張杰

(天津建華工程咨詢管理公司，天津 300000)

0 引言

青藏高原地區(qū)施工，面臨三大難題“高寒、高原缺氧、多年凍土”，其中“多年凍土”是橋梁樁基施工中最大的難題?，F(xiàn)結(jié)合青藏鐵路橋梁施工實際，對多年凍土區(qū)使用旋挖鉆機的設(shè)備選擇及其特點和施工技術(shù)進行研究和探討，為類似多年凍土地區(qū)鐵路、公路等工程的橋梁樁基使用旋挖鉆機施工提供了參考。

1 工程概況

青藏鐵路第十八標段長32.1 km，位于唐古拉山埡口南，線路經(jīng)過標段海海拔高程4 900 m～5 072 m，是全線海拔最高的標段，屬多年凍土區(qū)，年凍結(jié)期長達9個月(每年9月～次年5月)，其中高含冰凍土地段長15.5 km，占線路全長的47%，天然凍土上限在2 m～2.5 m范圍。6月～8月地表水流豐富，沼澤遍布，在此路段的設(shè)計多以橋代替路基，由于工期縮短，要求以最快速度完成施工任務(wù)。青藏鐵路建設(shè)另一項注意事項是環(huán)境，保護脆弱的生態(tài)環(huán)境也就成了施工的前提條件。

2 鉆孔設(shè)備的選擇

基于青藏高原的多年凍土特殊特點，橋梁樁基施工選擇鉆孔設(shè)備要對地質(zhì)特點、工期要求等方面進行綜合考慮。

1)青藏高原的特點，有效作業(yè)時間短，此標段每年有效施工期只有5個月，而工期要求緊，必須選擇挖孔作業(yè)效率高，可以進行連續(xù)施工的設(shè)備。

2)環(huán)境保護方面要求高。青藏高原的生態(tài)環(huán)境特別脆弱，一旦被破壞恢復(fù)期將很長，有些將無法進行恢復(fù)，特別是凍土區(qū)，要考慮對凍土區(qū)的保護。

3)與其他鉆機及常規(guī)施工方法相比，旋挖鉆機能夠適應(yīng)青藏鐵路多年凍土區(qū)的各種地質(zhì)情況，具有行走方便，鉆進速度快、環(huán)境污染小且可把對凍土熱平衡的影響降低到最低限度等特點。旋挖鉆機配有旋挖筒式鉆頭和螺旋勘巖鉆頭。螺旋勘巖鉆頭用于一般地層中鉆進，尤其適用于冰層及巖層中鉆進，筒式鉆頭用于地下水豐富的地質(zhì)中鉆進，二者皆可出渣、清孔，在鉆進過程中不需要泥漿護壁，也不需要另配出渣工具。

4)基于青藏高原的多年凍土區(qū)特點、環(huán)境保護要求及旋挖鉆機特點等綜合考慮，青藏鐵路第十八標段選用旋挖鉆機進行橋梁樁基施工，選用的旋挖鉆機型號為德國寶蛾BG-18和BG-25兩種型號的旋挖鉆機，每臺鉆機每個臺班安排5人。

3 旋挖鉆機的特點

3.1 可連續(xù)施工，效率高

旋挖鉆機正常工作時只需一名主機駕駛操作人員，幾名輔助操作人員即可完成鉆孔作業(yè)。旋挖鉆機采用大功率動力設(shè)備和高性能的鉆頭，在場地允許可以進行連續(xù)作業(yè)。鉆機可自行安設(shè)護筒，在無吊車時能自行完成吊裝鋼筋籠、導(dǎo)管等工作。有吊車時，則可連續(xù)鉆孔，施工進度快，孔位成型好。

3.2 技術(shù)先進，定位準確

旋挖鉆機采用全液壓操作系統(tǒng)，操作靈活，同時配有自動定位及保持水平、垂直系統(tǒng)，可以方便保證鉆頭定位準確，鉆桿豎直;鉆頭定位后，設(shè)備自動鎖定樁基位置，在作業(yè)過程若有偏位及時顯示，這樣操作人員根據(jù)顯示偏差進行調(diào)整，保證了鉆機定位的高精度。

