旋挖鉆機(jī)在灞河特大橋樁基中的應(yīng)用
2011-10-31 來(lái)源：中國(guó)鳴網(wǎng)
旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔灌注樁施工的工藝已在交通、市政工程中廣泛應(yīng)用，它具有適用地層范圍廣、成孔效率高、施工質(zhì)量好、污染少、低噪音等優(yōu)點(diǎn)，成為發(fā)展最快的新型孔樁施工方法。在適合的地層條件下，鉆孔灌注樁施工采用旋挖鉆機(jī)成孔能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，而且，根據(jù)地層條件和孔內(nèi)情況的變化，采取合理的措施，才是保證旋挖鉆進(jìn)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。本文結(jié)合大西客運(yùn)專線鐵路灞河特大橋的鉆孔灌注樁施工，介紹旋挖鉆機(jī)在不同地質(zhì)情況下采用的施工技術(shù)、質(zhì)量控制措施。
1、工程概況
灞河特大橋跨越灞河、西禹高速公路、北環(huán)鐵路等，全橋長(zhǎng)25118.45米,共784跨，該橋?yàn)榇笪骺瓦\(yùn)專線鐵路的重點(diǎn)工程之一，下部鉆孔灌注樁施工進(jìn)度直接影響該橋的工期，乃至全線架梁、鋪軌工期。
橋址處巖土層分布不均勻，工程性質(zhì)隨地貌形態(tài)的不同存在較大差異。該地段的地層包括粉質(zhì)粘土層、淤泥質(zhì)粘土層、圓礫層、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層。
2、旋挖鉆機(jī)施工
為確保該橋的進(jìn)度要求，投入8臺(tái)旋挖鉆機(jī)同時(shí)施工。對(duì)于場(chǎng)地及地層條件不適于旋挖鉆機(jī)施工的地方，采用沖擊鉆機(jī)施工。
2.1施工準(zhǔn)備、鉆機(jī)就位
根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理布置施工場(chǎng)地，首先完成“三通一平”，鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)須換填壓實(shí)，避免因鉆機(jī)不均勻沉降導(dǎo)致設(shè)備傾斜位移甚至傾覆等事故；由于旋挖鉆機(jī)履帶走形頻繁，尤其在雨天對(duì)道路損壞較大，故施工便道標(biāo)準(zhǔn)較高，排水措施要做好。建立臨時(shí)坐標(biāo)系，測(cè)量放線確定樁位。在臨近既有鐵路、公路施工時(shí)，應(yīng)采用鋼板樁防護(hù)。
2.2施工工藝
2.2.1護(hù)筒埋設(shè)
（1）護(hù)筒采用8mm厚鋼板卷制而成，護(hù)筒長(zhǎng)約1.2～2m，內(nèi)徑比樁徑大200mm，護(hù)筒頂要高出施工水位或地下水位2.0m，并高出地面0.5m。
（ 2）在護(hù)筒的頂部要開設(shè)2個(gè)溢漿孔。在護(hù)筒上下端各焊加勁肋和吊環(huán)，以增加護(hù)筒剛度和方便灌注樁結(jié)束后起拔護(hù)筒。
（3）護(hù)筒埋設(shè)位置必須準(zhǔn)確。精確定出樁位，復(fù)核無(wú)誤后，以控制樁為基準(zhǔn)進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)，并且保證護(hù)筒的垂直度和水平度。護(hù)筒頂面位置偏差不得大于5cm，傾斜度偏差不得大于1%。
（4）人工開挖埋設(shè)護(hù)，護(hù)筒必須穿過(guò)淤泥質(zhì)地層，并埋設(shè)于穩(wěn)定土層中至少0.5m。
2.2.2轉(zhuǎn)機(jī)就位
護(hù)筒埋設(shè)完成后鉆機(jī)就位，調(diào)整旋挖鉆機(jī)桅桿垂直，鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)樁位，對(duì)中完成后設(shè)置并鎖定各項(xiàng)數(shù)據(jù)，鉆機(jī)用纜風(fēng)繩四周加固穩(wěn)定。
