旋挖鉆機(jī)在橋梁樁基施工中的應(yīng)用

摘要：介紹三一重工SR280RⅡ型旋挖鉆機(jī)及其成孔工藝，并通過施工實(shí)例與國內(nèi)常用的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

關(guān)鍵詞：橋梁樁基施工 鉆孔灌注樁 旋挖鉆機(jī)

0 引言

鴨綠江界河公路大橋是國家重點(diǎn)工程，其中第一合同段的施工任務(wù)由我集團(tuán)公司承攬建設(shè)。該施工段工序復(fù)雜，為了確保工程質(zhì)量，不延誤工期，我單位引用先進(jìn)的旋挖鉆機(jī)協(xié)助完成了400根鉆孔樁的基礎(chǔ)施工。旋挖鉆機(jī)能夠大大促進(jìn)樁基施工工藝的改進(jìn)和更新，從而將成樁質(zhì)量提升至一個(gè)新的高度，目前在我國還未普及應(yīng)用。筆者就技術(shù)特點(diǎn)，將該設(shè)備與國內(nèi)目前普遍使用的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行了對(duì)比分析，具體內(nèi)容如下。

1 工程概況

本標(biāo)段為第一合同段，起點(diǎn)為丹東西互通式立交區(qū)（K0+000），終點(diǎn)為主線收費(fèi)站（K6+700），全長6.7公里。其中大橋3座，中橋10座，小橋2座。因地質(zhì)條件相似，現(xiàn)以金板河大橋?yàn)槔?，將旋挖鉆機(jī)在鉆孔灌注樁中的應(yīng)用做一闡述。

金板河大橋全長421m，樁基用樁68根，樁徑120cm的16根，樁徑160cm的56根，樁長19.72～28.07m，總計(jì)1577.8延米，C25混凝土灌注量2433.53m3。

地層自上而下依次為：

①素填土。

②粉質(zhì)粘土層。

③粗砂。

④全風(fēng)化凝灰質(zhì)角礫巖。

⑤強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)角礫巖。

⑥中風(fēng)化凝灰質(zhì)角礫巖。

橋址處河道順直，設(shè)計(jì)流速3.42m/s，設(shè)計(jì)水位Hs=

11.280m。

2 旋挖鉆機(jī)及其施工工藝

2.1 旋挖鉆機(jī)

三一重工生產(chǎn)的SR280RⅡ型履帶式可行走旋挖鉆機(jī)是第二代入巖旋挖鉆機(jī)。相較于第一代機(jī)械設(shè)備的構(gòu)造來說，它采用的是主卷揚(yáng)后置結(jié)構(gòu)，不僅延長了鋼絲繩的使用壽命，增大了鉆桿的提拔力，而且大大改善了車體的提升能力，使其更為穩(wěn)固，可打深樁。同時(shí)，參照國際標(biāo)準(zhǔn)選擇關(guān)鍵元器件，如卡特彼勒C9HHP發(fā)動(dòng)機(jī)，卡特彼勒336D底盤，以及布雷維尼、力士樂和邦飛利等。動(dòng)力頭最大輸出扭矩280KN·m，采用最大成孔深度（配磨阻桿）84m，最大成孔直徑2500mm。

2.2 旋挖鉆機(jī)施工工藝

旋挖鉆機(jī)的施工工藝可以分為兩種：干作業(yè)成孔和泥漿護(hù)壁旋挖成孔。它們二者的應(yīng)用環(huán)境有所不同，如果遇到地下水位較低的情況，或在成孔深度內(nèi)無地下水的土質(zhì)，就比較適合用干作業(yè)成孔作業(yè)。相比之下，泥漿護(hù)壁成孔工藝應(yīng)用范圍稍廣，不受地下水位高低的限制，但較多用于高含水量的環(huán)境，其原理就是通過泥漿循環(huán)來保護(hù)孔壁并排出土渣而成孔。泥漿具有保護(hù)孔壁、排出土渣的作用，除此之外，它還可以冷卻和潤滑鉆頭。綜合考慮丹東地區(qū)水文地質(zhì)特點(diǎn)，本工程采用泥漿護(hù)壁成孔，具體施工過程如下：