3.3 作業(yè)安全，拆運方便

旋挖鉆機自帶的卷揚機提升結(jié)構(gòu)帶有自動鎖緊裝置，能保證吊裝作業(yè)安全。鉆機重心低，自重大，穩(wěn)定性好，在鉆較深、較大孔樁時能保證旋挖鉆機作業(yè)時的穩(wěn)定性與可靠性。旋挖鉆機配履帶式走行裝置，在一般樁基施工區(qū)域，鉆機能夠自行移位。在轉(zhuǎn)運工地時，鉆桿、鉆桿加壓系統(tǒng)、鉆桿走行臂、鉆機平衡重等在吊車配合下組裝與拆運方便。

4 樁基施工工藝

4.1 旋挖鉆機樁基施工工藝

旋挖鉆機樁基施工工藝流程見圖1。

圖1 旋挖鉆機樁基施工工藝流程圖

4.2 場地平整布置

在平地或低洼地段，一般以填代挖，填筑做成一個10 m的工作臺，墩臺之間修筑一條寬度6 m、坡度小于10°的施工便道。場地位于河中時，若條件允許，則采用改移河道法施工，若條件不允許則采用筑島法施工，島頂至少高出水面1.0 m。

4.3 地基加固處理

由于機身重，動力大，盡管鉆機配有70 cm及90 cm兩種寬度的履帶以適應(yīng)不同地層，但為保證施工過程中鉆機的穩(wěn)定性及水平度，在鉆機就位前對軟弱地層必須做好地基加固處理，一般采用順鋪枕木或拋填片石擠淤的加固方法，以增強地基承載力，保持機械的正常作業(yè)。

4.4 鉆機就位

安裝鉆機時，底座應(yīng)墊平，保持穩(wěn)定，不得產(chǎn)生位移和沉陷。在鉆機發(fā)動機散熱部分預(yù)先鋪設(shè)隔熱板，一般采用聚苯乙烯泡沫塑料隔熱板，在鉆機作業(yè)時，發(fā)動機產(chǎn)生的熱量不會影響其下的凍土層。鉆頭或鉆桿中心與孔位中心的偏差不得大于30 mm。

4.5 護筒設(shè)置

1)在青藏多年凍土地區(qū)橋梁樁基通常采用鋼制雙護筒，在陸地及水中均可使用，鋼制內(nèi)護筒用厚4 mm～6 mm鋼板制成，鋼護筒采用焊接，上、下節(jié)鋼護筒連接時應(yīng)保持垂直，同時鋼護筒滿足一定的強度、剛度和抗?jié)B等指標。每節(jié)護筒頂部焊有供吊裝用Φ12鋼筋吊環(huán)，底節(jié)護筒下端設(shè)刃腳，內(nèi)徑比樁徑大20 cm以上。因青藏鐵路第十八標段天然凍土上限在2 m～5.5 m范圍，按設(shè)計施工要求一般護筒長度為5.5 m。

2)一般采用雙護筒施工時，先做一個厚度在10 mm～15 mm的護筒(比樁徑大50 cm～60 cm)，采用旋挖鉆機的護筒驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)壓入，外護筒起穩(wěn)定孔口的作用?？卓诨痉€(wěn)定后再安放內(nèi)護筒。內(nèi)護筒一般安裝至凍土上限以下大于0.5 m處，安裝前在內(nèi)護筒外側(cè)涂渣油減少凍脹力對樁基的不良影響。成樁后內(nèi)護筒留在地下，以減小凍土對樁基的上拔力。若孔口地質(zhì)條件穩(wěn)定，外護筒可及時拔出循環(huán)使用。若孔口地質(zhì)不太穩(wěn)定，樁基施工完畢后混凝土達到一定標號后再拔除外護筒。內(nèi)護筒中心與樁中心對準，其誤差不大于50 mm，內(nèi)護筒上下要豎直，其誤差不大于1%的內(nèi)護筒長度。

3)在地質(zhì)條件較差或地表水較大時，在兩個護筒之間填塞膨脹水泥，控制滲水，可有效防止塌孔。水中筑島施工樁基，護筒宜埋入河底以下1.0 m左右，護筒頂宜高出施工水位并高出施工地面0.5 m。內(nèi)護筒安裝完畢，需測量護筒頂標高，進而計算出鉆孔深度。

4.6 鉆孔作業(yè)

