深厚軟土區(qū)超長樁旋挖施工參數(shù)分析與研究★

陳卡拉 解 才

(1.浙江溫州沈海高速公路有限公司，浙江 溫州 325000；2.浙江大學濱海和城市巖土工程研究中心，浙江 杭州 310058)

甬臺溫高速公路復線溫州瑞安至蒼南段工程主線起自瑞安市閣巷東，接甬臺溫高速公路復線溫州靈昆至閣巷段工程終點，與溫州繞城高速公路西南線工程相交于閣巷樞紐，路線全長約56.855 km。本文利用現(xiàn)場布置的試驗樁，對旋挖樁施工工藝及泥漿護壁參數(shù)、鉆進及提鉆速度等技術參數(shù)進行研究分析[1]，通過對鉆孔過程中各項施工參數(shù)的分析與統(tǒng)計，給出不同土層中施工參數(shù)的建議值，希望能夠為以后工程建設提供參考。

1 試驗前準備階段

1.1 場地布置

場地布置是旋挖樁施工的初始階段，主要是對現(xiàn)場雜物進行清理并加固軟土地基以保證其密實性。另外，現(xiàn)場測量放線人員需要對現(xiàn)場道路、場地布置等進行合理規(guī)劃。

1.2 樁基定位

樁位測定是保證旋挖鉆施工質(zhì)量的前提，樁位測定前需要對基準點進行復核，并以閉合的方式進行測量。在測量的過程中，需要確定紅線與基點之間的誤差，并確保誤差能夠滿足設計要求。

1.3 護筒埋設

護筒具有保護孔口的作用，且能對上部松散物起到隔離作用[2]。護筒要保證其內(nèi)徑大于鉆頭直徑，護筒的埋入深度要能對雜填土起到隔離作用，同時要將護筒外圍用粘土進行搗實，確保其牢靠性。

1.4 旋挖鉆機定位

在保證地基堅固的條件下，使鉆機坐落到指定位置，并保證其在水平及垂直方向的穩(wěn)固性以及旋盤中心線及導桿中心線能夠處于同一直線上，然后通過自動控制系統(tǒng)對其垂直度進行調(diào)整。

2 施工機械

鉆孔所用鉆機為宇通重工YTR360型旋挖鉆機[3]，鉆機最大輸出扭矩為318 kN·m，發(fā)動機配置功率為257 kW，施工過程中采用鉆機的最大功率進行試驗孔施工。

3 試驗過程

3.1 鉆孔

每次鉆孔鉆進距離為0.5 m，單次鉆孔總時間主要由鉆斗下放時間、鉆孔時間、反轉(zhuǎn)時間和倒渣時間構(gòu)成。成孔過程中，始終嚴格按照設計參數(shù)進行施工，并做好試驗記錄。

3.2 渣土運輸

為了提高旋挖鉆機的施工效率，需要通過加強挖機與運渣車輛之間配合，及時將鉆斗排放的渣土運出施工現(xiàn)場，提高鉆斗渣土排放速度。

3.3 泥漿質(zhì)量檢測

在整個鉆孔過程中，對護壁泥漿質(zhì)量[4]進行了實時檢測，試驗中每鉆進5 m對泥漿參數(shù)進行檢測，整個鉆孔過程所測得的泥漿比重在1.15～1.20之間，粘度在17 s～18 s之間，含砂率小于3%。

4 試驗結(jié)果分析

4.1 鉆孔時間與鉆孔深度

旋挖鉆機鉆孔時間與鉆孔深度關系曲線如圖1所示。從圖1中可以看到隨著鉆孔深度的增加，鉆機每鉆進5 m所需要的時間也顯著增加。鉆機鉆進30 m時所需時間為1.5 h；當鉆進到50 m時所用時間為3.6 h，30 m～50 m范圍內(nèi)所用時間為2.1 h；鉆進到70 m時所用總時間為6.3 h，50 m～70 m范圍內(nèi)鉆孔時間為2.7 h；鉆孔深度達到90 m時，鉆孔所用總時間為10.1 h，70 m～90 m范圍內(nèi)所需鉆孔時間為3.8 h。

4.2 鉆孔速度與深度關系

旋挖樁成孔鉆速影響因素比較復雜[5],這里整理得到鉆機每5 m的鉆孔速度和鉆孔深度的關系如圖2所示。從圖2中可以看到，在0 m～15 m范圍內(nèi)鉆機的鉆孔速度為0.41 m/min，隨著鉆孔深度的增加鉆機鉆斗的下放距離也隨之增加，因此鉆機的鉆孔速度有了較大幅度的減小，在85 m～90 m范圍內(nèi)鉆機的鉆孔速度下降到0.075 m/min。

4.3 鉆斗下放速度與深度關系

實際工程中旋挖鉆機的鉆斗下放速度過快可能會引起鉆孔孔壁失穩(wěn)情況，鉆斗下放速度過慢則會降低施工效率。本次試驗采用鉆機的最大下放速度將鉆斗進行下放，得到鉆斗下放速度與鉆孔深度關系如圖3所示。從圖3中可以看到，鉆斗下放速度基本在0.4 m/s～0.5 m/s之間。在試驗孔的鉆孔過程中，鉆斗以0.4 m/s～0.5 m/s的速度下放時未曾出現(xiàn)明顯的縮頸和塌孔情況，說明在深厚軟土地區(qū)中可以采用0.4 m/s～0.5 m/s的速度進行鉆斗的下放。

