旋挖鉆機成孔技術在橋梁樁基施工中的應用

龔佳斯

摘 要：橋梁工程建設對于樁基施工質量要求較高，如果施工質量不符合要求，會影響橋梁整體穩定性，縮短橋梁使用壽命，增加后期維護成本投入，也給行駛車輛帶來了安全隱患。在樁基施工中應用旋挖鉆機成孔技術，優化成孔技術流程，強化樁基承載能力，有利于延長使用時間，降低后續橋梁工程安全問題發生概率。基于此，對旋挖鉆機成孔技術在橋梁樁基施工中的應用技術要點進行了分析，以期可以為樁基施工提供技術參考。

關鍵詞：旋挖鉆機成孔技術；橋梁；樁基施工

中圖分類號：U445.551? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2024）02-0013-03

0引言

樁基成孔施工中旋挖鉆機成孔技術因其精準度高、施工效率高以及振動干擾小的優勢，成為了常用的施工方法，其不會給周圍造成揚塵污染、噪聲污染，符合綠色環保施工理念。在實際應用時，旋挖鉆機是利用軸向壓力進行打孔，可以通過桅桿變幅結構達到在短時間內移動的目的，縮短了鉆機和樁位對接時間，保證鉆頭位置的正確性。

因此，要重視對旋挖鉆機成孔技術要點進行分析，在樁基成孔施工中結合地質參數和施工環境調整鉆機參數，保證成孔施工活動的有序開展，規避質量問題。

1 旋挖鉆機成孔技術應用原理

在施工時，旋挖鉆機會通過底部有活門的桶式鉆頭破碎巖土，將巖土裝入鉆斗內部，利用提升和伸縮裝置將鉆頭提出后便可完成巖土卸載處理，逐漸完成鉆孔作業。

在施工時，需要考慮到巖土層粘結性。粘結性較好的情況下選擇干式鉆進或者清水鉆進，此時不需要通過泥漿施工。若地層施工時塌陷風險性較高，或者地下水含量較高，應當選擇靜態泥漿護壁鉆進施工，通過泥漿對鉆孔進行有效保護。成孔器和鉆孔效率間聯系緊密，它可以直接擠壓多余土體，將其擠壓到周圍土層結構內，省去了二次提鉆過程，也無需反復對土體進行裝卸，優化了施工流程。旋挖鉆機成孔技術具有成孔速度快、適應能力強、環保的優勢，可以減少給周圍環境帶來的影響，滿足多種地質環境的施工需求。

2 旋挖鉆機成孔技術在橋梁樁基施工中的應用準備工作

2.1 確定鉆孔工藝參數

鉆孔工藝參數和后期成孔質量之間聯系密切，在施工前相關人員需要對工藝參數進行精準計算和分析，以提升鉆孔精準度以及施工質量。旋挖機作業壓力屬于軸向壓力，在進行施工時要求施加壓力和鉆孔基底兩者之間呈現為垂直狀態，確保壓力處于不偏移的狀態。

施工人員應當結合巖層參數、單軸向抗壓強度、鉆機性能、鉆斗直徑對鉆機壓力參數進行調整。在轉速設定中，需要以土層物理特性為基礎進行調整。按照鉆斗高度計算進尺長度，進尺長度為0.8倍的鉆斗高度。旋挖鉆機孔孔位和設計孔樣間偏差控制在5 cm以內，鉆孔孔徑要求超出噴射管井2 cm，鉆孔有效深度要超過設計深度0.3 mm，且保證每個孔位無漏漿問題。

2.2 鉆頭選擇

鉆頭和成孔質量間關系緊密，需要考慮到地層實際狀況對鉆頭進行合理選擇。淤泥土質使用雙層底旋挖鉆頭、通氣孔鉆頭，并且增設導流槽，符合淤泥土層的施工需求，有利于防止孔壁坍塌問題的出現。對硬膠泥層可使用單進直螺旋鉆頭或旋挖鉆頭，隨時對鉆頭角度調整。黏土層使用單層底旋挖鉆頭和長鉆筒，有利于提升鉆進速度。土層含砂水平較高宜使用短鉆筒，和泥漿處理進行搭配，以有效提高鉆進速度[1]。

