旋挖鉆機(jī)干式成孔鉆孔樁施工技術(shù)研究

吳燕子

摘 要：本文結(jié)合新建北京至張家口鐵路土木特大橋鉆孔樁施工案例，闡述鐵路橋梁鉆孔樁采用旋挖鉆機(jī)干式成孔的適用條件及其優(yōu)勢，并從鉆孔、鋼筋籠安裝、混凝土澆筑等幾個方面探討，干式成孔鉆孔樁施工質(zhì)量控制要點、注意細(xì)節(jié)，為以后同類型樁基施工提供參考。

關(guān)鍵詞：鉆孔樁；旋挖鉆機(jī)；護(hù)筒；干式成孔；濕式成孔；沉渣；鋼筋籠

1 前言

旋挖鉆機(jī)的成孔原理是利用可閉合開啟的鉆斗旋轉(zhuǎn)切削土層，使鉆渣進(jìn)入鉆斗，提升出孔外，出土后再繼續(xù)鉆進(jìn)，形成循環(huán)。它具有施工速度快、噪聲低、振動低、環(huán)境污染小、機(jī)械安裝和場內(nèi)移動方便等優(yōu)勢，已成為鉆孔樁施工的主要成孔設(shè)備，近些年在鐵路與公路橋梁建設(shè)施工中得到廣泛應(yīng)用。

旋挖鉆機(jī)適用于各種土質(zhì)地層，砂類土，礫石、卵石，軟白～中硬基巖。其鉆孔根據(jù)不同地址條件可采用干式成孔和濕式成孔。對粘結(jié)性好的土層，可采用干式鉆進(jìn)工藝，無需泥漿護(hù)壁。

旋挖干式成孔樁與常規(guī)泥漿護(hù)壁鉆孔樁相比具有一定的優(yōu)勢，但是如果施工過程質(zhì)量控制不當(dāng)，同樣容易引起質(zhì)量事故。下面以新建北京至張家口鐵路土木特大橋鉆孔樁施工案例進(jìn)行探討。

2 工程概況

新建北京至張家口鐵路位于北京市西北、河北省北部，線路起自北京北站，西迄張家口南站，新建正線全長173.964km。

土木特大橋位于河北省懷來縣土木村和官廳水庫之間，橋位處地勢平坦開闊，橋址區(qū)以村莊及耕地為主，其中心里程為DK105+156.210，全橋長3503.48m。本橋所有墩臺均采用鉆孔灌注樁，樁徑有1.25m、1.5m兩種，樁長17～43m，共898根，均為摩擦樁，設(shè)計要求樁底沉渣厚度小于10cm。樁基檢測方法有超聲波法和瞬態(tài)激振時域頻域分析法。

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查及鉆孔揭示，橋址區(qū)范圍地層除人工填土外，主要有第四系人工填土、第四系全新統(tǒng)湖積層。其中第四系人工填土為素填土；第四系全新統(tǒng)湖積層有新黃土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂、細(xì)圓礫夾粉土薄層、粗圓礫夾粉土薄層，其中粗圓礫一般粒徑20～60mm，最大粒徑90mm；地層基本承載力值為120～350KPa。

無地表水，地下水埋深為7.20～22.8m。無不良地質(zhì)。

3 施工方案選擇

根據(jù)地質(zhì)資料、樁基設(shè)計情況，兼顧工期計劃，采用旋挖鉆機(jī)施工，鉆機(jī)型號為三一重工SR250。樁基施工前，在設(shè)計墩位附近進(jìn)行了鉆孔試驗，并進(jìn)行了15天跟蹤觀察。試驗表明，本橋地質(zhì)條件適宜采用旋挖鉆機(jī)成孔，孔壁穩(wěn)定、不易坍塌，實際地下水位低于設(shè)計樁底，可采用干式成孔，不進(jìn)行泥漿護(hù)壁。

4 主要施工方案

4.1 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒具有控制樁位、導(dǎo)向、防止孔口坍塌和固定鋼筋籠等作用，必須具有一定的剛度。護(hù)筒采用8mm厚鋼板制造，內(nèi)徑比設(shè)計樁徑大20cm，長度為2.0m～2.5m。

埋設(shè)護(hù)筒前，采用GPS放出樁位中心點，并用“十字交叉法”引出四個保護(hù)樁，以便后續(xù)施工中隨時校核樁中心。護(hù)筒采用明挖埋設(shè)方法，沉設(shè)到位后，頂面允許偏差為50mm，傾斜度允許偏差為1%。

護(hù)筒埋設(shè)另外需要注意兩點：第一，高速鐵路和公路的橋涵相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范對于護(hù)筒頂高出地面高度的規(guī)定略有不同，前者要求50cm，后者要求30cm，應(yīng)視情況選用。

