顏展翔（長(zhǎng)沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

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淺析橋梁樁基礎(chǔ)旋挖鉆施工技術(shù)

顏展翔（長(zhǎng)沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

本文簡(jiǎn)要分析了旋挖鉆施工技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)施工中的適用范圍、工藝優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)例就旋挖鉆施工技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)施工中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析。

橋梁樁；基礎(chǔ)施工；旋挖鉆施工技術(shù)；施工工藝；優(yōu)點(diǎn)；適用范圍

1　旋挖鉆施工技術(shù)在橋梁樁施工中的適用范圍

旋挖鉆施工技術(shù)是現(xiàn)今最為先進(jìn)的一種橋梁樁基施工方法，其不但具有高效、低噪以及環(huán)保等污染程度低等優(yōu)勢(shì)，而且還具有成孔質(zhì)量高、成孔效率高、鉆進(jìn)深度大以及機(jī)械化程度高等特點(diǎn)。因此，旋挖鉆施工技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各種土質(zhì)地層、砂性土以及基巖等橋梁樁施工中。然而，在現(xiàn)階段的橋梁樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，合理的選用旋挖鉆頭就十分重要。在選用旋挖鉆頭的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意六方面的影響因素：①地層情況；②鉆機(jī)功能；③鉆孔深度；④鉆孔直徑；⑤沉渣厚度；⑥護(hù)壁措施。在橋梁樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，與傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)相比，旋挖鉆施工技術(shù)具有效率高速度快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)自動(dòng)測(cè)斜裝置能夠有效的確保鉆孔始終處于垂直狀態(tài)。另外，該技術(shù)也在一定程度上降低了對(duì)泥漿的破壞，為保證泥漿質(zhì)量提供了保障。

2　旋挖鉆施工工藝優(yōu)點(diǎn)

旋挖鉆施工工藝的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為四個(gè)方面：①鉆頭能夠直接把破碎巖土從孔內(nèi)取出，成孔速度快；②孔壁泥皮能夠增大橋梁樁的側(cè)摩阻力，確保橋梁樁基的承載力；③孔底沉渣少，易于清孔，成孔質(zhì)量好；④使用泥漿較少，施工現(xiàn)場(chǎng)較為干凈，污染環(huán)境程度低，節(jié)約施工成本；⑤孔深可以超過(guò)80m，孔徑可大于2.5m。

3　實(shí)例分析

3.1工程概況

湖南省雪峰山脈某橋梁樁基礎(chǔ)地質(zhì)依次為：（14）1-1砂質(zhì)板巖：褐黃色，全風(fēng)化；（14）1-2砂質(zhì)板巖：灰綠色、灰褐色，強(qiáng)風(fēng)化，巖土工程施工等級(jí)為Ⅳ級(jí)；（14）1-3砂質(zhì)板巖：青灰色、灰綠色，弱風(fēng)化，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)硬，錘擊聲脆，飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值Ra=34.31MPa。巖土工程施工等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

采用三一SR360III型旋挖機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)CATC-13，最大扭矩360kN·m，發(fā)動(dòng)機(jī)功率300kW，最大鉆孔直徑2.5m，鉆孔深度102m/6節(jié)。鉆機(jī)整機(jī)質(zhì)量120t。旋挖鉆機(jī)具有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動(dòng)靈活，施工效率高及多功能特點(diǎn)。旋挖鉆機(jī)適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的土壤地質(zhì)條件，使用范圍廣。

3.2橋梁深樁基工程旋挖鉆施工

3.2.1安裝鉆具

鉆具具有一定的剛度，在鉆進(jìn)中或其他操作時(shí)，不產(chǎn)生移動(dòng)和搖晃，鉆具的安裝應(yīng)符合生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)。施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合土壤、地質(zhì)條件同時(shí)根據(jù)相關(guān)規(guī)定來(lái)選擇鉆頭：①短螺旋鉆具適用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土，中等密實(shí)以上的砂土，風(fēng)化巖層；②應(yīng)當(dāng)據(jù)工程實(shí)際情況選購(gòu)選配鉆頭規(guī)格；③軟巖層、土層中使用旋挖斗一次成孔；④硬巖中應(yīng)當(dāng)先用螺旋鉆頭成小孔，然后由旋挖斗擴(kuò)挖成孔。

