旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)在橋梁樁基施工中的應(yīng)用

龔佳斯

摘 要：橋梁工程建設(shè)對(duì)于樁基施工質(zhì)量要求較高，如果施工質(zhì)量不符合要求，會(huì)影響橋梁整體穩(wěn)定性，縮短橋梁使用壽命，增加后期維護(hù)成本投入，也給行駛車輛帶來(lái)了安全隱患。在樁基施工中應(yīng)用旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)，優(yōu)化成孔技術(shù)流程，強(qiáng)化樁基承載能力，有利于延長(zhǎng)使用時(shí)間，降低后續(xù)橋梁工程安全問(wèn)題發(fā)生概率?；诖?，對(duì)旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)在橋梁樁基施工中的應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，以期可以為樁基施工提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)；橋梁；樁基施工

中圖分類號(hào)：U445.551? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2024）02-0013-03

0引言

樁基成孔施工中旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)因其精準(zhǔn)度高、施工效率高以及振動(dòng)干擾小的優(yōu)勢(shì)，成為了常用的施工方法，其不會(huì)給周圍造成揚(yáng)塵污染、噪聲污染，符合綠色環(huán)保施工理念。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，旋挖鉆機(jī)是利用軸向壓力進(jìn)行打孔，可以通過(guò)桅桿變幅結(jié)構(gòu)達(dá)到在短時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的目的，縮短了鉆機(jī)和樁位對(duì)接時(shí)間，保證鉆頭位置的正確性。

因此，要重視對(duì)旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析，在樁基成孔施工中結(jié)合地質(zhì)參數(shù)和施工環(huán)境調(diào)整鉆機(jī)參數(shù)，保證成孔施工活動(dòng)的有序開展，規(guī)避質(zhì)量問(wèn)題。

1 旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)應(yīng)用原理

在施工時(shí)，旋挖鉆機(jī)會(huì)通過(guò)底部有活門的桶式鉆頭破碎巖土，將巖土裝入鉆斗內(nèi)部，利用提升和伸縮裝置將鉆頭提出后便可完成巖土卸載處理，逐漸完成鉆孔作業(yè)。

在施工時(shí)，需要考慮到巖土層粘結(jié)性。粘結(jié)性較好的情況下選擇干式鉆進(jìn)或者清水鉆進(jìn)，此時(shí)不需要通過(guò)泥漿施工。若地層施工時(shí)塌陷風(fēng)險(xiǎn)性較高，或者地下水含量較高，應(yīng)當(dāng)選擇靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)施工，通過(guò)泥漿對(duì)鉆孔進(jìn)行有效保護(hù)。成孔器和鉆孔效率間聯(lián)系緊密，它可以直接擠壓多余土體，將其擠壓到周圍土層結(jié)構(gòu)內(nèi)，省去了二次提鉆過(guò)程，也無(wú)需反復(fù)對(duì)土體進(jìn)行裝卸，優(yōu)化了施工流程。旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)具有成孔速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，可以減少給周圍環(huán)境帶來(lái)的影響，滿足多種地質(zhì)環(huán)境的施工需求。

2 旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)在橋梁樁基施工中的應(yīng)用準(zhǔn)備工作

2.1 確定鉆孔工藝參數(shù)

鉆孔工藝參數(shù)和后期成孔質(zhì)量之間聯(lián)系密切，在施工前相關(guān)人員需要對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算和分析，以提升鉆孔精準(zhǔn)度以及施工質(zhì)量。旋挖機(jī)作業(yè)壓力屬于軸向壓力，在進(jìn)行施工時(shí)要求施加壓力和鉆孔基底兩者之間呈現(xiàn)為垂直狀態(tài)，確保壓力處于不偏移的狀態(tài)。

施工人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合巖層參數(shù)、單軸向抗壓強(qiáng)度、鉆機(jī)性能、鉆斗直徑對(duì)鉆機(jī)壓力參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在轉(zhuǎn)速設(shè)定中，需要以土層物理特性為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整。按照鉆斗高度計(jì)算進(jìn)尺長(zhǎng)度，進(jìn)尺長(zhǎng)度為0.8倍的鉆斗高度。旋挖鉆機(jī)孔孔位和設(shè)計(jì)孔樣間偏差控制在5 cm以內(nèi)，鉆孔孔徑要求超出噴射管井2 cm，鉆孔有效深度要超過(guò)設(shè)計(jì)深度0.3 mm，且保證每個(gè)孔位無(wú)漏漿問(wèn)題。