第二，常規(guī)泥漿護(hù)壁施工用的鋼護(hù)筒，一般都開有泥漿口，使用時應(yīng)注意焊接鋼板將其封堵嚴(yán)密，以免施工過程中泥土掉落至孔內(nèi)。

4.2 鉆孔及成孔檢測

旋挖鉆機(jī)應(yīng)停放穩(wěn)固、保持水平，不得產(chǎn)生位移和沉陷。鉆桿應(yīng)保持豎直，鉆頭中心與孔位中心的偏差不得大于2cm，可采用四個“保護(hù)樁”進(jìn)行校核。鉆機(jī)就位后，將鉆頭底面與護(hù)筒頂面平齊，將進(jìn)尺深度調(diào)為0。

由于采用干式鉆孔，無泥漿護(hù)壁，為避免造成塌孔事故，鉆孔過程中應(yīng)注意以下幾點：

第一，嚴(yán)格控制鉆頭升降速度，減小鉆斗升降對孔壁的擾動，滿鉆斗提升速度控制在0.5m/s，空鉆斗提升速度控制在0.8m/s。

第二，及時清運孔口附近的鉆渣，鉆渣堆放高度不宜超過1.0m。鏟運鉆渣時應(yīng)細(xì)心操作，注意不要將鉆渣推到孔內(nèi)或覆蓋護(hù)筒口。

第三，加強(qiáng)觀察，鉆孔作業(yè)過程中經(jīng)常觀察孔口地面變化情況，發(fā)現(xiàn)沉陷或變形現(xiàn)象，應(yīng)及時停機(jī)處理。同時注意觀察地層的變化，作好記錄，并與設(shè)計提供的地質(zhì)剖面圖相對照，鉆渣樣應(yīng)編號保存，以便分析備查。

當(dāng)鉆孔深度距設(shè)計值約1m時暫停鉆孔，采用籠式檢孔器上下多次掃孔，將孔壁上的虛土、松動礫石掃落到孔底，然后繼續(xù)鉆孔直至設(shè)計孔底。成孔后應(yīng)進(jìn)行成孔檢查，檢查內(nèi)容有孔位、孔徑、孔深、孔形及沉渣。因為提前進(jìn)行過掃孔，一般情況下孔底沉渣很少，若沉渣較多，可用旋挖鉆斗輕放至孔底，微壓旋轉(zhuǎn)幾圈將渣土旋入鉆斗內(nèi)提出孔外卸除。

成孔后應(yīng)加強(qiáng)對孔口的防護(hù)，防止雜物掉落至孔底，并及時安放鋼筋籠，避免空孔閑置時間過長。

4.3 鋼筋籠制作及安放

鋼筋籠的分節(jié)長度應(yīng)滿足設(shè)計圖紙要求，當(dāng)設(shè)計圖紙無要求時可根據(jù)加工、運輸和起吊能力進(jìn)行分節(jié)。本橋樁基均為摩擦樁，鋼筋籠較短較輕，多為16m長、1.3t重。為加快現(xiàn)場安放鋼筋籠速度，減少孔口閑置時間，鋼筋籠均在車間全長制作成型，現(xiàn)場整體吊裝入孔。

由于采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)干式成孔，清孔比較困難，鋼筋籠制作、安裝應(yīng)注意以下問題，以減少孔底沉渣：

第一，鋼筋籠底部應(yīng)適當(dāng)內(nèi)收，防止安放鋼筋籠時剮蹭孔壁，使泥土掉落至孔底。

第二，鋼筋保護(hù)層選用混凝土輪型墊塊，減輕對孔壁的剮蹭?；炷凛喰蛪|塊強(qiáng)度等級應(yīng)不低于樁身混凝土強(qiáng)度，其縱向間距不大于2m，環(huán)向不少于4根，呈梅花形布置。鋼筋籠運輸過程中采取措施防止混凝土輪型墊塊損壞，若有損壞予以替換。

第三，運輸及吊裝時，應(yīng)采取措施防止鋼筋籠發(fā)生變形，以免下放困難；鋼筋籠起吊后應(yīng)保持豎直狀態(tài)入孔，以免剮蹭孔壁。

第四，鋼筋籠安裝到位，經(jīng)檢查無誤后采取可靠定位措施，防止混凝土灌注過程中鋼筋骨架上浮或下沉，難以處理。

鋼筋籠安裝到位后，混凝土灌注前，應(yīng)再一次測量孔底高程，并與成孔時的孔底高程比較，計算出沉渣厚度，其值應(yīng)小于設(shè)計和規(guī)范要求。沉渣厚度若大于規(guī)定值，可采用特制重錘在鋼筋籠內(nèi)小心錘擊孔底，將松土錘擊密實，直至沉渣厚度符合要求。

