李昶忻

(中鐵二十五局三公司，湖南 長沙410000)

旋挖鉆技術(shù)在長株潭城際鐵路施工中的應(yīng)用*

李昶忻

(中鐵二十五局三公司，湖南 長沙410000)

根據(jù)長株潭城際鐵路湘潭特大橋湘江段地質(zhì)條件及工程特點(diǎn)，采用旋挖鉆成孔施工工藝，并結(jié)合現(xiàn)場施工過程，總結(jié)了松軟覆蓋層下伏高強(qiáng)基巖旋挖鉆鉆孔技術(shù)的施工要點(diǎn)和施工經(jīng)驗(yàn)，為同類項(xiàng)目的高效施工提供了指導(dǎo)性參考。

旋挖鉆;松軟覆蓋層;高強(qiáng)基巖;施工要點(diǎn);施工經(jīng)驗(yàn)

旋挖鉆鉆孔成樁施工工法在我國從20世紀(jì)90年代開始起步，此法是因青藏鐵路的成功應(yīng)用而迅速發(fā)展起來的先進(jìn)樁基施工工法。旋挖鉆機(jī)施工具有高效、低噪、環(huán)保、成孔質(zhì)量高、機(jī)械化程度高、操作工人勞動強(qiáng)度低等諸多特點(diǎn)，一般應(yīng)用于粉質(zhì)砂土、粘土土層的鉆孔成樁施工，也有應(yīng)用于巖層鉆孔的案例，但應(yīng)用巖層強(qiáng)度一般為300～350KPa，在450KPa高強(qiáng)度巖質(zhì)地層，旋挖鉆應(yīng)用很少，尤其是在強(qiáng)度達(dá)到800KPa的巖層，國內(nèi)幾乎沒有任何采用旋挖鉆鉆孔施工的案例。

本文以長株潭城際鐵路湘潭特大橋跨湘江段的樁基施工為例，總結(jié)了旋挖鉆松軟覆蓋層下伏高強(qiáng)基巖旋挖鉆鉆孔技術(shù)施工要點(diǎn)和施工經(jīng)驗(yàn)。

一、工程概述

長株潭城際鐵路湘潭特大橋跨湘江段長850m，里程為XDK045+261.57～XDK046+097.14。該處地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要有三層:上層，淤泥、沙礫層;中間層，強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層;底層，弱風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。

施工范圍內(nèi)主墩均為鉆孔樁基礎(chǔ)。樁直徑均為2m，平均樁長約50m，最長達(dá)到60m之多，其中位于細(xì)砂和礫石層樁長約10m，嵌入高強(qiáng)巖層長度達(dá)到50m。在如此地質(zhì)條件下進(jìn)行鉆孔樁施工，上部易坍孔，下部難鉆進(jìn)，且樁體深長，施工難度很大。

二、旋挖鉆鉆孔施工工序

(一)施工準(zhǔn)備

鉆孔施工前，根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦巍⒌刭|(zhì)、水文資料和樁頂標(biāo)高等情況，并結(jié)合施工技術(shù)的要求，作好了如下準(zhǔn)備工作:對設(shè)計(jì)提供的控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測。利用湘江枯水季節(jié)，進(jìn)行圍堰筑堤、筑島施工，筑島面積以滿足施工需要為準(zhǔn);鉆孔場地平整，測量放樣，確定樁位。

(二)鋼護(hù)筒插打

根據(jù)本橋位處的地質(zhì)情況，鋼護(hù)筒應(yīng)跟進(jìn)到巖層，鋼護(hù)筒為12mm厚鋼板制成，用吊車配合汽車將鋼護(hù)筒運(yùn)到施工作業(yè)平臺上，然后用鋼筋制作的對位器對鋼護(hù)筒進(jìn)行定位。經(jīng)過技術(shù)分析，確定土層對護(hù)筒的摩阻力已經(jīng)超過震動錘所能提供的豎向下沉分力，因此不能將護(hù)筒一次性下放到位，只能邊鉆進(jìn)邊下放。但下壓護(hù)筒使用振動錘，開挖需使用鉆機(jī)，前后更換影響施工效率，后改用旋挖鉆頭直接下壓護(hù)筒。考慮到鉆機(jī)的鉆頭提升能力有限，高出地面高度一般不超過2m，因此長護(hù)筒不能整體下放，經(jīng)過多次試驗(yàn)，將護(hù)筒割成節(jié)長(4+3×2)m比較合理，第一節(jié)4m長護(hù)筒下壓到護(hù)筒頂略超出地面后焊接接長，然后繼續(xù)下壓。這樣施工方法改進(jìn)變?yōu)椤跋聣骸_挖—焊接—下壓—開挖—焊接”循環(huán)進(jìn)行，直至護(hù)筒進(jìn)入巖層。在下插過程中，使用校正器不斷校正鋼護(hù)筒水平位置及垂直度，確保鋼護(hù)筒準(zhǔn)確性。

