劉清泉

（江西誠(chéng)達(dá)工程咨詢監(jiān)理有限公司， 江西 南昌 330006）

0 引 言

樁基礎(chǔ)是各類工程建設(shè)中重用的基礎(chǔ)形式之一。由于施工工藝成熟、承載力高、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，常用于變電站工程填方區(qū)重要建構(gòu)筑物或設(shè)備的基礎(chǔ)。但是由于人工挖孔樁存在人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工效率低，而傳統(tǒng)的鉆孔機(jī)械(主要為回轉(zhuǎn)循環(huán)類鉆機(jī)和沖抓類鉆機(jī))受鉆機(jī)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工工藝特點(diǎn)，鉆進(jìn)成孔速度較慢、占用場(chǎng)地大、耗用資源多，并且在施工過(guò)程中循環(huán)泥漿、噪聲等的污染較大。

1 旋挖鉆機(jī)原理

旋挖鉆機(jī)將整體置于履帶式車盤上，以自備柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，桶式鉆斗借助動(dòng)力頭帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)方式，通過(guò)底部帶有活門的桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆孔機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，到達(dá)持力巖層后更換巖心鉆頭嵌巖，最終形成樁孔。

2 旋挖鉆機(jī)成孔工藝

旋挖鉆機(jī)成孔的工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→旋挖機(jī)就位→埋設(shè)護(hù)筒→旋挖成孔→巖心鉆嵌巖→清孔及成孔檢驗(yàn)。

2.1 施工準(zhǔn)備

復(fù)測(cè)場(chǎng)地平整范圍、標(biāo)高、平整度，查驗(yàn)回填土密實(shí)度試驗(yàn)報(bào)告是否符合要求，實(shí)地檢查場(chǎng)平土石方回填施工質(zhì)量，做好場(chǎng)地的驗(yàn)收交接手續(xù)。組裝旋挖鉆機(jī)，測(cè)試其性能，準(zhǔn)備全站儀、鋼尺、測(cè)繩、檢孔器等測(cè)量工器具，組織作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，并開(kāi)展試成孔檢驗(yàn)，檢驗(yàn)旋挖成孔工藝的可行性和可靠性。

2.2 測(cè)量定位

(1)根據(jù)業(yè)主提供的控制點(diǎn)，用全站儀在樁基施工區(qū)域建立一個(gè)軸線測(cè)量控制網(wǎng)。該測(cè)量網(wǎng)須距離施工區(qū)一定距離且滿足放線便捷，同時(shí)便于坐標(biāo)點(diǎn)之間互相校核，然后用混凝土或鋼管加以保護(hù)，定期進(jìn)行檢查復(fù)測(cè)，控制網(wǎng)的精度應(yīng)符合《工程測(cè)量規(guī)范》規(guī)定。

(2)按照樁位布置圖用全站儀坐標(biāo)法進(jìn)行樁位中心放樣，并用鋼尺復(fù)核樁位之間的平面距離，放樣后在周圍設(shè)護(hù)樁，軸線偏差控制在 20 mm 以內(nèi)。

(3)所有測(cè)量?jī)x器在施工前必須進(jìn)行校核，并按要求提供檢驗(yàn)報(bào)告。

2.3 旋挖機(jī)就位

(1)就位前對(duì)各連接部位進(jìn)行檢查，鉆機(jī)平臺(tái)底座必須座落在較堅(jiān)實(shí)的位置，否則用鋼板墊平或采取硬化措施，防止施工中傾斜。

(2)旋挖鉆機(jī)底盤為伸縮式自動(dòng)整平裝置，駕駛室內(nèi)配有數(shù)字儀表，操控便捷，鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位中心時(shí)鎖定數(shù)據(jù)。

2.4 埋設(shè)護(hù)筒

(1)樁位測(cè)放后，先用 φ8 鋼筋作四角護(hù)樁標(biāo)志，經(jīng)復(fù)測(cè)后，據(jù)此埋設(shè)護(hù)筒，并把四角控制樁引到護(hù)筒上并用十字線標(biāo)明鉆孔的中心，鉆機(jī)據(jù)此對(duì)正孔位。

(2)護(hù)筒孔位采用旋挖鉆機(jī)桶式鉆頭打開(kāi)擴(kuò)孔器旋挖形成，護(hù)筒常用 4 mm～8 mm 厚的鋼板加工制成，護(hù)筒內(nèi)徑比設(shè)計(jì)樁徑大 100 mm～200 mm，高出場(chǎng)地面 0.30 m。護(hù)筒埋深應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況，土質(zhì)密實(shí)時(shí)較淺，當(dāng)土質(zhì)疏松時(shí)較深，通常在 1.2 m～4 m。保持護(hù)筒垂直，使護(hù)筒中心與樁位中心重合，用拉線法檢查樁位偏差，偏差不大于 70 mm。