3.2.2鉆孔施工

旋挖鉆機(jī)采用筒式鉆斗。當(dāng)旋挖鉆機(jī)就位后，應(yīng)當(dāng)首先調(diào)整好鉆桿垂直度，注入泥漿，然后鉆孔。當(dāng)鉆頭下降至預(yù)定深度時(shí)，首先施加壓力時(shí)土進(jìn)入鉆斗，待儀表顯示筒滿時(shí)，鉆斗底部關(guān)閉，然后提升鉆斗將鉆斗中的土卸于鉆孔外。在施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保證泥漿面高于護(hù)筒底部，以確保孔壁穩(wěn)定性。通過(guò)反復(fù)循環(huán)上述操作直至成孔。如果巖土層粘結(jié)性好，可采用干式或清水鉆進(jìn)工藝，此時(shí)就不再需要泥漿護(hù)壁。如果底層松散易坍塌或有地下水或孔壁不穩(wěn)定，則必須采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)工藝，把護(hù)壁泥漿或穩(wěn)定液投入孔內(nèi)以進(jìn)行護(hù)壁。

在鉆孔施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意如下幾個(gè)方面：①鋼護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑；若樁孔在河流中，應(yīng)將鋼護(hù)筒埋置至較堅(jiān)硬密實(shí)的土層中深0.5m以上；鋼護(hù)筒頂高出施工水位或地下水位1.5～2.0m，并高出施工地面0.3m。砂質(zhì)黃土層應(yīng)當(dāng)利用無(wú)水桶鉆進(jìn)行鉆孔施工，而接近地層過(guò)渡階段時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)灌注泥漿，確保卵石層以及砂層護(hù)壁具有良好的泥漿壓力；②在套管跟隨鉆頭進(jìn)入鉆孔時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保鉆頭和套管底口的旋挖深度一致；旋挖機(jī)電子控制系統(tǒng)顯示并調(diào)整鉆進(jìn)時(shí)的垂直度，通過(guò)電子控制和人工觀察來(lái)保證鉆桿垂直度，保證成孔垂直度；③隨時(shí)檢查支撐處以及主機(jī)所在地面處的變化狀況，如果支撐處產(chǎn)生下沉現(xiàn)象，則必須馬上停止鉆孔作業(yè)；④施工員應(yīng)當(dāng)及時(shí)記錄鉆進(jìn)深度、地質(zhì)特征、機(jī)械設(shè)備損壞、障礙物等參數(shù)；⑤根據(jù)該地地質(zhì)柱狀圖提供的信息，明確粘土和粉砂巖的分布深度，并記錄旋挖鉆機(jī)進(jìn)深，對(duì)照了解鉆頭深度處地質(zhì)情況，作出針對(duì)性的進(jìn)尺速度控制。當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)情況較設(shè)計(jì)地質(zhì)軟弱時(shí)，應(yīng)報(bào)告設(shè)計(jì)單位增加設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。

3.2.3成孔檢查

鉆孔作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)在鉆孔中放入已經(jīng)制作好的鋼筋籠。但是，在放入鋼筋籠之前，應(yīng)當(dāng)首先利用由鋼筋自制的籠式探孔器對(duì)鉆孔的孔徑、孔形、孔深以及孔的豎直度等進(jìn)行檢查?；\式探孔器的長(zhǎng)度約為鉆孔樁直徑的5倍，其外徑等于設(shè)計(jì)孔徑。在對(duì)鉆孔進(jìn)行檢查時(shí)，應(yīng)當(dāng)將籠式探孔器升起，確?？孜恢行暮吞娇灼髦行囊恢隆ｃ@孔上下暢通就表明鉆孔符合相關(guān)規(guī)范的要求，否則，鉆孔質(zhì)量不合格，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施來(lái)消除。經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)，確認(rèn)鉆孔質(zhì)量合格，便可清理鉆孔。

3.2.4鋼筋籠制作安裝

鋼筋籠主筋接頭采用雙面搭接焊，焊接長(zhǎng)度不小于5倍鋼筋直徑，同一截面上接頭數(shù)量不超過(guò)50%，加強(qiáng)箍筋與主筋連接全部焊接。鋼筋籠材料、加工、接頭和安裝，符合要求。鋼筋骨架的保護(hù)層厚度由圓形C30細(xì)石混凝土墊塊或耳朵形鋼筋來(lái)保證，按豎向每隔2m設(shè)一道，每一道沿圓周設(shè)4個(gè)呈梅花型布置。