2.2 鉆頭選擇

鉆頭和成孔質(zhì)量間關(guān)系緊密，需要考慮到地層實(shí)際狀況對(duì)鉆頭進(jìn)行合理選擇。淤泥土質(zhì)使用雙層底旋挖鉆頭、通氣孔鉆頭，并且增設(shè)導(dǎo)流槽，符合淤泥土層的施工需求，有利于防止孔壁坍塌問(wèn)題的出現(xiàn)。對(duì)硬膠泥層可使用單進(jìn)直螺旋鉆頭或旋挖鉆頭，隨時(shí)對(duì)鉆頭角度調(diào)整。黏土層使用單層底旋挖鉆頭和長(zhǎng)鉆筒，有利于提升鉆進(jìn)速度。土層含砂水平較高宜使用短鉆筒，和泥漿處理進(jìn)行搭配，以有效提高鉆進(jìn)速度[1]。

2.3 泥漿穩(wěn)定液制備要點(diǎn)

鉆孔泥漿灌注會(huì)直接影響樁基穩(wěn)定性，為了保證成孔質(zhì)量，需要對(duì)泥漿穩(wěn)定液進(jìn)行合理制備。泥漿構(gòu)成成分為膨潤(rùn)土、水、配合劑，有利于強(qiáng)化泥漿性能和穩(wěn)定性。膨潤(rùn)土按照水∶土為8∶100的比例標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制。

常用添加劑有以下5種：①羧甲基纖維素，占膨潤(rùn)土質(zhì)量0.05%～1%，用于對(duì)孔基底進(jìn)行強(qiáng)化，使泥漿內(nèi)含水量符合施工要求。②鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽，占膨潤(rùn)土質(zhì)量0.1%～0.3%，用于對(duì)鉆渣進(jìn)行粘聚，并促使粘渣沉降。③聚丙烯酰胺絮凝劑，占泥漿質(zhì)量0.003%，用于將鉆渣聚合在一起，對(duì)鉆渣進(jìn)行絮凝化處理。④硝基腐殖酸鈉鹽，占膨潤(rùn)土質(zhì)量0.1%～0.3%，提升泥漿黏合性能，避免泥漿水分丟失。⑤碳酸鈉純堿，占泥漿質(zhì)量0.1%～0.4%，作用和硝基腐殖酸鈉鹽相同。

泥漿制作前應(yīng)當(dāng)提前對(duì)黏土塊破碎，并通過(guò)攪拌機(jī)使其變?yōu)槟酀{，在專門的泥漿池內(nèi)設(shè)置凈化循環(huán)系統(tǒng)。在使用后可以對(duì)泥漿進(jìn)行回收，可以防止出現(xiàn)環(huán)境污染問(wèn)題，符合綠色施工需求。

用含砂率測(cè)試計(jì)測(cè)定泥漿含砂率，測(cè)定膠體率評(píng)估泥粒的黏性、懸浮性。用黏度計(jì)測(cè)量泥漿黏度，保證泥漿澆筑孔底的穩(wěn)定性與膠合性。在綜合測(cè)算泥漿參數(shù)后，對(duì)制備泥漿穩(wěn)定液進(jìn)行性能測(cè)定，評(píng)估其性能是否符合施工標(biāo)準(zhǔn)。泥漿比重在0.1～1.05，黏度為18～25 Pa·s，含砂率低于6%，膨潤(rùn)土濃度大于8%，泥漿酸堿值低于11，相對(duì)密度在1.3以上，穩(wěn)定液失水率在15 mL/h以下，泥漿靜切力控制在30～50 mg/cm2，膠體率為97%及以上。

3 旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)在橋梁樁基施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 施工場(chǎng)地處理要點(diǎn)