2.3 泥漿穩定液制備要點

鉆孔泥漿灌注會直接影響樁基穩定性，為了保證成孔質量，需要對泥漿穩定液進行合理制備。泥漿構成成分為膨潤土、水、配合劑，有利于強化泥漿性能和穩定性。膨潤土按照水∶土為8∶100的比例標準進行配制。

常用添加劑有以下5種：①羧甲基纖維素，占膨潤土質量0.05%～1%，用于對孔基底進行強化，使泥漿內含水量符合施工要求。②鐵鉻木質素磺酸鹽，占膨潤土質量0.1%～0.3%，用于對鉆渣進行粘聚，并促使粘渣沉降。③聚丙烯酰胺絮凝劑，占泥漿質量0.003%，用于將鉆渣聚合在一起，對鉆渣進行絮凝化處理。④硝基腐殖酸鈉鹽，占膨潤土質量0.1%～0.3%，提升泥漿黏合性能，避免泥漿水分丟失。⑤碳酸鈉純堿，占泥漿質量0.1%～0.4%，作用和硝基腐殖酸鈉鹽相同。

泥漿制作前應當提前對黏土塊破碎，并通過攪拌機使其變為泥漿，在專門的泥漿池內設置凈化循環系統。在使用后可以對泥漿進行回收，可以防止出現環境污染問題，符合綠色施工需求。

用含砂率測試計測定泥漿含砂率，測定膠體率評估泥粒的黏性、懸浮性。用黏度計測量泥漿黏度，保證泥漿澆筑孔底的穩定性與膠合性。在綜合測算泥漿參數后，對制備泥漿穩定液進行性能測定，評估其性能是否符合施工標準。泥漿比重在0.1～1.05，黏度為18～25 Pa·s，含砂率低于6%，膨潤土濃度大于8%，泥漿酸堿值低于11，相對密度在1.3以上，穩定液失水率在15 mL/h以下，泥漿靜切力控制在30～50 mg/cm2，膠體率為97%及以上。

3 旋挖鉆機成孔技術在橋梁樁基施工中的應用要點

3.1 施工場地處理要點

在進行施工前，需要對施工場地進行處理，清理施工場地處的各種雜物，如果發現施工區域有坑洼現象需要及時回填，將凸起的土堆挖除，提升施工區域的平整性以及整潔性。對施工時需要對使用到的各類機械設備進行整理，包括旋挖成孔鉆機、全站儀、車輛、挖掘設備等。提前嘗試運行機械設備，避免在施工時出現進度延誤的問題。將材料運送到施工現場實施鉆孔打樣，提前針對鉆孔的質量進行評估，在合格后正式進行樁基成孔施工[2]。

3.2 放樣施工

放樣測量施工依靠全站儀進行，明確樁基的實際位置，在樁基中心區域實施施工作業。挖孔后，在標記的位置進行護筒埋設，合理計算埋設深度，在埋設完畢后利用黏土對護筒進行固定處理，并檢查護筒的埋設是否符合施工要求。鋼護筒頂面位置偏差在50 mm以內，傾斜角度偏差為1%以內，埋深長度的偏差范圍在“2%≤埋深長度≤3%”。通過測量試驗可以避免護筒出現傾斜的問題，為后續施工活動的開展提供保障。鋼護筒的主要功能在于對鉆孔進行保護，可以防止松散土體給成孔施工帶來影響。

對部分區域存在淤泥層厚的問題，需要利用振動錘進行處理。在實際埋設護筒時，應先選擇大口徑鉆頭進行鉆孔，在鉆進2 m后提出鉆頭并利用震動錘將護筒壓入。在完成澆筑流程后，即可拔出護筒，在拔出時保持護筒平穩，避免給附近地層結構帶來干擾和影響。