鋼筋籠采用汽車起重機(jī)吊裝，下放鋼筋籠應(yīng)平稱、垂直、小心，以免鋼筋籠碰撞孔壁。鋼筋籠需現(xiàn)場(chǎng)焊接，鋼筋籠分段長(zhǎng)度不宜少于9m，以減少現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，現(xiàn)場(chǎng)焊接須采用單面幫條焊接。下放鋼筋籠后應(yīng)準(zhǔn)確控制鋼筋籠頂標(biāo)高。安裝完后應(yīng)固定好鋼筋籠防其下沉，確保伸入承臺(tái)內(nèi)的錨固鋼筋長(zhǎng)度為1m。下放鋼筋籠前在鋼筋籠頂焊幾條計(jì)算好長(zhǎng)度的鋼筋吊鉤，下放后吊鉤掛在護(hù)筒頂工字梁上牢固定位，以免在灌注混凝土過(guò)程中發(fā)生浮籠現(xiàn)象。

3.2.5安裝下放導(dǎo)管

導(dǎo)管采用φ300鋼管，每節(jié)2～3m，配1～3節(jié)0.5～1.5m的短管，在鋼管外壁自下而上逐節(jié)編號(hào)標(biāo)記并標(biāo)明尺度。在吊裝導(dǎo)管之前首先試拼，試驗(yàn)導(dǎo)管水密性，要求試驗(yàn)壓力必須高于孔底靜水壓力的1.5倍。導(dǎo)管內(nèi)壁光滑、圓順，導(dǎo)管接口連接密實(shí)，導(dǎo)管接頭干凈，密封膠圈無(wú)老化和受損現(xiàn)象，同時(shí)檢查導(dǎo)管拼裝后的垂直度與密封性。導(dǎo)管拼裝長(zhǎng)度根據(jù)樁孔的深度來(lái)確定。在下放導(dǎo)管中，應(yīng)避免導(dǎo)管卡掛鋼筋籠。導(dǎo)管試壓前將一端封死并留一個(gè)出水口（采用閥門控制），另一端連接空壓機(jī)，向?qū)Ч軆?nèi)注滿水時(shí)開(kāi)動(dòng)空壓機(jī)試壓，進(jìn)行水密試驗(yàn)的水壓不小于孔內(nèi)水深1.3倍的壓力，也不小于導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大壓力的1.3倍。

根據(jù)下述公式計(jì)算選擇試壓實(shí)驗(yàn)水壓，并保證試壓30min導(dǎo)管不漏滲水，證明導(dǎo)管密封合格，可以使用。

式中：p為導(dǎo)管可能承受的最大壓力 （kPa）；γc為混凝土的重度（取24kN/m3）；hc為導(dǎo)管內(nèi)混凝土的最大高度（m）以導(dǎo)管全長(zhǎng)或預(yù)計(jì)最大高度計(jì)；γw孔內(nèi)水或泥漿的重度（kN/m3）；hw為孔內(nèi)水或泥漿的深度（m）。

3.2.6清孔

清孔是樁孔施工重要一環(huán)，采用泥漿泵泵入性能指標(biāo)符合要求的泥漿，樁孔因有較厚的松散易坍土層，清孔后不能立即終孔，待在孔內(nèi)下入鋼筋籠和安裝好導(dǎo)管后進(jìn)行二次清孔。二次清孔后孔底沉渣厚度柱樁不超過(guò)5cm，摩擦樁不超過(guò)15cm；清孔后泥漿相對(duì)密度為 1.05～1.10，即以孔內(nèi)排出泥漿手摸無(wú)2～3mm顆粒為準(zhǔn)；黏度為18～22s；含砂率不得高于2%；膠體率＞98%。如超標(biāo)，則利用導(dǎo)管再次清孔，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)方可進(jìn)行混凝土灌注。嚴(yán)禁采用加深鉆孔深度代替清孔。在清孔排渣時(shí)應(yīng)當(dāng)確?？變?nèi)水頭以防坍塌。

3.2.7灌注混凝土

二次清孔完成后，立即澆筑水下混凝土。灌注前確保導(dǎo)管下口距孔底一般在0.25～0.40m。距離過(guò)大時(shí)，會(huì)造成導(dǎo)管內(nèi)大量進(jìn)水或首批混凝土埋置深度不足1m，出現(xiàn)斷樁事故；距離過(guò)小時(shí)，會(huì)造成隔水栓卡管，首批混凝土無(wú)法灌注。