(3)護(hù)筒上口開(kāi)設(shè)溢漿口，護(hù)筒周圍采用土體回填并夯實(shí)，以防護(hù)筒發(fā)生偏移。

2.5 旋挖成孔

(1)開(kāi)鉆前找準(zhǔn)樁位并拉好十字線，對(duì)準(zhǔn)樁位后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員檢查合格并報(bào)請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)收認(rèn)可后方可開(kāi)鉆。鉆進(jìn)系統(tǒng)采用液壓動(dòng)力頭帶動(dòng)鉆桿，鉆頭切削土體，將巖土旋轉(zhuǎn)裝入鉆頭，然后伸縮鉆桿提出鉆斗卸土，通過(guò)循環(huán)取土卸土直至到達(dá)設(shè)計(jì)要求持力巖層。

(2)根據(jù)不同土質(zhì)結(jié)構(gòu)選擇不同的轉(zhuǎn)速和進(jìn)尺進(jìn)行控制，由軟地層進(jìn)入硬地層時(shí)因土層太硬會(huì)引起鉆錐跳動(dòng)及偏斜、加大鉆桿擺動(dòng)，應(yīng)減速慢進(jìn)。相反，當(dāng)由硬地層進(jìn)入軟地層時(shí)，可適當(dāng)加速鉆進(jìn)。

(3)通過(guò)旋挖鉆機(jī)駕駛室內(nèi)配置的數(shù)字儀表顯示并調(diào)整鉆進(jìn)時(shí)的垂直度，采用電子控制和人工觀測(cè)兩方面來(lái)保證鉆桿垂直度，從而確保樁孔的垂直度。

(4)鉆孔過(guò)程中，按試成孔確定的參數(shù)進(jìn)行施工，并安排專人記錄成孔過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，如鉆進(jìn)深度、地質(zhì)特征、障礙物等情況。

(5)鉆孔作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，因故停鉆時(shí)應(yīng)將鉆頭提出孔外，孔口加蓋防護(hù)措施。

(6)鉆孔過(guò)程中發(fā)生地質(zhì)變化時(shí)要及時(shí)撈取渣樣，檢查并記錄土層變化情況，與地質(zhì)剖面圖進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)報(bào)告監(jiān)理、地質(zhì)工代等相關(guān)人員，分析原因，及時(shí)處理。

(7)施工過(guò)程中對(duì)磨損超標(biāo)的鉆頭應(yīng)及時(shí)更換，以保證成孔質(zhì)量。

2.6 巖心鉆嵌巖

經(jīng)監(jiān)理、地質(zhì)工代確認(rèn)旋挖鉆進(jìn)到達(dá)設(shè)計(jì)要求持力巖層后，隨即將取土鉆頭更換成巖心鉆頭，低速鉆進(jìn)，保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求全斷面入巖的深度。

2.7 清孔及成孔檢驗(yàn)(見(jiàn)表1)

為確保樁孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，成孔過(guò)程中除鉆機(jī)自身儀表顯示的深度外，還須經(jīng)常用測(cè)繩測(cè)量孔深，尤其是入巖后的鉆孔深度，確保樁身全斷面入巖深度。嵌巖完成后換回前期取土鉆頭進(jìn)行清底，充分研磨孔底較大顆粒石塊，并將其清理出孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一次清孔排渣原則。時(shí)間一般不少于15 min。嚴(yán)禁用增加鉆孔深度代替清孔。

清底后及時(shí)報(bào)請(qǐng)監(jiān)理及地質(zhì)工代到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)孔，檢查孔徑、孔深、垂直度等是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

在成孔驗(yàn)收合格后，應(yīng)隨即進(jìn)行下鋼筋籠、澆灌混凝土作業(yè)，否則在下鋼筋籠前還應(yīng)進(jìn)行二次清底，確保沉渣不超標(biāo)，檢查符合要求為止。

表1 成孔檢驗(yàn)項(xiàng)目

3 在工程中的應(yīng)用分析

3.1 優(yōu) 點(diǎn)

(1)效率高。旋挖機(jī)鉆進(jìn)速度快，在強(qiáng)夯后的土層中每小時(shí)鉆進(jìn)達(dá) 10 m，正常情況 2 h～5 h 之間就可以成孔，效率是傳統(tǒng)鉆孔機(jī)械的數(shù)倍效率。