1)鉆孔作業(yè)先準確安裝護筒進行護壁。將鉆頭中心與樁位中心準確定位后，將鉆桿走行臂位置進行鎖定。運作鉆機將鉆頭鉆進一定深度，而后將擴孔器接入鉆斗頂部的限位孔內(nèi)進行擴孔，擴孔深度根據(jù)凍土上限深度及護筒長度來進行確定;擴孔完畢后即用旋挖鉆機的起重裝置將鋼制護筒吊至樁位處，準確定位后利用鉆機的加壓裝置將護筒平整壓入預(yù)定位置，檢查護筒準確定位后即可進行正常鉆孔作業(yè)。

2)在沒有硬巖的情況下，鉆進是相當快的。鉆孔深度則始終在鉆機操作人員的控制中，因在其操作室內(nèi)有鉆孔深度計數(shù)器，精度為0.1 m;旋挖鉆機另一顯著特點是每次鉆斗裝滿鉆渣后都是提離樁孔后卸于地表的，由此可以根據(jù)鉆渣進行觀察鉆孔樁的地質(zhì)情況，必要時對其進行詳盡、完善而準確的記錄，并及時進行分析，這樣將有助于旋挖鉆機操作人員調(diào)整旋挖鉆機各項操作參數(shù)，以便使旋挖鉆機更加安全、有效作業(yè)，同時可以對后續(xù)各項工作進行提前合理安排。進行鉆孔時，司機要操作設(shè)備保持鉆桿豎直并及時掌握鉆進深度，同時根據(jù)反向扭矩及地質(zhì)變化情況調(diào)整鉆進速度。

5 幾點體會

1)旋挖鉆機鉆進的速度相當快，對地質(zhì)適應(yīng)面廣。

在鉆進施工過程中，樁基周圍的凍土一般不發(fā)生大量融化，可以實現(xiàn)所謂的“旋挖干取土法”，不需要泥漿進行護壁。在鉆進施工中，基底有少量積水一般也不會影響樁基洞壁坍塌。為了防止在鉆進過程中遇到不良的地質(zhì)情況，施工現(xiàn)場要配制一定體積的泥漿，一旦遇到不良地質(zhì)樁基洞壁失穩(wěn)的情況，要及時補充泥漿進行護壁。

2)為了降低成本，采用人工挖孔與旋挖鉆機相互配合使用的辦法。

由于氣候惡劣、高原缺氧、凍土等原因人工挖孔的方法不被大量采用，但單價較低。地表至凍土上限部分土質(zhì)較為松軟人工挖孔可以施工。凍土上限至樁底部分，土質(zhì)較硬凍土上限水和地下水發(fā)育采用旋挖鉆機施工。嚴格控制旋挖鉆機成孔質(zhì)量，對成孔施工中出現(xiàn)的擴孔、超深等造成下步混凝土施工不合理超灌的混凝土要有明確的記錄，分析原因，非地質(zhì)等原因是由于操作不當造成的成本費用由旋挖鉆機組進行承擔，扣減相應(yīng)的費用，以提高操作工人責任心，節(jié)省成本。

3)做好施工準備合理安排施工順序，做到流水施工，并且連續(xù)施工。

在樁基施工中，樁基成孔是前提和關(guān)鍵，旋挖鉆機的機械臺班成本較高，所以使鉆機連續(xù)不間斷施工是很重要的?，F(xiàn)在市場上的旋挖鉆機多種多樣、良莠不齊，各種鉆機的成孔質(zhì)量也有不同，旋挖鉆機經(jīng)常會出現(xiàn)斜孔、擴孔、超深的現(xiàn)象，造成樁基的混凝土浪費，因此選擇好旋挖鉆機的型號配制熟練的操作工人是非常重要的，同時做好施工準備及施工方案，統(tǒng)籌安排好各道工序。

4)青藏高原的生態(tài)環(huán)境特別脆弱，在施工中要做好環(huán)境保護工作。

在使用旋挖鉆機施工中，各道工序要注意對原有凍土層的保護，盡量不要去破壞原有的動土結(jié)構(gòu)。旋挖鉆機振動小，噪聲低，同時可以實現(xiàn)“旋挖干取土法”施工，減少了配制大量泥漿，實現(xiàn)對青藏高原的原有的生態(tài)環(huán)境擾動減少到最低程度。

［1］ 章新安，譚向軍.多年凍土區(qū)鉆孔灌注樁干法成樁施工技術(shù)［J］.山西建筑，2006，32(7)：76-77.

［2］ 熊勇軍.旋挖鉆機在青藏鐵路的應(yīng)用［J］.建筑機械，2003 (9)：88-89.