新建鐵路鄭州至焦作黃河大橋旋挖鉆鉆孔樁施工技術(shù)與應(yīng)用

劉炯

【摘要】列出了旋挖鉆機鉆孔灌注樁施工工藝流程,詳細地介紹了旋挖鉆鉆孔灌注樁施工工藝,提出了施工中應(yīng)注意的問題及施工質(zhì)量控制措施,得出了采用旋挖鉆機成孔經(jīng)濟和社會效益均好的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】旋挖鉆機;鉆孔灌注樁;施工技術(shù)

0.引言

旋挖鉆成孔是近幾年來發(fā)展較快的先進成孔設(shè)備,已在公路、鐵路、市政橋梁樁基施工中廣泛應(yīng)用。它與沖擊鉆成孔或其他旋轉(zhuǎn)成孔相比,具有成孔速度快、精度高、勞動強度低等特點。旋挖鉆同時具有移動方便、鉆頭種類多、提高灌注樁的承載力、減少泥漿用量、施工速度快等優(yōu)點。

1.工程簡介

1.1工程概況

1.2工程地質(zhì)情況

本段線路經(jīng)過地區(qū)地表水主要為黃河水，黃河在此處常水位寬度約為1200m，測時水位92.81m，目前主槽位于南側(cè)，寬約40m，水深6～7m，其余水深在0～2m不等，河中多有淺灘；地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水，主要含水層為粉砂、細砂和粉土層，勘探期間地下水埋深約3.7～8.8m，高程約90.25～96.38m，水位變幅約5.81。

2.旋挖鉆機鉆孔施工技術(shù)

2.1旋挖鉆施工工藝原理

成孔工藝是旋挖成孔，首先鉆機自行到樁位，自行下放鉆桿，將底部帶有活門的桶式鉆頭置放到孔位，根據(jù)不同地層通過加壓裝置給鉆頭一定壓力，鉆頭旋轉(zhuǎn)切土，，并直接將其裝入鉆頭內(nèi)，再由鉆機提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，重復(fù)循環(huán)，不斷地取土、卸土，直至鉆至設(shè)計深度，鉆孔過程中，根據(jù)不同地層，配置相應(yīng)的泥漿，保護孔壁。

2.2旋挖鉆施工優(yōu)點

（1）旋挖鉆機得地層適應(yīng)能力強，除流塑性淤泥層、單軸抗壓強度100MPa以上的極硬巖外，基本可以適應(yīng)所有地層。

（2）機械化程度高、機動靈活、成孔周期短、效率高、安全性能高、效益好，一次鉆進可達0.4m～1.2m。

（3）自行式液壓履帶，行走快捷、與地面接觸面積大，減少單位面積的土壓力，能自行埋設(shè)護筒，電腦系統(tǒng)樁位對位精確。

（4）鉆孔調(diào)換快捷，不同直徑的鉆頭可供調(diào)換，適用性強。

（5）泥漿產(chǎn)生少、環(huán)境污染小，提高了文明施工的水平。

（6）在孔壁上形成較明顯的螺旋線，有助于提高樁的摩擦力。

（7）旋挖鉆機自身具有動力系統(tǒng)，不用外接電力，擺脫電力的限制。

2.3旋挖鉆鉆孔施工工藝

旋挖鉆鉆孔施工工藝

3.旋挖鉆機鉆孔施工關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制

3.1場地平整

采用的大型旋挖鉆自重約60～130t，鉆機底盤（即履帶）宜置于堅實平整的場地上，以保證鉆機平穩(wěn)，避免鉆機地盤傾斜引起斜孔、偏孔，如果條件受限，還以采用鋪置大面積鋼板法，比較方便快捷、重復(fù)使用。鉆機的布置應(yīng)與鉆孔施工中出土清運的相協(xié)調(diào)。

3.2護筒埋設(shè)

新建鐵路鄭州至焦作黃河大橋樁基施工中，采用直徑為1.5～2.3m，長3～12m、厚10mm的鋼護筒。鋼護筒制作質(zhì)量要求：護筒內(nèi)徑應(yīng)比樁徑大200mm。鋼護筒埋設(shè)好后，頂部應(yīng)高出施工水位或地下水面2m，并高出施工地面0.5m，其高度尚應(yīng)滿足孔內(nèi)泥漿面高度要求，鋼護筒頂面平面位置偏差≤5cm,護筒傾斜度≤1%，同時鋼護筒頂面埋設(shè)十字護樁，確保鉆進過程中孔位的準(zhǔn)確性，鉆孔中發(fā)現(xiàn)偏差及時校正。