采用混凝土罐車連續(xù)不間斷運(yùn)輸混凝土，水下混凝土灌注一次成型，時(shí)間不超過(guò)3.5h或不長(zhǎng)于首批混凝土初凝時(shí)間?；炷恋奶涠瓤刂圃?8～22cm，可添加高效緩凝劑，和易性良好。導(dǎo)管頂安裝一個(gè)混凝土儲(chǔ)料斗灌注首批混凝土，計(jì)算和控制首批封底混凝土數(shù)量，混凝土下落時(shí)依靠沖擊能量，將泥漿和樁底沉渣從導(dǎo)管中排出，以保證首批混凝土數(shù)量滿足導(dǎo)管首次埋深大于1m的要求。首批混凝土灌入孔底后，立即探測(cè)孔內(nèi)混凝土面高度，計(jì)算出導(dǎo)管埋深，如符合要求，即可正常灌注。水下混凝土灌注中，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深，導(dǎo)管埋深度控制在2～6m。采用測(cè)錘準(zhǔn)確探測(cè)混凝土面標(biāo)高和控制導(dǎo)管埋深，測(cè)錘采用平底圓錐形鐵錘，底直徑15cm，高12cm，重量8kg。測(cè)繩用質(zhì)輕、拉力強(qiáng)、遇水不伸縮、標(biāo)有尺度的尼龍尺。灌注標(biāo)高比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高出至少1m，并在澆筑承臺(tái)時(shí)鑿除。在樁基混凝土灌注完，應(yīng)盡快將孔口護(hù)筒拔出。

在灌注中，專人記錄導(dǎo)管總長(zhǎng)和節(jié)數(shù)、混凝土坍落度、含氣量、入模溫度、灌注時(shí)間、導(dǎo)管埋深、孔內(nèi)混凝土面標(biāo)高、已灌注混凝土方數(shù)、拆管時(shí)間、拆管節(jié)數(shù)和長(zhǎng)度、灌注中發(fā)生的事故和處理情況。

3.2.8樁基常見(jiàn)事故預(yù)防處理

（1）斷樁處理：

如果灌注不久即出現(xiàn)斷樁或斷樁位于樁的下半部，則應(yīng)當(dāng)拔出鋼筋籠，重新下鉆頭鉆進(jìn)至孔底標(biāo)高后清孔，重新灌注。若斷樁位置距地面較近，則應(yīng)當(dāng)即可停止灌注，改用挖孔樁方式挖至混凝土頂，鑿除帶有夾泥的頂層混凝土，之后通過(guò)空氣中進(jìn)行余下樁身混凝土灌注。

（2）鋼筋籠上浮的預(yù)防：

為防止鋼筋骨架上浮，當(dāng)灌注的混凝土頂面距鋼筋骨架下端1m時(shí)，應(yīng)降低混凝土澆筑速度，以減少混凝土上升的動(dòng)能作用。鋼筋骨架被埋入混凝土中4m以上時(shí)，再提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管下端高出鋼筋籠下端2m以上，再按正常速度澆筑。

（3）坍孔的預(yù)防處理：

為防止坍孔，盡量縮短成孔、清孔、下鋼筋籠導(dǎo)管和灌注混凝土銜接時(shí)間。在同一墩臺(tái)鉆孔，應(yīng)采取跳樁施工，以防止距離過(guò)近因震動(dòng)發(fā)生透水、串孔、塌孔事故。

如果坍孔不嚴(yán)重，則可以回填至坍孔位置以上，通過(guò)優(yōu)化泥漿性能、加高水頭或者埋深護(hù)筒繼續(xù)進(jìn)行施工。如果坍孔較為嚴(yán)重，則應(yīng)立即把砂礫石夾粘土全部回填至鉆孔，待一定時(shí)間之后采用混凝土封閉加固孔口位重鉆。如果坍孔部位較淺，可以深埋護(hù)筒，將護(hù)筒周圍土夯實(shí)重新鉆孔。

4　結(jié)束語(yǔ)

旋挖鉆技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)施工中被廣泛應(yīng)用，該技術(shù)為我國(guó)橋梁建設(shè)的發(fā)展起到了非常重要的推動(dòng)作用。大量的工程實(shí)踐表明，在橋梁樁基數(shù)量大、工期短的情況下，與其他樁基施工方法相比較，旋挖鉆施工技術(shù)不但具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，而且成孔速度快、成樁質(zhì)量好、避免振損和降低噪音，同時(shí)還能減小擴(kuò)孔系數(shù)，大大降低施工成本。

［1］龔永明.旋挖鉆機(jī)在橋梁樁基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用［J］.黑龍江交通科技，2010（3）：96.

［2］于江波.談橋梁樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)［J］.化學(xué)工程與裝備，2010（7）：91～92.

［3］杜文奎.路橋梁樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆技術(shù)的應(yīng)用分析［J］.信息系統(tǒng)工程，2014（4）：82，10.

［4］劉杰.應(yīng)用旋挖鉆機(jī)施工鐵路橋梁鉆孔樁技術(shù)［J］.四川建材，2012，38 （4）：117～118.

顏展翔（1982-），男，工程師，本科，主要從事公路、橋梁與隧道施工管理工作。

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