(2)移動(dòng)靈活。旋挖鉆機(jī)采用履帶式底座，機(jī)身自身調(diào)平裝置，移動(dòng)行走靈活、速度快。

(3)定位準(zhǔn)確。旋挖鉆機(jī)配置有自動(dòng)化控制儀表，可通過(guò)駕駛室操控各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，保證旋挖鉆機(jī)孔位、孔徑、孔深、垂直度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到規(guī)范或設(shè)計(jì)要求，也可以根據(jù)地層情況自動(dòng)調(diào)整扭矩，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

(4)適應(yīng)性強(qiáng)。旋挖鉆機(jī)適用于黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風(fēng)化巖層，只是在遇到超規(guī)格漂石且含量過(guò)多時(shí)才會(huì)造成鉆進(jìn)困難。另外旋挖鉆機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單、組裝方便，鉆進(jìn)嵌巖只需更換巖心鉆頭。

(5)環(huán)保性。旋挖鉆機(jī)噪聲小、污染少，旋挖鉆采用非水介質(zhì)取土，只需少量的泥漿護(hù)壁。當(dāng)土體密實(shí)時(shí)如經(jīng)過(guò)機(jī)械碾壓或強(qiáng)夯處理，可不需要泥漿支護(hù)，實(shí)現(xiàn)干法成孔，極大改善施工環(huán)境。

3.2 缺 點(diǎn)

(1)價(jià)格比較昂貴。1 臺(tái)動(dòng)輒幾百萬(wàn)，一次性投入比較大，且運(yùn)營(yíng)、維修保養(yǎng)等費(fèi)用較高。

(2)旋挖鉆機(jī)自重較大。鉆機(jī)平臺(tái)的穩(wěn)定也是個(gè)不容忽視的問(wèn)題，不注意的話，容易發(fā)生孔斜超標(biāo)的質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致鉆機(jī)傾覆的安全事故。

(3)鉆進(jìn)過(guò)程中反復(fù)提升鉆頭，抽吸作用下使鉆頭下方孔內(nèi)易產(chǎn)生負(fù)壓，不利用孔壁穩(wěn)定。

3.3 常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及處理對(duì)策

3.3.1 坍 孔

在濕法旋挖過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)井孔護(hù)筒內(nèi)泥漿位忽然上升溢出護(hù)筒隨即驟降并冒出氣泡，應(yīng)懷疑是坍孔征象，可用測(cè)深錘探測(cè)。如測(cè)深錘未取出或被埋不能上提，或測(cè)深錘探測(cè)達(dá)不到原來(lái)深度，均可證實(shí)確為坍孔。坍孔不嚴(yán)重時(shí)，可用土回填至坍孔位置以上并采取改善泥漿性能、加高水頭、埋深護(hù)筒等措施，繼續(xù)鉆進(jìn)。坍孔嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)立即將鉆頭提出，采用低標(biāo)號(hào)水泥砂漿回填后重鉆。

在干法旋挖過(guò)程中遇坍孔狀況時(shí)，鉆機(jī)輔助人員通過(guò)觀察孔壁及鉆頭頂部是否帶有巖土來(lái)發(fā)現(xiàn)判別。坍孔不深時(shí)可埋深護(hù)筒、回填水泥拌土措施后繼續(xù)鉆進(jìn)。坍孔嚴(yán)重時(shí)應(yīng)立即將鉆孔全部用低標(biāo)號(hào)砂漿回填后重鉆。

3.3.2 填方區(qū)局部漂石多，成孔困難

場(chǎng)地平整過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制塊石含量，粒徑不得超標(biāo)，石料不得集中填埋，超過(guò) 0.3 m 塊石須破碎處理。當(dāng)遇到漂石較多時(shí)，由于變電站工程樁基大多是群樁承臺(tái)式，可采取挖掘機(jī)翻挖換填土層后將護(hù)筒周圍土夯實(shí)后重新鉆孔，也可采取人工挖孔樁穿過(guò)漂石區(qū)后再采用旋挖機(jī)鉆進(jìn)。

3.3.3 竄 孔

旋挖鉆機(jī)成孔的孔壁比較粗糙，穩(wěn)定性較差。當(dāng)相鄰樁孔間距過(guò)小時(shí)，易發(fā)生竄孔現(xiàn)象。因此，所有作業(yè)點(diǎn)必須跳挖，且跳挖相鄰孔距須大于 4 倍孔徑，此外鉆斗卸出巖土距孔口應(yīng)大于 6 m。