(三)旋挖鉆鉆孔

鉆機(jī)就位前，對主要機(jī)具及配套設(shè)備進(jìn)行檢查，檢查后通過試鉆來判斷該地質(zhì)鉆孔的可行性及地質(zhì)資料是否相符;在準(zhǔn)確了解該地段的地層情況后，將鉆機(jī)就位，調(diào)整鉆桿角度，使鉆頭中心與樁位中心對準(zhǔn)，誤差不超過2cm。調(diào)整鉆機(jī)垂直度參數(shù)，使鉆桿垂直，同時稍微提升鉆具，確保鉆頭環(huán)刀自由浮動孔內(nèi);在鉆孔的過程中針對不同地層選用不同的鉆頭、鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)速度及合適的泥漿比重。

(四)清孔及驗(yàn)孔

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)高程后，現(xiàn)場技術(shù)人員對孔實(shí)際深度進(jìn)行檢查并記錄，達(dá)到設(shè)計(jì)高程后用驗(yàn)孔器對孔垂直度進(jìn)行檢驗(yàn)。各項(xiàng)指標(biāo)符合要求后，下放完鋼筋籠及導(dǎo)管后進(jìn)行第二次清孔，直至沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。二次清孔采用氣舉反循環(huán)清渣工藝，工藝流程見圖1?？昨?yàn)收合格后，鉆機(jī)移動至下一根樁位處進(jìn)行鉆孔。

三、旋挖鉆鉆孔施工要點(diǎn)

(一)長鋼護(hù)筒逐節(jié)焊連一次插打技術(shù)

由于湘潭特大橋跨湘江段巖層以上尚有10m左右的松軟覆土層，在旋挖鉆鉆孔過程中，極易造成土層塌孔。為了解決旋挖鉆鉆孔穿越松軟覆蓋層不塌孔的技術(shù)性難題，采用了“長鋼護(hù)筒逐節(jié)焊連一次插打技術(shù)”，即:在開始鉆孔前，將鋼護(hù)筒以4m為一節(jié)逐節(jié)插打入土，第一節(jié)鋼護(hù)筒經(jīng)振動錘下壓到護(hù)筒頂略超出地面后焊接接長，然后采用振動錘繼續(xù)下壓至筒頂略超出地面后再焊接接長，按此方法，直至鋼護(hù)筒嵌入巖層不少于0.5m，鋼護(hù)筒焊連接段如圖2所示。鋼護(hù)筒打入一節(jié)后，利用吊車將另一節(jié)調(diào)至護(hù)筒上方，先采用點(diǎn)焊方式將兩節(jié)護(hù)筒連接，再用若干塊小鋼板將兩節(jié)護(hù)筒固定，然后將兩節(jié)護(hù)筒滿焊，焊接過程中確保鋼護(hù)筒垂直度。

圖1 氣舉反循環(huán)清渣工藝流程

(二)確保鋼護(hù)筒準(zhǔn)確性

在一次插打長鋼護(hù)筒過程中，嚴(yán)格控制鋼護(hù)筒的焊接質(zhì)量和鋼護(hù)筒的垂直度、水平位置，以便于鋼護(hù)筒插打和鉆孔樁滿足設(shè)計(jì)施工的要求，是插打過程施工控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。首先在樁周圍設(shè)置4個護(hù)樁，護(hù)樁用混凝土固定，以確保穩(wěn)定性;再安裝護(hù)筒定位器，定位器采用鋼筋焊接，利用護(hù)樁固定在筑島圍堰上，確保鋼護(hù)筒位置準(zhǔn)確性。在插打鋼護(hù)筒過程中，施工人員要不斷測量垂直度，若發(fā)生偏移則馬上糾正，誤差較大時則將鋼護(hù)筒向上抽出部分后重新插打，確保鋼護(hù)筒水平位置及垂直度的準(zhǔn)確性。

