖鉆進工藝鉆進效率高、適應性強，在軟弱土、強度較低的風化巖層鉆孔灌注樁施工中應用廣泛。旋挖鉆孔施工階段，須強化鉆機就位、鋼護筒埋設、鉆進成孔等環節的質量控制，發生坍孔、斜孔、擴孔、縮孔等問題時，根據問題產生成因，采取具有針對性的糾偏或處理措施，及時檢查、調整鉆進施工參數，保證成孔質量。