淺談旋挖鉆機(jī)在樁基施工中的應(yīng)用

覃志科

（中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1、贛龍鐵路GL-2標(biāo)福水特大橋基本概況

贛龍鐵路GL-2標(biāo)福水特大橋共69跨，包括1～68號墩及兩個橋臺，橋梁全長2254.265m。全橋有614根樁基礎(chǔ)，按摩擦樁設(shè)計(jì)。其中1.0m樁徑有572根。

福水特大橋跨越主要為低山，表層為第四系坡洪積粉質(zhì)黏土，軟塑～硬塑，局部夾有0～10m的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、黏土。山坡表層為第四系坡、殘積粉質(zhì)黏土，含少量碎礫石。下伏基巖為震旦系砂巖，寒武系－奧陶系－志留系變質(zhì)砂巖、炭質(zhì)板巖、頁巖，泥盆系砂巖、粉砂巖、頁巖、石英砂巖，石炭系的灰?guī)r、粉砂巖、砂礫巖，二疊系的頁巖、灰?guī)r和煤層，侏羅系、白堊系的砂巖、砂礫巖、泥質(zhì)粉砂巖，燕山期的花崗巖等。

2、樁基礎(chǔ)施工方案的確定

福水特大橋由于樁基數(shù)量大，施工工期短，結(jié)合工期要求、施工條件等因素，經(jīng)過認(rèn)真的分析比較認(rèn)為，采用沖擊鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)相結(jié)合的施工方案。經(jīng)詳細(xì)對工程地質(zhì)資料及設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)報告分析，福水特大橋沿線大部份處地基巖土從地面以下依次為粉質(zhì)粘土層，細(xì)砂層，細(xì)圓礫土層，全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，地質(zhì)條件較好，比較適合旋挖鉆機(jī)施工,為了保證工期和施工質(zhì)量，在26#墩～52#墩優(yōu)先采用旋挖鉆進(jìn)行樁基施工。

3、旋挖鉆施工工藝

3.1.1 旋挖鉆施工工藝原理

旋挖鉆機(jī)施工法又稱鉆斗鉆成孔法，成孔原理是在一個可閉合開啟的鉆斗的底部及側(cè)邊，鑲焊切削刀鋸，在伸縮鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動下，旋轉(zhuǎn)切削挖掘土層，同時使切削挖掘下來的土渣進(jìn)入鉆斗內(nèi)，鉆頭裝滿后提出孔外卸土，這樣通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提升和出土，多次循環(huán)作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)成孔。其中，旋挖鉆工作時壓力、扭矩傳遞順序?yàn)椋?/p>

1）壓力：動力頭油缸--動力頭--鉆桿鉆頭--切削刀

2）扭矩：動力頭馬達(dá)減速機(jī)--動力頭輪轂鉆桿--鉆頭--切削巖土

由此可以看出，旋挖鉆機(jī)的動力轉(zhuǎn)變?yōu)槭┕に璧你@進(jìn)壓力和扭矩，而傳輸過程中的壓力和扭矩的利用率則取決于鉆桿和鉆斗，且鉆斗的關(guān)鍵參數(shù)是斗齒刃前角，選擇不同的斗齒刃前角，其鉆進(jìn)效果不同。

同時，由于旋挖鉆機(jī)自重較大，鉆進(jìn)時也可依靠鉆桿和鉆頭自重或加壓切入土層，斜向斗齒在鉆斗回轉(zhuǎn)時切下土塊向斗內(nèi)推進(jìn)而完成鉆取土；當(dāng)遇硬土?xí)r，自重力不足以使斗齒切入土層時，可通過加壓油缸對鉆桿持續(xù)加壓，強(qiáng)行將斗齒切入土中，完成鉆孔取土，其中加壓原理是在動力頭傳遞扭矩的同時，通過筒式主軸內(nèi)壁的板牙與鉆桿矩形鍵間的正壓力所產(chǎn)生的摩擦阻力實(shí)現(xiàn)向鉆斗加壓。

3.1.2 旋挖鉆施工工藝流程

施工準(zhǔn)備--測量放樣--制備泥漿（地質(zhì)條件允許時可不用泥漿）--埋設(shè)護(hù)筒--鉆機(jī)就位--鉆進(jìn)成孔--清孔--下道工序。