(三)組合鉆頭逐級鉆進(jìn)

由于地層地質(zhì)條件隨鉆孔深度各有不同，施工過程中根據(jù)地質(zhì)條件的變化使用不同的鉆頭，以滿足不同巖層條件下的進(jìn)度需要，減少鉆頭的損耗，降低施工成本。

該橋鉆孔樁孔徑為2.0m，進(jìn)入巖層后，由于巖層堅(jiān)硬，若采用2.0m鉆頭較鈍，極易造成鉆頭的損耗。為了減少鉆孔過程中鉆頭的損耗，加快鉆孔進(jìn)度，在鉆孔過程中，采用“組合鉆頭逐級鉆進(jìn)”的施工方法，即:采用1.0m螺旋鉆頭鉆進(jìn)1.5m深后，改換1.2m漏斗鉆頭進(jìn)行掏碴、擴(kuò)孔后，再換2.0m漏斗鉆頭按設(shè)計(jì)孔徑施工到位，然后再進(jìn)行下一個1.5m深的循環(huán)鉆進(jìn)，如此反復(fù)，可在不降低鉆孔效率的情況下，大大減少鉆頭的損耗，降低鉆孔成本。為了加快鉆孔進(jìn)度，1.0m鉆頭采用合金鉆頭，有效地提高了其耐磨性，取得了更好的效果。

四、旋挖鉆鉆孔的施工經(jīng)驗(yàn)

1、鋼護(hù)筒連接時應(yīng)嚴(yán)格控制鋼護(hù)筒頂面平整度及焊接質(zhì)量，防止振動錘下鋼護(hù)筒時出現(xiàn)脫節(jié)等情況。

2、鋼護(hù)筒焊接過程中，焊工應(yīng)嚴(yán)格遵守電焊焊接安全規(guī)范，配合焊接的吊車及相關(guān)人員嚴(yán)格注意安全。

3、振動錘下護(hù)筒時應(yīng)嚴(yán)格控制鋼護(hù)筒水平位置及其垂直度，應(yīng)由專人指揮振動錘偏壓方向，保證鋼護(hù)筒中心偏移在標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)。

4、旋挖鉆鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進(jìn)行，如因故停鉆時，應(yīng)將鉆頭及鉆桿提出至孔外以防埋鉆，并注意保持孔內(nèi)泥漿比重，經(jīng)常對鉆孔泥漿抽檢試驗(yàn)，不符合要求時要及時補(bǔ)充或調(diào)整泥漿。發(fā)生異常情況，如塌孔等問題，應(yīng)仔細(xì)觀察分析，查明原因，及時與技術(shù)、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等單位取得聯(lián)系，采取有效措施。

5、鉆進(jìn)過程中，起落鉆頭速度宜均勻，不得驟然變速，以免碰撞孔壁或護(hù)筒。

6、及時詳細(xì)地填寫鉆孔施工記錄，正常鉆進(jìn)時應(yīng)參考地質(zhì)資料掌握土層變化情況，及時撈取鉆碴取樣，判斷土層，記入鉆孔記錄表，并與地質(zhì)資料進(jìn)行核對，根據(jù)核對判定的土層及時調(diào)整鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速和進(jìn)尺。

五、結(jié)語

旋挖鉆鉆孔成樁施工有較多未知的因素，需在施工中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步汲取先進(jìn)的技術(shù)和工藝。實(shí)際的施工中并沒有一成不變的工法，只有靠科學(xué)的技術(shù)指導(dǎo)和靈活多變的處理方式才能保證施工的順利進(jìn)行。長株潭城際鐵路湘潭特大橋在松軟覆蓋層下伏高強(qiáng)基巖上采用旋挖鉆技術(shù)成孔施工的成功經(jīng)驗(yàn)，為以后同類項(xiàng)目的施工提供了有價值的參考。

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2012－05－19

李昶忻(1979－)，男，湖南岳陽人，工程師。