3.3.4 場(chǎng)地松軟，鉆機(jī)自重產(chǎn)生孔身偏斜

當(dāng)場(chǎng)地松軟時(shí)，應(yīng)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行硬化或采取鋪墊鋼板或?qū)λ绍洸课煌诔龘Q填處理，雨季施工應(yīng)事先做好場(chǎng)地排水。開(kāi)鉆后，一旦發(fā)生鉆機(jī)偏斜情況應(yīng)停止鉆進(jìn)，整平調(diào)直后再開(kāi)鉆。

3.3.5 縮 孔

遇有縮孔時(shí)應(yīng)采取防止坍孔和防止鉆錐擺動(dòng)過(guò)大的措施。縮孔是鉆錐磨損過(guò)甚、焊補(bǔ)不及時(shí)或因地層中有遇水膨脹的軟土、黏土泥巖造成的。對(duì)鉆錐磨損應(yīng)注意及時(shí)焊補(bǔ)，對(duì)地層軟土泥巖應(yīng)采用失水率小的優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁。已發(fā)生縮孔時(shí)宜在該處用鉆錐上下反復(fù)掃孔以擴(kuò)大孔徑。

3.3.6 卡 鉆

卡鉆后只宜輕提不宜強(qiáng)提。輕提不動(dòng)時(shí)可用小沖擊鉆錐沖擊或用沖、吸的方法將鉆錐周圍的鉆渣松動(dòng)后再提出。

4 變電站樁基工程應(yīng)用實(shí)例

福州 1 000 kV 變電站工程本期建設(shè) 3 000 MVA 主變 2 組及 1 000 kV 出線 2 回和 500 kV 出線 4 回。站址地處丘陵山區(qū)，場(chǎng)地高差較大，站區(qū)土石方就地平衡，填方按 8∶2 土石比分層進(jìn)行強(qiáng)夯。場(chǎng)平后形成厚度 0～30 m 不等的回填區(qū)。1 000 kV 構(gòu)架、1 000 kV GIS、主變及高抗等重要構(gòu)筑物及設(shè)備基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯地基處理后，采用 φ800 機(jī)械旋挖成孔灌注樁。樁基總量 738 根(其中本期 330 根，遠(yuǎn)期 408根)，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí) C35，抗?jié)B等級(jí)為 S8，以 ⑤-3 中等風(fēng)化凝灰?guī)r為樁基持力層，樁身全斷面進(jìn)入持力層的深度不小于 0.5 m，實(shí)際樁長(zhǎng)在 5.15 m～31.45 m 不等，平均樁長(zhǎng)17 m。該樁基工程于 2014 年 1 月 7 日開(kāi)始施工。為滿足上部土建施工需求，該項(xiàng)采取了“分期施工，分期檢測(cè)，分期移交”策略。2014 年 4 月 10 日完成本期 330 根樁基施工任務(wù)。經(jīng)過(guò)福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司按規(guī)定進(jìn)行取芯、高應(yīng)變、低應(yīng)變檢測(cè)，單樁承載力、樁身完整性均能達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，按期移交上部土建隊(duì)伍進(jìn)行基礎(chǔ)承臺(tái)施工。遠(yuǎn)期 408 根樁基于 2014 年 5 月 1 日完成了施工。福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司在 2014 年 7 月 11 日完成了取芯、高應(yīng)變和低應(yīng)變檢測(cè)項(xiàng)目。單樁承載力、樁身完整性指標(biāo)均符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，滿足了上部土建隊(duì)伍施工節(jié)點(diǎn)工期要求。樁基工程施工共投入旋挖鉆機(jī) 2 臺(tái)，全過(guò)程歷時(shí)115 d，滿足了工期要求。經(jīng)過(guò)檢測(cè)Ⅰ類樁數(shù)占 97%，Ⅱ類樁僅為 3%，優(yōu)質(zhì)高效完成施工任務(wù)，確保了工程質(zhì)量。

5 結(jié) 語(yǔ)

旋挖鉆機(jī)已在其他行業(yè)工程建設(shè)樁基施工中得到廣泛應(yīng)用。旋挖鉆機(jī)雖然在設(shè)備價(jià)格方面比較昂貴，成本較高，但其具有適用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、鉆進(jìn)效率高、成樁質(zhì)量好、噪聲小、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)勢(shì)。用于變電站樁基工程成孔施工同樣優(yōu)勢(shì)明顯：能顯著地提高工程施工效率，保證工程質(zhì)量，改善文明施工環(huán)境，促進(jìn)和諧施工；在合理選取施工方法與施工工藝時(shí)，能最大限度地節(jié)省人力、物力、時(shí)間等資源，具有良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。