4.4 混凝土灌注及養(yǎng)護(hù)

旋挖鉆機(jī)干式成孔的鉆孔樁混凝土可按水下混凝土標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制，即按較設(shè)計強(qiáng)度提高15%配制，坍落度宜為180mm～220mm，嚴(yán)格按照導(dǎo)管法干孔澆筑。

首批混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導(dǎo)管底部的需要，經(jīng)計算確定。

混凝土灌注過程中應(yīng)經(jīng)常測量孔內(nèi)混凝土面高程，及時調(diào)整導(dǎo)管埋深。為增強(qiáng)混凝土密實度，導(dǎo)管較堅固并有足夠的起重能力時，導(dǎo)管埋深可控制在4～8m。拆除導(dǎo)管時，導(dǎo)管應(yīng)緩慢提升和下降，避免在已澆筑混凝土中形成空洞或?qū)㈨攲痈≡砣搿?/p>

較水下混凝土，干孔澆筑的首盤混凝土更容易初凝，所以灌注中途不得停頓，拆除導(dǎo)管的間斷時間應(yīng)盡量縮短，每根樁的澆筑時間宜安排在首盤混凝土初凝前完成。

為節(jié)省材料，混凝土灌注高度可盡量少超出設(shè)計樁頂高程，但不得小于0.5m，且必須測量準(zhǔn)確。樁頂4m范圍內(nèi)的混凝土應(yīng)進(jìn)行振搗，澆筑完畢后對樁頂部混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

混凝土灌注后，混凝土強(qiáng)度的增長需要一定的時間，切記不得過

（下轉(zhuǎn)第144頁）

（上接第145頁）

早回填孔口，以免土石陷落混凝土中，影響樁頭質(zhì)量及外觀。鄰近樁鉆孔時，應(yīng)注意“跳孔”施工。

5 結(jié)語及建議

截止寫稿，新建北京至張家口鐵路土木特大橋鉆孔樁采用旋挖鉆機(jī)干式成孔完成732根，檢測704根。檢測方法有聲波透射法和低應(yīng)變反射波法，檢測結(jié)果為除1根為Ⅱ類樁外，其余均為Ⅰ樁，符合規(guī)范及設(shè)計要求。

本次實踐成功表明干式成孔鉆孔樁與泥漿護(hù)壁鉆孔樁相比具有以下優(yōu)點：

第一，節(jié)省施工成本。干式成孔省去了制作和處理泥漿的費用，可節(jié)省約6%施工成本。

第二，減少施工污染。干式成孔無需泥漿護(hù)壁，施工現(xiàn)場整潔干凈，有利于文明施工。

第三，加快施工速度。干式成孔速度快，孔底沉渣少甚至無沉渣，清孔快捷。

第四，提高施工質(zhì)量。干式成孔無需泥漿護(hù)壁，避免泥漿污染鋼筋，增強(qiáng)了鋼筋與混凝土的粘結(jié)力；同時克服了孔壁泥漿泥皮對樁周摩擦力的不利影響。

但應(yīng)用旋挖鉆機(jī)干式成孔時，切不可認(rèn)為比濕式成孔簡單而麻痹大意，應(yīng)高度注意以下事項：

第一，地質(zhì)條件應(yīng)無地下水（或地下水位低于設(shè)計樁底高程）、無地表水，且土層黏結(jié)性好，不易坍塌。

第二，需通過試樁成功，試樁內(nèi)容應(yīng)包括力學(xué)試驗和工藝試驗。

第三，樁徑不宜過大，一般不大于2米。

第四，鉆孔、下放鋼筋籠、灌注混凝土等工序應(yīng)嚴(yán)格遵守工藝要求，精心操作。本次實踐產(chǎn)生1根Ⅱ類樁的原因經(jīng)分析是混凝土灌注速度過快和導(dǎo)管提升過快導(dǎo)致少量沙石卷入所致。

對于干式成孔鉆孔樁施工，目前鐵路橋梁的相關(guān)技術(shù)規(guī)程敘述較少，特別是清孔還沒有適用、統(tǒng)一的方法。也沒有專用、規(guī)范的施工記錄表格和驗收記錄表格，內(nèi)業(yè)資料的編制存在不統(tǒng)一的問題。筆者相信，隨著干式成孔鉆孔樁施工經(jīng)驗的不斷積累、施工技術(shù)的不斷發(fā)展，相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程將進(jìn)一步完善，干式成孔將得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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