3.3泥漿制作

鉆孔泥漿以水加優(yōu)質(zhì)膨潤土造漿，適當(dāng)加入純堿或燒堿等添加劑以提高泥漿黏度和膠體率，其摻量由試驗室試驗確定，優(yōu)質(zhì)泥漿各項性能指標(biāo)具體要求如下：比重1.1～1.3，黏度16s～22s，含砂率＜2%，PH＞7，膠體率≥98%。

3.4鉆機就位

鉆機地盤應(yīng)平整，保持穩(wěn)定，不得產(chǎn)生位移和沉陷，鉆機導(dǎo)桿中心或鉆頭中心與護筒中的偏差不得大于5cm。

3.5鉆孔施工

當(dāng)鉆機就位準(zhǔn)確,泥漿制備合格后即開始鉆進,鉆進時每回次進尺控制在600mm左右,剛開始要放慢旋挖速度,并注意放斗要穩(wěn),提斗要慢。在鉆斗的底部還設(shè)有活絡(luò)擋板,可以使被切下的土體進入鉆斗以后不會回落。待鉆斗中裝滿土以后,停止施加扭矩,提斗就近棄碴,并用裝載機鏟運到指定地點。

鉆進過程中,隨時監(jiān)測泥漿濃度及孔內(nèi)水頭高度,注意及時補漿,施工員要隨時對鉆渣取樣分析,繪制出每孔地質(zhì)柱狀圖,并與地質(zhì)資料核對。鉆機操作時根據(jù)出渣的土質(zhì)情況合理控制鉆進速度及提升速度，鉆頭的提降要要勻速，減少沖刷孔壁。針對黃河灘地質(zhì)情況，上層以砂層為主，粉質(zhì)黏土層等地質(zhì)情況，選擇合適的鉆進速度和旋轉(zhuǎn)速度。砂層以低鉆速，小鉆進，提高泥漿稠度，增強護壁，防止塌孔；粉質(zhì)黏土層可以適當(dāng)加快鉆速，提高鉆進速度，降低泥漿比重，提高鉆孔效率。不同地層采用不同的泥漿比重，不鉆進速度，特別在地層變化處控制，尤為重要。這就需要經(jīng)常取鉆渣以觀察其地層情況及變化情況，并要定時測定泥漿指標(biāo)，及時作出調(diào)整，保證鉆孔的質(zhì)量。

3.6成孔檢驗

當(dāng)鉆孔深度達到設(shè)計要求后，對孔深、孔徑、孔位和孔形等進行檢查，采用探孔器進行檢測。滿足設(shè)計要求后，方可進行下道工序施工。

3.7鋼筋籠制作與安裝

（1）鋼筋籠制作：鉆孔樁的鋼筋籠在車間分段制作，運輸?shù)綐段惶幱玫鯔C起吊安裝。鋼筋籠所用鋼材要有產(chǎn)品合格證和現(xiàn)場抽檢復(fù)查資料，并滿足有關(guān)規(guī)范要求。主橋鋼筋籠主籠長度為92.5m，主筋為?28,總重量24t，分為9節(jié)，節(jié)與節(jié)之間及主筋接長均采用滾扎直螺紋套筒機械連接。

（2）鋼筋籠下放：鋼筋籠安裝時用專用的起吊工具卡起吊，避免鋼筋籠起吊變形過大。兩節(jié)籠對接時，上下節(jié)中心線保持一致，不得將變形的鋼筋籠安放入孔內(nèi)。安裝到位后及時固定，防止脫落，并采取有效措施防止鋼筋籠在混凝土灌注過程中上浮。

3.8清孔

鉆孔至設(shè)計高程后進行清孔。清孔時利用鉆機的泥漿循環(huán)系統(tǒng)，通過換漿進行。如果灌注混凝土前，孔底沉渣超過設(shè)計容許值，必須進行二次清孔。吸碴換漿時及時向孔內(nèi)注入新鮮泥漿，保持孔內(nèi)水位，避免塌孔。清孔后及時測量沉碴厚度，保證泥漿比重1.1～1.3，黏度16s～22s，含砂率＜2%，PH＞7，膠體率≥98%，符合規(guī)范及設(shè)計要求，可以進行水下混凝土灌注施工。