2.2.1 場(chǎng)地平整

旋挖鉆機(jī)具有半徑大、鉆桿高的特點(diǎn)，為了確保施工安全，在前期工作中，要對(duì)關(guān)架空電線、通訊線等進(jìn)行清理。另外，旋挖鉆機(jī)自重較大，因此要保證場(chǎng)地平整，并具有一定硬度以免沉陷。

2.2.2 鉆機(jī)就位

當(dāng)鉆機(jī)就位時(shí)，可以通過控制器對(duì)鉆桿角度進(jìn)行調(diào)整，以確保鉆機(jī)的垂直度。其調(diào)整幅度為前俯10°、后仰6°、左右擺8°。如果鉆機(jī)在作業(yè)過程中的傾斜率保持在0.30以內(nèi)，可自行調(diào)節(jié)垂直度。

2.2.3 埋設(shè)護(hù)筒

該鉆機(jī)自帶護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器，可以自行埋設(shè)護(hù)筒。依據(jù)地質(zhì)情況的不同，護(hù)筒最長可達(dá)6.0m。在本工程中，護(hù)筒指標(biāo)為：長度4～6m，根據(jù)樁徑的不同，護(hù)筒分別為內(nèi)徑1.28m、1.70m，外徑1.32m、1.75m。在埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，為了方便鉆頭定位和保護(hù)樁孔，要使護(hù)筒頂比原地面高出0.3m，同時(shí)，要注意用水平尺對(duì)垂直度進(jìn)行檢查。

2.2.4 泥漿制備

這一環(huán)節(jié)對(duì)鉆機(jī)的正常工作至關(guān)重要，因?yàn)樵撱@機(jī)需要泥漿相對(duì)密度不低于1.3，要求較高。在前期工作中，利用攪拌機(jī)將膨潤土、纖維素和純堿按比例混合攪拌，制作出符合要求的泥漿。

2.2.5 旋挖成孔

旋挖鉆機(jī)的鉆頭一般為筒式鉆頭。在實(shí)際操作中，先將鉆頭下降到預(yù)定深度，然后旋轉(zhuǎn)鉆頭、進(jìn)行加壓，這個(gè)過程中，旋起的泥土?xí)M(jìn)入鉆筒內(nèi)，當(dāng)鉆筒內(nèi)充滿泥土后將鉆頭反轉(zhuǎn)，封閉鉆頭底部并提出，然后開啟鉆頭底部開關(guān)將土倒出。向孔內(nèi)注漿的時(shí)機(jī)應(yīng)該是在鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中或?qū)@頭提出鉆孔外后，泥漿液面要高于護(hù)筒底部。還需要注意的是，現(xiàn)實(shí)中往往會(huì)出現(xiàn)提出的鉆頭有泥漿，而造成泥漿污染的問題。這是因?yàn)橛捎诘刭|(zhì)條件不一，旋轉(zhuǎn)過程中很少有泥土將鉆頭擠滿的情況。鉆頭筒中上部留有溢漿口，在旋挖砂層時(shí)，泥漿與砂混合后又溢入孔內(nèi)。如果泥漿相對(duì)密度達(dá)不到要求，會(huì)出現(xiàn)灌孔前沉渣太多而超出規(guī)定的情況，從而造成混凝土灌注困難。遇到這樣的情況，即使進(jìn)行旋挖鉆機(jī)二次旋挖清孔也起不到什么作用。在現(xiàn)實(shí)施工中曾出現(xiàn)塌孔問題，這與場(chǎng)地上部土層為素填土、粉質(zhì)粘土，泥漿相對(duì)密度達(dá)不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，無法發(fā)揮保護(hù)作用、平衡地層壓力有一定關(guān)系。