4、旋挖鉆施工特點(diǎn)。旋挖鉆施工主要特點(diǎn)是施工效率高，施工成本低，特別適用于工期要求緊的工程項(xiàng)目。贛龍鐵路GL-2標(biāo)福水特大橋用于樁基施工的旋挖鉆機(jī)是山推工程機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的SER22型，其整機(jī)重量74t，動力頭最大輸出轉(zhuǎn)矩220kN.m，動力頭額定工作轉(zhuǎn)速7-22r/min，最大鉆孔直徑2000mm，最大鉆孔深度65m，加壓油缸加壓力185kN，加壓油缸提升力210KN，發(fā)動機(jī)功率256kW。

4.1 旋挖鉆施工特點(diǎn)如下：

4.1.1 采用平行四邊形變幅機(jī)構(gòu)，施工機(jī)動靈活，作業(yè)效率高。所配套的短螺旋鉆頭、普通鉆斗、撈砂鉆斗等鉆具，可鉆進(jìn)粘土層、砂礫層、卵石層和中分化泥巖等。

4.1.2 具有功率大、成孔速度快的特點(diǎn)。贛龍鐵路GL-2標(biāo)福水特大橋樁基施工中，一根30米長的樁基旋挖鉆平均每2～3小時就能完成。

4.1.3 移位和定位方便、快速、準(zhǔn)確。旋挖鉆采用液壓伸縮履帶底盤，自行起落折疊式桅桿，自動控制監(jiān)測主機(jī)功率、回轉(zhuǎn)定位和回轉(zhuǎn)復(fù)位及安全保護(hù)，移位方便快速；樁基定位及成孔垂直度、成孔深度均由電腦系統(tǒng)自動控制調(diào)整，操作上采用先導(dǎo)控制、負(fù)荷傳感的液壓系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了人、機(jī)、液、電一體化。相比較于其他類型的鉆機(jī)，旋挖鉆在鉆進(jìn)過程中，發(fā)生斜孔的機(jī)率極小。由于成樁快，同時移位方便，因此在福水特大橋旋挖鉆機(jī)樁基施工中，是四個墩位的鉆孔平臺一起交叉施工，最大化的發(fā)揮出旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢。

4.1.4 成孔質(zhì)量高。旋挖鉆施工克服了機(jī)械成孔時孔底沉淤土多，樁側(cè)摩阻力低，泥漿管理難度大的缺點(diǎn)，保證了成孔質(zhì)量。

4.1.5 不同孔徑，只需更換不同孔徑的鉆頭即可。福水特大橋有1m和1.25m的樁徑，旋挖鉆機(jī)在不同樁徑的樁基施工時，更換不同孔徑的鉆頭非常方便、快速。

4.1.6 旋挖鉆施工具有噪音小、環(huán)保的特點(diǎn)；同時對于地質(zhì)條件較好的施工現(xiàn)場，可采用干式或清水鉆進(jìn)成孔，無需泥漿護(hù)壁，從而克服了沖擊鉆和回旋鉆鉆孔時需用泥漿護(hù)壁的特點(diǎn)，降低了施工對環(huán)境的污染程度。

旋挖鉆在福水特大橋樁基施工時，利用的是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的泥漿進(jìn)行成孔護(hù)壁。因此，旋挖鉆在成孔和清孔時，不產(chǎn)生新的泥漿。