3.9水下混凝土灌注

樁身混凝土灌注采用垂直提升導(dǎo)管法施工。采用Φ280mm快速卡口接頭導(dǎo)管，導(dǎo)管使用前組裝編號后配套使用并進行水密承壓、接頭抗拉試驗，合格后方可使用，按照孔口工作平臺上的導(dǎo)向孔逐節(jié)安裝導(dǎo)管，并記錄好導(dǎo)管的安裝長度及節(jié)數(shù)，混凝土采用的粗、細骨料應(yīng)采用級配良好的碎石、中粗砂。混凝土拌制后要保證良好的流動性，3小時后坍落度不小于15cm，砼出倉時的坍落度控制在18～22cm。水下混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑，中途不得停頓，盡量縮短灌筑時間。

4.旋挖鉆鉆孔灌注樁施工中常見事故的預(yù)防及處理

4.1鉆孔偏斜和縮孔

偏斜和縮孔原因：

（1）地質(zhì)軟硬不均勻，鉆頭偏向較軟地質(zhì)一側(cè)。

（2）旋挖鉆機安裝就位穩(wěn)定性差，作業(yè)時鉆機安裝不穩(wěn)，地面基礎(chǔ)軟弱或軟硬不均勻，產(chǎn)生不均勻沉陷，造成斜孔。

（3）在軟地層中鉆進過快，水頭壓力差小，造成縮孔。

預(yù)防和處理：

（1）場地施工前軟基換填，平整夯實，或者在旋挖鉆機履帶下鋪設(shè)大面積的鋼板，防止不均勻沉陷。

（2）進入不均勻地層時，鉆速要慢。

（3）遇到孤石時，堅持采取減壓低速鉆進，遇有斜孔時，掃孔至傾斜位置，慢速來回轉(zhuǎn)動鉆具，鉆頭下放時要嚴格控制鉆頭的下放速度，利用鉆頭糾正孔斜。

4.2孔壁坍塌

塌孔主要原因如下：

旋挖鉆主要是通過重復(fù)提升鉆頭去渣鉆孔作業(yè)，結(jié)合新建鐵路鄭州至焦作黃河大橋所處地質(zhì)以砂層為主，來回提降鉆頭會給孔壁不同程度的損傷，提降鉆頭速度的快慢，直接影響鉆頭周圍水流對孔壁的沖刷程度，對護壁損傷嚴重導(dǎo)致塌孔。

針對上述情況采取主要措施：

（1）使用優(yōu)質(zhì)泥漿，提高泥漿比重和粘度。

（2）控制提降鉆頭的速度，減少對孔壁的沖刷。

（3）適當(dāng)增加護筒的埋設(shè)深度。

4.3孔底沉渣過厚超標(biāo)

孔底沉淀過厚的原因：

（1）由于新建鐵路鄭州至焦作黃河大橋所處地理位置及地址情況，旋挖鉆機鉆孔施工過程中，當(dāng)鉆進的地層以砂層為主時，泥漿中砂的含量就增大較多，經(jīng)過泥漿的循環(huán)使用，隨泥漿注入孔內(nèi)，經(jīng)過多時沉淀，引起孔底沉淀較厚。

（2）在砂層中鉆進時，提鉆時砂子很容易從鉆斗瀉水口流入泥漿中，再次入孔內(nèi)，引起孔底沉淀較厚。

孔底沉淀過厚的處理措施：

（1）鉆孔施工中，通過設(shè)置鉆孔泥漿采用泥漿凈化器和多級沉淀相結(jié)合的方式進行凈化。

（2）增大泥漿比重和粘度，減少孔底沉淀，采取二次清孔，在第一次清孔結(jié)束后，靜置一段，再次清孔，使孔底沉渣得以清除。

5.結(jié)論

旋挖鉆鉆孔施工技術(shù)具有方便靈活、成孔速度快、成孔率高、質(zhì)量好、安全可靠等特點，從鉆機、鉆桿及鉆頭的安、拆卸及使用上,它節(jié)省了大量的人力,提高了機械化程度,減輕了勞動強度,取得了良好的效果,不僅保證了工程質(zhì)量、減少了環(huán)境污染,加快了施工進度,也降低了成本消耗,創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，在橋梁工程施工中的推廣和廣泛運用勢在必行。[科]