在進(jìn)行施工前，需要對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行處理，清理施工場(chǎng)地處的各種雜物，如果發(fā)現(xiàn)施工區(qū)域有坑洼現(xiàn)象需要及時(shí)回填，將凸起的土堆挖除，提升施工區(qū)域的平整性以及整潔性。對(duì)施工時(shí)需要對(duì)使用到的各類機(jī)械設(shè)備進(jìn)行整理，包括旋挖成孔鉆機(jī)、全站儀、車輛、挖掘設(shè)備等。提前嘗試運(yùn)行機(jī)械設(shè)備，避免在施工時(shí)出現(xiàn)進(jìn)度延誤的問(wèn)題。將材料運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施鉆孔打樣，提前針對(duì)鉆孔的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，在合格后正式進(jìn)行樁基成孔施工[2]。

3.2 放樣施工

放樣測(cè)量施工依靠全站儀進(jìn)行，明確樁基的實(shí)際位置，在樁基中心區(qū)域?qū)嵤┦┕ぷ鳂I(yè)。挖孔后，在標(biāo)記的位置進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)，合理計(jì)算埋設(shè)深度，在埋設(shè)完畢后利用黏土對(duì)護(hù)筒進(jìn)行固定處理，并檢查護(hù)筒的埋設(shè)是否符合施工要求。鋼護(hù)筒頂面位置偏差在50 mm以內(nèi)，傾斜角度偏差為1%以內(nèi)，埋深長(zhǎng)度的偏差范圍在“2%≤埋深長(zhǎng)度≤3%”。通過(guò)測(cè)量試驗(yàn)可以避免護(hù)筒出現(xiàn)傾斜的問(wèn)題，為后續(xù)施工活動(dòng)的開展提供保障。鋼護(hù)筒的主要功能在于對(duì)鉆孔進(jìn)行保護(hù)，可以防止松散土體給成孔施工帶來(lái)影響。

對(duì)部分區(qū)域存在淤泥層厚的問(wèn)題，需要利用振動(dòng)錘進(jìn)行處理。在實(shí)際埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，應(yīng)先選擇大口徑鉆頭進(jìn)行鉆孔，在鉆進(jìn)2 m后提出鉆頭并利用震動(dòng)錘將護(hù)筒壓入。在完成澆筑流程后，即可拔出護(hù)筒，在拔出時(shí)保持護(hù)筒平穩(wěn)，避免給附近地層結(jié)構(gòu)帶來(lái)干擾和影響。

3.3 樁基成孔

3.3.1 鉆機(jī)就位

在清理施工場(chǎng)地后，明確樁基中心位置，在中心位置插打鋼護(hù)筒。鉆機(jī)進(jìn)入到施工現(xiàn)場(chǎng)后將其移動(dòng)到合適的位置，將其安裝到枕木上方，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行參數(shù)和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。在鉆機(jī)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，要求鉆錘起吊滑輪緣、鉆錘和樁孔3者中心點(diǎn)保持在同一條垂線之上，避免垂直方向出現(xiàn)偏移。鉆機(jī)位置無(wú)錯(cuò)誤后對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行固定，配置鉆頭后即可進(jìn)行施工。

3.3.2 鉆進(jìn)

旋挖鉆機(jī)在鉆進(jìn)施工時(shí)要求關(guān)注鉆錘狀態(tài)，保持穩(wěn)定，并關(guān)注鉆進(jìn)速度的快慢。在初期鉆孔階段按照小沖程、慢速?zèng)_進(jìn)的原則進(jìn)行鉆進(jìn)，等待施工正常后對(duì)沖程進(jìn)行調(diào)整，使其恢復(fù)到正常狀態(tài)即可。

初期鉆進(jìn)或者即將穿過(guò)軟硬層之前，要求鉆桿處于垂直狀態(tài)，將鉆進(jìn)速度調(diào)小，防止由于鉆進(jìn)速度過(guò)快而出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。在出現(xiàn)難以進(jìn)行鉆進(jìn)問(wèn)題后，及時(shí)將鉆頭向上方提起，檢查是否遇到鉆進(jìn)障礙，不可一味鉆進(jìn)。