4.4 鉆進速度與深度關系

鉆孔過程中不同深度處鉆機的鉆進速度如圖4所示。從圖4中可以看到鉆機的鉆機速度隨著鉆孔深度的增加而減小，由于現(xiàn)場淺部土層主要為淤泥質(zhì)粘土和淤泥，而深部土層主要為粘土和粉質(zhì)粘土，深部土層性質(zhì)要好于淺部土層，鉆機鉆進過程中所受到的阻力也隨之增大，因此鉆進速度隨著鉆孔深度的增加而減小。本次試驗中在淤泥質(zhì)粘土和淤泥中，鉆機的鉆進速度為2 m/min～3.5 m/min，而在深部的粘土和粉質(zhì)粘土層中，鉆機的鉆進速度為1 m/min～2.5 m/min。

4.5 提鉆速度與深度關系

旋挖鉆機在實際施工過程中，鉆斗提升速度過快會使鉆孔內(nèi)出現(xiàn)負壓，使得鉆孔出現(xiàn)縮頸或者塌孔等情況。試驗孔鉆孔過程中不同深度處的提鉆速度如圖5所示?？紤]到鉆機提鉆速度過快容易使鉆孔中出現(xiàn)較大的負壓從而出現(xiàn)縮頸或者塌孔的情況，在0 m～70 m范圍內(nèi)鉆機的提鉆速度控制在0.4 m/s～0.5 m/s之間，在該深度范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)明顯的縮頸或塌孔情況。在70 m～90 m范圍內(nèi)采用鉆機的最大功率進行提鉆，提鉆速度增加到0.6 m/s～0.7 m/s，該階段仍然沒有出現(xiàn)明顯的縮頸或塌孔情況，說明在深厚軟土區(qū)域提鉆速度為0.6 m/s～0.7 m/s時仍然能夠保證鉆孔質(zhì)量。

4.6 各施工過程所需時間

本次試驗過程中采用了旋挖鉆機的最大功率進行施工，為了進一步提高旋挖樁的施工效率，對旋挖樁的成樁工藝的優(yōu)化與調(diào)整，將鉆孔過程中不同階段所需時間進行整理得到的時間與鉆孔深度關系如圖6所示。從圖6中可以看到，本次試驗中鉆孔總時間為8.4 h，鉆及鉆孔過程中鉆斗反鉆的總時間為0.6 h，鉆斗中渣土排放和鉆機對中準備等過程消耗的總時間為2.1 h，因此鉆孔過程中的有效工作時間為5.7 h。鉆機鉆孔過程中的反鉆階段是為了在鉆進階段完成后將鉆斗關閉，同時增加鉆孔的穩(wěn)定性，因此該過程對鉆孔過程十分重要，需要保證該部分的時間。而鉆斗渣土排放和鉆機對中準備等過程消耗了2.1 h，占整個鉆孔時間的25%。

5 深厚軟土區(qū)旋挖施工參數(shù)分析

根據(jù)試驗所測得的不同土層中的旋挖鉆機施工參數(shù)，進行整理得到的深厚軟土區(qū)旋挖鉆機的推薦施工參數(shù)如表1所示。

表1 深厚軟土區(qū)旋挖鉆機鉆孔速度參數(shù)推薦值

從表1中可以看到，在軟土地區(qū)旋挖鉆機的鉆斗下放速度可以控制在0.4 m/s～0.5 m/s之間。鉆機的鉆進速度與土層性質(zhì)有關，表1根據(jù)土層類型和土體的壓縮模量的不同給出推薦鉆進速度參數(shù)。在淤泥(土體壓縮模量為1.0 MPa～2.5 MPa)中，鉆機的鉆進速度可以達到4.0 m/min～4.5 m/min；在淤泥質(zhì)粘土(土體壓縮模量為2.0 MPa～3.0 MPa)中，鉆機的鉆進速度可以控制在3.0 m/min～4.0 m/min之間。在粘土層中，當土體壓縮模量為3.0 MPa～4.5 MPa，鉆機的鉆進速度為2.5 m/min～3.0 m/min，而當土體壓縮模量在4.5 MPa～6.0 MPa之間時，推薦鉆進速度為2.0 m/min～2.5 m/min。在粉質(zhì)粘土層中，當土體壓縮模量為4.0 MPa～5.0 MPa，推薦鉆進速度為2.0 m/min～2.5 m/min，當土體壓縮模量在5.0 MPa～7.0 MPa之間時，鉆進速度可以控制在1.5 m/min～2.0 m/min。

6 結(jié)語

本文通過現(xiàn)場試驗對旋挖鉆機各施工階段的施工參數(shù)進行了優(yōu)化調(diào)整，提高了旋挖施工的施工速度。在保證鉆孔質(zhì)量的前提下，大幅度提高了旋挖鉆機的施工速度，并在樁基施工過程中得到了成功應用。因此，可以將旋挖施工參數(shù)推薦值應用到其他深厚軟土區(qū)旋挖樁施工中。

[1] 王寧川.旋挖樁施工中的優(yōu)勢與常見技術問題分析及應對方法研究[J].門窗,2014(2):190-192.

[2] 孫曉元.旋挖樁的施工工藝及質(zhì)量保證措施[J].山西科技,2015,30(4):158-159.

[3] 桂兵祥.R-618旋挖鉆機在武漢地區(qū)樁基工程中的應用[J].探礦工程,1998(1):23.

[4] 魏小強,陳 之,宋 野.小直徑超長旋挖樁護壁泥漿質(zhì)量控制措施[J].施工技術,2015(S1):74-76.

[5] 程 瀛,邵 泉,李敏健,等.旋挖樁成孔鉆速影響因素回歸分析[J].施工技術,2016,45(3):12-15.