3.3 樁基成孔

3.3.1 鉆機就位

在清理施工場地后，明確樁基中心位置，在中心位置插打鋼護筒。鉆機進入到施工現場后將其移動到合適的位置，將其安裝到枕木上方，對鉆機進行參數和姿態進行調整。在鉆機準備環節，要求鉆錘起吊滑輪緣、鉆錘和樁孔3者中心點保持在同一條垂線之上，避免垂直方向出現偏移。鉆機位置無錯誤后對鉆機進行固定，配置鉆頭后即可進行施工。

3.3.2 鉆進

旋挖鉆機在鉆進施工時要求關注鉆錘狀態，保持穩定，并關注鉆進速度的快慢。在初期鉆孔階段按照小沖程、慢速沖進的原則進行鉆進，等待施工正常后對沖程進行調整，使其恢復到正常狀態即可。

初期鉆進或者即將穿過軟硬層之前，要求鉆桿處于垂直狀態，將鉆進速度調小，防止由于鉆進速度過快而出現安全風險問題。在出現難以進行鉆進問題后，及時將鉆頭向上方提起，檢查是否遇到鉆進障礙，不可一味鉆進。

在鉆進速度管控中，要根據實際的地質情況調整升降速度。速度過快會使轉斗底部壓力水平上升，泥漿會帶給孔壁以沖擊作用容易引發孔壁坍塌或者縮孔問題的出現。土層為粉質黏土時將升降速度調整為0.973 m/s，轉速為0～10轉/min。將砂石土層升降速度調整為0.438 m/s，轉速為0～20轉/min。將強風化泥巖土層升降速度調整為0.858 m/s，轉速為0～15轉/min。將中風化泥巖土層升降速度調整為0.575 m/s，轉速為0～8轉/min。

3.3.3 終孔

在成孔之后需要通過掏渣筒對成孔進行清理，以此來保證成孔質量。利用地質雷達儀對鉆孔底部位置進行探測，了解地質情況，收集地質數據，在整合成為地質報告后分析是否達到終孔要求。如果在探測過程中，發現存在裂隙、夾層或者溶洞時應當繼續進行鉆進施工，一直使鉆頭穿過不良地質層。在穿過后對地質情況實施再次探測分析，評估是否達到了結構受力需求，符合受力需求即可確認終孔[3]。

3.3.4 清孔

清孔可以及時對孔內存在的雜物進行清理，避免大量雜物堆積影響樁基成孔質量，在實際施工中需要根據施工流程對孔內進行有效清理。

一次清孔主要是在鉆孔進尺和標高要求一致時進行，選擇正循環法實施清孔處理，主要利用掏渣筒處理。在清孔時需要關注是否有塌孔的問題，要求對孔內水頭進行管控，提升穩定性，觀察和測定泥漿制備是否和設計要求相一致。如果檢查結果合格一次清孔完畢，將鉆頭以緩慢的速度向上移動，將鉆機的位置移開。

清孔結束后對樁徑、垂直度進行檢測分析，探孔器為主要的探測設備，要求其外徑小于樁體直徑，長度按照樁徑4倍調整。隨后測定樁底沉渣量，如果孔內雜物堆積仍然較多可以再次進行清理，和一次清孔流程相同，直到孔底沉渣量和施工規范一致。

3.4 鋼筋籠施工要點

鋼筋籠制作前應當先明確具體的焊接區域，對樁基豎向主筋的實際位置進行標記，將其固定后實施箍筋處理。通過鋼筋籠成型機對鋼筋進行加工，鋼筋籠加工完后使用平板車進行轉運處理，使用25 t汽車進行吊裝，按照不同的節段分別將鋼筋籠放到孔洞內。