在鉆進(jìn)速度管控中，要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)情況調(diào)整升降速度。速度過(guò)快會(huì)使轉(zhuǎn)斗底部壓力水平上升，泥漿會(huì)帶給孔壁以沖擊作用容易引發(fā)孔壁坍塌或者縮孔問(wèn)題的出現(xiàn)。土層為粉質(zhì)黏土?xí)r將升降速度調(diào)整為0.973 m/s，轉(zhuǎn)速為0～10轉(zhuǎn)/min。將砂石土層升降速度調(diào)整為0.438 m/s，轉(zhuǎn)速為0～20轉(zhuǎn)/min。將強(qiáng)風(fēng)化泥巖土層升降速度調(diào)整為0.858 m/s，轉(zhuǎn)速為0～15轉(zhuǎn)/min。將中風(fēng)化泥巖土層升降速度調(diào)整為0.575 m/s，轉(zhuǎn)速為0～8轉(zhuǎn)/min。

3.3.3 終孔

在成孔之后需要通過(guò)掏渣筒對(duì)成孔進(jìn)行清理，以此來(lái)保證成孔質(zhì)量。利用地質(zhì)雷達(dá)儀對(duì)鉆孔底部位置進(jìn)行探測(cè)，了解地質(zhì)情況，收集地質(zhì)數(shù)據(jù)，在整合成為地質(zhì)報(bào)告后分析是否達(dá)到終孔要求。如果在探測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)存在裂隙、夾層或者溶洞時(shí)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)施工，一直使鉆頭穿過(guò)不良地質(zhì)層。在穿過(guò)后對(duì)地質(zhì)情況實(shí)施再次探測(cè)分析，評(píng)估是否達(dá)到了結(jié)構(gòu)受力需求，符合受力需求即可確認(rèn)終孔[3]。

3.3.4 清孔

清孔可以及時(shí)對(duì)孔內(nèi)存在的雜物進(jìn)行清理，避免大量雜物堆積影響樁基成孔質(zhì)量，在實(shí)際施工中需要根據(jù)施工流程對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行有效清理。

一次清孔主要是在鉆孔進(jìn)尺和標(biāo)高要求一致時(shí)進(jìn)行，選擇正循環(huán)法實(shí)施清孔處理，主要利用掏渣筒處理。在清孔時(shí)需要關(guān)注是否有塌孔的問(wèn)題，要求對(duì)孔內(nèi)水頭進(jìn)行管控，提升穩(wěn)定性，觀察和測(cè)定泥漿制備是否和設(shè)計(jì)要求相一致。如果檢查結(jié)果合格一次清孔完畢，將鉆頭以緩慢的速度向上移動(dòng)，將鉆機(jī)的位置移開。

清孔結(jié)束后對(duì)樁徑、垂直度進(jìn)行檢測(cè)分析，探孔器為主要的探測(cè)設(shè)備，要求其外徑小于樁體直徑，長(zhǎng)度按照樁徑4倍調(diào)整。隨后測(cè)定樁底沉渣量，如果孔內(nèi)雜物堆積仍然較多可以再次進(jìn)行清理，和一次清孔流程相同，直到孔底沉渣量和施工規(guī)范一致。

3.4 鋼筋籠施工要點(diǎn)

鋼筋籠制作前應(yīng)當(dāng)先明確具體的焊接區(qū)域，對(duì)樁基豎向主筋的實(shí)際位置進(jìn)行標(biāo)記，將其固定后實(shí)施箍筋處理。通過(guò)鋼筋籠成型機(jī)對(duì)鋼筋進(jìn)行加工，鋼筋籠加工完后使用平板車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)處理，使用25 t汽車進(jìn)行吊裝，按照不同的節(jié)段分別將鋼筋籠放到孔洞內(nèi)。

當(dāng)一節(jié)鋼筋籠安裝結(jié)束之后，需要及時(shí)向聲測(cè)管內(nèi)部進(jìn)行灌水，評(píng)估管道結(jié)構(gòu)密閉性是否符合施工要求。在灌水后，水位如果處于穩(wěn)定水平，可以對(duì)聲測(cè)管進(jìn)行密封處理。如果出現(xiàn)水位下降，需要通過(guò)汽車起重機(jī)及時(shí)將鋼筋籠吊起來(lái)檢查問(wèn)題，在問(wèn)題解決后再次下放鋼筋籠，必須要保證管內(nèi)水位符合施工要求才可實(shí)施密封處理。