2.2.3成孔施工
鉆機(jī)就位復(fù)核后，注入泥漿經(jīng)行鉆孔，采用旋挖式筒式鉆頭鉆進(jìn)，通過(guò)鉆斗的旋轉(zhuǎn)、切削、提升、卸土和泥漿撐孔護(hù)壁，反復(fù)循環(huán)直至成孔。鉆進(jìn)過(guò)程中保證在提鉆后液面始終高于護(hù)筒底面。鉆孔完成后，用清底鉆頭清理孔底沉渣，完成第一次清孔，測(cè)定孔深。施工中采用泥漿護(hù)壁，應(yīng)注意做到以下幾點(diǎn)。
（1）泥漿采用膨潤(rùn)土及水配置，一般每1000kg水摻80kg膨潤(rùn)土，同時(shí)添加碳酸鈉（Na2CO3）調(diào)節(jié)泥漿pH值，控制泥漿的流動(dòng)性及懸浮效果。
（2）初次使用的泥漿應(yīng)充分?jǐn)嚢?，要求攪拌時(shí)間＞2min。
（3）開鉆時(shí)應(yīng)輕壓慢進(jìn)，及時(shí)將泥漿注入孔內(nèi)，平衡地層壓力，并在孔壁四周形成泥漿層，保護(hù)孔壁。
（4）正常鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)控制進(jìn)尺速度，做到輕提慢放，要求每回次不超過(guò)0.5m；遇砂層采用撈砂鉆頭正轉(zhuǎn)進(jìn)尺，反轉(zhuǎn)封閉底口；遇土層采用粘土鉆頭，并隨進(jìn)尺注入泥漿保護(hù)孔壁。
（5）嚴(yán)格控制孔內(nèi)液面高度，儲(chǔ)漿池通過(guò)泥漿溝與鉆孔相連，及時(shí)補(bǔ)充泥漿，施工中嚴(yán)禁液面低于護(hù)筒頂30cm以下。
（6）接近終孔時(shí)，應(yīng)采用封底撈砂鉆頭鉆進(jìn)，減少回次進(jìn)尺量（到達(dá)30cm左右），逐漸把孔底的稠泥漿掏出。達(dá)到終孔深度時(shí)，停20～30min，是泥漿中的懸浮物沉淀，用鉆頭撈出。
（7）清孔后泥漿粘度應(yīng)控制在18～20s，含砂率＜4%，沉渣厚度≤10cm，其泥漿密度可通過(guò)試成孔后確定。
2.2.4質(zhì)量控制措施
（1）樁位測(cè)量要準(zhǔn)確，護(hù)筒埋設(shè)位置、傾斜度誤差在規(guī)范要求內(nèi)，鉆機(jī)就位應(yīng)平整，鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位中心，鉆桿垂直，若鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生位移，要重新對(duì)中就位。
（2）鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，避免鉆進(jìn)尺度過(guò)大，造成埋鉆事故。
（3）控制鉆頭在孔內(nèi)的升降速度。升降速度過(guò)快，鉆斗外壁和孔壁之間的泥漿沖刷孔壁，再加上鉆斗下部產(chǎn)生的負(fù)壓作用，導(dǎo)致孔壁頸縮或坍塌。鉆斗升降速度應(yīng)控制在0.75～0.8m/s。
（4）為防止孔壁坍塌，應(yīng)確保孔內(nèi)水位高出地下水位2m以上。
（5）根據(jù)不同滴著情況制備泥漿并及時(shí)補(bǔ)充泥漿。根據(jù)土層的變化，合理調(diào)整泥漿的性能指標(biāo)，遇到易塌孔的土層，應(yīng)增大泥漿的比重和粘稠度。
（6）鉆孔、放置鋼筋籠、下導(dǎo)管灌注水下混凝土各工序見要緊密配合，盡量縮短成孔及澆筑混凝土之間各工序的時(shí)間，防止孔底沉淀太多，防止持力砂巖層長(zhǎng)時(shí)間浸水軟化，降低樁的側(cè)阻力和端阻力。
2.3不同地層施工