當一節鋼筋籠安裝結束之后，需要及時向聲測管內部進行灌水，評估管道結構密閉性是否符合施工要求。在灌水后，水位如果處于穩定水平，可以對聲測管進行密封處理。如果出現水位下降，需要通過汽車起重機及時將鋼筋籠吊起來檢查問題，在問題解決后再次下放鋼筋籠，必須要保證管內水位符合施工要求才可實施密封處理。

骨架下放時觀察其與鋼筋籠位置關系，如果到達頂部加勁箍的區域應當選擇厚管壁鋼管穩定骨架。確保軸線和第一節鋼筋籠保持對準，隨后連接鋼筋接頭。

3.5 混凝土灌注施工要點

樁基結構主要是通過剛性導管法進行灌注施工，以此來確保其能夠真正成型。優先選擇內徑φ325型卡口剛性導管，作為混凝土灌注的主要管道材料。在灌漿施工前，需要實施水密承壓以及接頭抗拉兩項試驗，在試驗合格后下放導管，對長度實施標記和編號處理，在下放期間需要檢測導管位置，要求和孔底之間的距離控制在30 cm。

在橋梁工程施工中，各樁之間的規格有所不同，應當結合具體情況準備混凝土，要求導管初埋深度為1 m及以上。在灌注前應當對樁孔進行檢查，對沉渣厚度、樁孔深度參數進行分析和檢測，在每項指標沒有錯誤后灌注混凝土。在灌注時，保證混凝土灌注的連續性，樁頂實際高度應當微微高出設計標高，高出幅度為50 cm。灌注施工要求導管埋深超過2 m，控制在6 m以下。等待6 h后可以將套管拔出，鑿除樁頭。

4 旋挖鉆機成孔技術應用檢測

在旋挖鉆機成孔后需要對成孔質量進行測定，記錄成孔參數，評估成孔質量，并開展靜荷載試驗，測定樁基穩定性以及抗壓性能。如果發現性能指標和施工要求不一致，需第一時間進行處理。旋挖鉆孔質量標準需要選擇20個旋挖鉆孔進行檢測，計算20個鉆孔的均值，對照均值和標準要求之間的差異。

成孔質量標準為沉渣厚度≤300 mm，單排樁中心位置≤50 mm，實測孔徑和孔深分別在135 cm、64 m以上，相對密度控制在1.03～1.1，膠體率大于98，垂直度等于或者小于1%，含砂率大于2，黏度在18～25 Pa·s。如果施工后鉆孔質量符合施工標準，代表樁基穩定性較強。對樁基進行靜荷載力施加，觀察在不同程度荷載力的影響下，樁基沉降是否異常，在未破壞、有沉降的情況下記錄承載力數據，得出極限承載力，評估橋梁樁基是否符合未來橋梁通行需求。

5 結束語

旋挖鉆機具有施工效率高、能源消耗少、噪聲低、污染小以及適用性廣的優勢，可以滿足不同地域環境下的樁基施工需求，解決了橋梁工程建設難題。

應用旋挖鉆機成孔技術能夠有效減少人工挖孔強度投入。在施工中，需要對鉆孔的各個環節進行有效的監管和檢查，及時發現存在的鉆孔問題，對鉆進參數進行調整，保障鉆孔活動有序開展。

但是該種成孔技術在應用中存在著一定的問題，如容易受到施工土層的限制，泥漿護壁效果不足，施工所需成本較高，在后期搬遷中難度較大。因此，在今后施工應用中應當對施工問題進行分析，制定合適的策略解決難題，發揮旋挖鉆機的優勢。

參考文獻

[1] 周建榮，周寧.旋挖鉆成孔技術在橋梁樁基施工中的應用[J].建筑機械，2022（12）：45-48.

[2] 曾永忠.旋挖鉆成孔技術優點及在橋梁樁基工程中的應用[J].科技視界，2021（23）：111-112.

[3] 王佳.旋挖鉆成孔技術優點及在橋梁樁基工程中的應用[J].四川建材，2020，46（2）：122-124.