骨架下放時(shí)觀察其與鋼筋籠位置關(guān)系，如果到達(dá)頂部加勁箍的區(qū)域應(yīng)當(dāng)選擇厚管壁鋼管穩(wěn)定骨架。確保軸線和第一節(jié)鋼筋籠保持對(duì)準(zhǔn)，隨后連接鋼筋接頭。

3.5 混凝土灌注施工要點(diǎn)

樁基結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)剛性導(dǎo)管法進(jìn)行灌注施工，以此來(lái)確保其能夠真正成型。優(yōu)先選擇內(nèi)徑φ325型卡口剛性導(dǎo)管，作為混凝土灌注的主要管道材料。在灌漿施工前，需要實(shí)施水密承壓以及接頭抗拉兩項(xiàng)試驗(yàn)，在試驗(yàn)合格后下放導(dǎo)管，對(duì)長(zhǎng)度實(shí)施標(biāo)記和編號(hào)處理，在下放期間需要檢測(cè)導(dǎo)管位置，要求和孔底之間的距離控制在30 cm。

在橋梁工程施工中，各樁之間的規(guī)格有所不同，應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體情況準(zhǔn)備混凝土，要求導(dǎo)管初埋深度為1 m及以上。在灌注前應(yīng)當(dāng)對(duì)樁孔進(jìn)行檢查，對(duì)沉渣厚度、樁孔深度參數(shù)進(jìn)行分析和檢測(cè)，在每項(xiàng)指標(biāo)沒有錯(cuò)誤后灌注混凝土。在灌注時(shí)，保證混凝土灌注的連續(xù)性，樁頂實(shí)際高度應(yīng)當(dāng)微微高出設(shè)計(jì)標(biāo)高，高出幅度為50 cm。灌注施工要求導(dǎo)管埋深超過(guò)2 m，控制在6 m以下。等待6 h后可以將套管拔出，鑿除樁頭。

4 旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)應(yīng)用檢測(cè)

在旋挖鉆機(jī)成孔后需要對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定，記錄成孔參數(shù)，評(píng)估成孔質(zhì)量，并開展靜荷載試驗(yàn)，測(cè)定樁基穩(wěn)定性以及抗壓性能。如果發(fā)現(xiàn)性能指標(biāo)和施工要求不一致，需第一時(shí)間進(jìn)行處理。旋挖鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)需要選擇20個(gè)旋挖鉆孔進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算20個(gè)鉆孔的均值，對(duì)照均值和標(biāo)準(zhǔn)要求之間的差異。

成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為沉渣厚度≤300 mm，單排樁中心位置≤50 mm，實(shí)測(cè)孔徑和孔深分別在135 cm、64 m以上，相對(duì)密度控制在1.03～1.1，膠體率大于98，垂直度等于或者小于1%，含砂率大于2，黏度在18～25 Pa·s。如果施工后鉆孔質(zhì)量符合施工標(biāo)準(zhǔn)，代表樁基穩(wěn)定性較強(qiáng)。對(duì)樁基進(jìn)行靜荷載力施加，觀察在不同程度荷載力的影響下，樁基沉降是否異常，在未破壞、有沉降的情況下記錄承載力數(shù)據(jù)，得出極限承載力，評(píng)估橋梁樁基是否符合未來(lái)橋梁通行需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

旋挖鉆機(jī)具有施工效率高、能源消耗少、噪聲低、污染小以及適用性廣的優(yōu)勢(shì)，可以滿足不同地域環(huán)境下的樁基施工需求，解決了橋梁工程建設(shè)難題。

應(yīng)用旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)能夠有效減少人工挖孔強(qiáng)度投入。在施工中，需要對(duì)鉆孔的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)管和檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的鉆孔問(wèn)題，對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保障鉆孔活動(dòng)有序開展。

但是該種成孔技術(shù)在應(yīng)用中存在著一定的問(wèn)題，如容易受到施工土層的限制，泥漿護(hù)壁效果不足，施工所需成本較高，在后期搬遷中難度較大。因此，在今后施工應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)對(duì)施工問(wèn)題進(jìn)行分析，制定合適的策略解決難題，發(fā)揮旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)。

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