其余施工工序和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工工序一致，不再贅述。

3 旋挖鉆機(jī)與回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.1 試驗(yàn)樁

在全面開始成孔施工前，我們首先對(duì)兩組旋挖鉆機(jī)成孔灌注樁和一組回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔灌注樁做了樁的靜載試驗(yàn)。樁荷載和安全系數(shù)分別設(shè)計(jì)為2600kN和2.0，用油壓千斤頂通過錨樁、橫梁裝置加載。用于試驗(yàn)的4根錨樁直徑均為1.20m，錨樁和試驗(yàn)樁呈對(duì)角分部，中心距設(shè)計(jì)為4.0m的。采用慢速維持荷載法逐級(jí)加載，待上一級(jí)狀態(tài)穩(wěn)定后再加載下一級(jí)，共10級(jí)?？偧虞d量是豎向設(shè)計(jì)荷載的2倍。表1列出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，在受力情況相同的情況下，從成樁產(chǎn)生的沉降量來看，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)高于旋挖鉆機(jī)。施工工藝的差異直接造成了這種結(jié)果。作為摩擦型樁，旋挖鉆機(jī)成樁所形成的粗糙孔壁增大了樁的摩阻力?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)成樁與旋挖鉆機(jī)成樁的沉降量都在40mm以內(nèi)，均符合施工要求，但是很顯然，旋挖成孔樁的質(zhì)量和實(shí)際承載力顯然略勝一籌。

3.2 綜合比較

3.2.1 比較樁體的承載力，顯然回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔樁不及旋挖鉆機(jī)成孔樁，但是后者的沉降量僅僅是回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔樁沉降量的四分之一。

3.2.2 泥漿的性能指標(biāo)的差別。參照遼寧省橋梁施工技術(shù)細(xì)則中關(guān)于泥漿相對(duì)密度的要求，正循環(huán)鉆機(jī)和反循環(huán)鉆機(jī)泥漿的相對(duì)密度分別控制在1.1～1.3、1.05～1.15的范圍內(nèi)。旋挖鉆機(jī)泥漿的相對(duì)密度不得低于1.3，旋挖鉆機(jī)能夠順利成孔，關(guān)鍵在于泥漿的相對(duì)密度必須在1.3～1.5的范圍內(nèi)。至于泥漿組成的原材料則是一致的。

3.2.3 護(hù)筒長度不同。在我國，如果地質(zhì)條件相同，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)埋深要求在1.0～1.5m之間，而旋挖鉆機(jī)則需埋設(shè)4～6m的護(hù)筒，在我單位承建的施工段中，護(hù)筒埋深要求為5m。

3.2.4 成本效益比較。每臺(tái)旋挖鉆機(jī)每24h平均成孔數(shù)量為4孔，最多為5孔（埋深為25～35m），但是回轉(zhuǎn)鉆機(jī)每48h僅成1孔，在工作效率上與旋挖鉆機(jī)相差8倍。但旋挖鉆機(jī)購機(jī)成本較高，本例中的旋挖鉆機(jī)每臺(tái)在800萬人民幣左右。

3.2.5 粉質(zhì)粘土層和砂土層的施工多采用旋挖鉆機(jī)。對(duì)于淤泥或卵石層作業(yè)，則旋挖鉆機(jī)抗扭性能較弱，施工作業(yè)故障頻出，因此多采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

3.2.6 旋挖鉆機(jī)清孔方式包括兩種，一是簡(jiǎn)單快速的接旋挖清孔，二是正反循環(huán)泵換漿清孔。施工時(shí)應(yīng)該因地制宜，優(yōu)選清孔方案。

4 結(jié)語

通過在鴨綠江界河公路大橋第一合同段施工中應(yīng)用旋挖鉆機(jī)的實(shí)踐，工程人員深刻體會(huì)到，盡管旋挖鉆機(jī)投資成本高，但在適宜的地質(zhì)條件下，最終的經(jīng)濟(jì)效益綜合指標(biāo)還是大大優(yōu)于回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。從我國目前高速公路、鐵路、城市軌道的建設(shè)形勢(shì)來看，旋挖鉆機(jī)具有廣泛的應(yīng)用前景。

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