（1）粉質(zhì)粘土層粉質(zhì)粘土層在橋址范圍內(nèi)廣泛存在，也是旋挖鉆機(jī)最適合的地質(zhì)之一，旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)側(cè)阻力小，速率高，且對(duì)泥漿的要求低，局部地方采用清水甚至干孔鉆進(jìn)，鉆頭采用單底板土層鉆頭。粉質(zhì)粘土層的施工容易控制，成孔質(zhì)量好，鉆進(jìn)速度快，充分發(fā)揮了旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)。
（2）淤泥質(zhì)粘土層淤泥質(zhì)粘土層強(qiáng)度小，膠結(jié)性差，在離孔口10m以內(nèi)泥漿對(duì)孔壁的壓力和支撐力較小，容易造成鉆孔頸縮，影響成樁質(zhì)量。通過(guò)該地層時(shí)采用雙底撈砂鉆頭鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)中嚴(yán)格控制進(jìn)尺深度，并反復(fù)掃孔，預(yù)防頸縮。泥漿是淤泥質(zhì)粘土層正常鉆進(jìn)的重要因素之一，在施工初期采用膨潤(rùn)土造漿，相對(duì)密度為1.05～1.10，孔內(nèi)泥漿壓力小，成孔效果不理想。調(diào)整泥漿配合比，將相對(duì)密度調(diào)整到1.20以上，確保了正常鉆進(jìn)，且小應(yīng)變檢測(cè)顯示樁身完整，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
（3）圓礫層圓礫層中礫石直徑達(dá)10～15cm，且密度較大，施工初期鉆進(jìn)過(guò)程中由于操作不當(dāng)造成鉆桿卡鎖、斷裂。經(jīng)分析改進(jìn)，采用短螺旋旋轉(zhuǎn)頭以低俗、低扭矩、先浮動(dòng)后加壓的方式鉆進(jìn)，同時(shí)更換為耐磨的合金鋼斗齒，在鉆進(jìn)中及時(shí)檢查斗齒，發(fā)現(xiàn)破損及時(shí)焊接修補(bǔ)或更換。短螺旋鉆頭鉆進(jìn)后及時(shí)換取單底板土層鉆頭撈取孔底沉渣，防止鉆頭打滑，影響鉆進(jìn)效果。
因?yàn)閳A礫石層對(duì)鉆具的損耗較大，維修、更換較為頻繁，鉆進(jìn)速度慢，成本較高。因此在圓礫層較厚的情況下，選擇沖擊鉆機(jī)施工，以提高效率、降低成本。
（4）中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層樁基設(shè)計(jì)的持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，該巖層強(qiáng)度較高且粘性較大，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值變化較大。鉆進(jìn)中遇到巖石較硬難以鉆進(jìn)或打滑時(shí)，采用嵌巖筒鉆鉆進(jìn)，同時(shí)加大鉆機(jī)壓力和扭矩，利用合金斗齒的切削力切削巖體。初入巖層時(shí)，應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，待孔底不平巖面掃平后施壓鉆進(jìn)，以防止孔斜及鉆頭損壞。
由于巖層粘性較大，鉆齒上經(jīng)常發(fā)生糊泥現(xiàn)象，需經(jīng)常用扁鏟清除，高壓水泵沖洗，檢查鉆具是否存在焊縫開裂現(xiàn)象，并及時(shí)維修或更換。
3 、結(jié)語(yǔ)
旋挖鉆機(jī)對(duì)滿足灞河特大橋進(jìn)度要求，成為確保架梁、鋪軌工程順利進(jìn)行的重要保障。通過(guò)施工效果，充分證明了旋挖鉆機(jī)應(yīng)用于特大橋樁基施工具有適用地層范圍廣、成孔效率高、施工質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，初步摸索出一套經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律，如何根據(jù)地址情況、采取合理的施工技術(shù)措施、鉆進(jìn)參數(shù)、泥漿指標(biāo)、鉆頭類型等以提高旋挖鉆機(jī)的工效，降低施工成本。