5、旋挖鉆鉆孔灌注樁施工中常見問題的預(yù)防與處理

5.1 樁孔垂直度偏差

旋挖鉆在施工過程中，由于鉆機(jī)安裝就位穩(wěn)定性差，作業(yè)時鉆機(jī)安裝不穩(wěn)，地面基礎(chǔ)軟弱或軟硬不均勻，地質(zhì)中土層呈斜狀分布或土層中夾有大的孤石或其他硬物等情形，會造成孔后樁孔出現(xiàn)較大垂直度偏差或彎曲，這對成樁的質(zhì)量有很大的影響。因此在旋挖鉆鉆孔施工中，應(yīng)該采取以下幾點(diǎn)措施來預(yù)防樁孔出現(xiàn)較大的垂直度偏差:(1)場地施工前先換除軟土、夯實(shí)平整，另外，如果有條件，也可以在換填的基礎(chǔ)上，加墊一層輔助性的材料（如鐵板等），確保鉆機(jī)安置穩(wěn)固，鉆架豎直。同時注意下好護(hù)筒和井口管；選用性能好的泥漿；鉆具要保持豎直度、剛度、同心度，防止鉆機(jī)跳動、鉆桿晃動等。(2)進(jìn)入不均勻地層時，鉆速要慢，尤其是遇到塑性較差的沙層。(3)遇到孤石地層或硬層時，鉆速要慢，鉆孔偏斜時，可提起鉆頭上下反復(fù)掃鉆幾次，以便削去硬土，如糾正無效，應(yīng)于孔中局部回填黏土至偏孔處0.5m以上，重新鉆進(jìn)。

5.2 孔底沉渣過厚

由于福水特大橋所處地理位置及地質(zhì)條件，旋挖鉆孔施工過程中，當(dāng)鉆進(jìn)砂層時，砂不可避免混進(jìn)泥漿中，泥漿一般都循環(huán)使用，當(dāng)多次使用的泥漿注入孔內(nèi)時，經(jīng)過幾小時的沉淀，砂便會沉淀到孔底，引起沉渣過厚；另一方面，鉆進(jìn)過程中提鉆時泥砂等容易從鉆頭的瀉水口流出，混入泥漿中，留在孔中，引起沉渣過厚。具體的處理措施有:

(1)鉆孔施工中，通過設(shè)置2個泥漿池來處理，一個儲漿池，一個沉淀池，當(dāng)泥漿從孔里返回時先流過沉淀池，可以將大量的砂子等沉淀，再流至儲漿池。(2)在砂層中鉆進(jìn)時，需控制鉆進(jìn)進(jìn)尺，輕壓、慢速、稠泥漿鉆進(jìn)，盡量減少砂子外流?？稍诮K孔前預(yù)留20～30Cm，靜置0.5 h左右，用清渣鉆頭下大掏孔至設(shè)計(jì)孔深。

5.3 孔壁坍塌

由于旋挖鉆是通過重復(fù)的提降鉆頭來實(shí)現(xiàn)出渣鉆進(jìn)成孔的，因此在鉆進(jìn)過程中，每次鉆桿的提升都會對孔壁有不同程度的影響。如果鉆頭上下移動速度過快，致使水流以較快的速度由鉆頭外側(cè)和鉆孔之間的空隙中流過，沖刷孔璧，有時還會在上提鉆斗時在其下方產(chǎn)生負(fù)壓而導(dǎo)致孔壁坍塌。具體的預(yù)防措施有:

(1)控制鉆頭升降速度，根鋸不同的樁徑和地質(zhì)情況采取不同的升降速度。(2)在松散易塌土層、砂層中，適當(dāng)埋深護(hù)簡，用黏土密實(shí)填封護(hù)筒四周。(3)充分選用密度和黏度較大的泥漿，必要時向孔內(nèi)添加膨潤土。(4)使用優(yōu)質(zhì)的泥漿，提高泥漿的密度和黏度。（5）注意鋼筋籠的綁扎、焊接以及定位塊等的設(shè)置和安放，搬運(yùn)和吊裝時應(yīng)防止變形，下放過程中避免碰撞孔壁。（6）注意工序安排，盡量避免重型機(jī)械在施工區(qū)域附近行走，盡量縮短灌注時間。

結(jié)束語。通過本次在福水特大橋施工中的情況來看，旋挖鉆機(jī)施工方法具有施工質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。同時旋挖鉆機(jī)還克服了其他鉆機(jī)樁側(cè)摩阻力低，以及孔底沉渣多，泥漿管理差的缺點(diǎn)。盡管旋挖鉆機(jī)一次性投資較高，但適應(yīng)性強(qiáng)，最終的經(jīng)濟(jì)效益綜合指標(biāo)還是很高，因此，在地質(zhì)條件允件的情況下，旋挖鉆機(jī)是一種理想的樁基施工設(shè)備。

[1]李志剛.旋挖鉆機(jī)在樁基施工中的應(yīng)用[J].山西建筑，2011年,第30期.