旋挖鉆機在橋梁樁基施工中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：橋梁樁基施工 鉆孔灌注樁 旋挖鉆機

　　0 引言

　　鴨綠江界河公路大橋是國家重點工程，其中第一合同段的施工任務(wù)由我集團公司承攬建設(shè)。該施工段工序復雜，為了確保工程質(zhì)量，不延誤工期，我單位引用先進的旋挖鉆機協(xié)助完成了400根鉆孔樁的基礎(chǔ)施工。旋挖鉆機能夠大大促進樁基施工工藝的改進和更新，從而將成樁質(zhì)量提升至一個新的高度，目前在我國還未普及應(yīng)用。筆者就技術(shù)特點，將該設(shè)備與國內(nèi)目前普遍使用的回轉(zhuǎn)鉆機進行了對比分析，具體內(nèi)容如下。

　　1 工程概況

　　本標段為第一合同段，起點為丹東西互通式立交區(qū)（K0+000），終點為主線收費站（K6+700），全長6.7公里。其中大橋3座，中橋10座，小橋2座。因地質(zhì)條件相似，現(xiàn)以金板河大橋為例，將旋挖鉆機在鉆孔灌注樁中的應(yīng)用做一闡述。

　　金板河大橋全長421m，樁基用樁68根，樁徑120cm的16根，樁徑160cm的56根，樁長19.72～28.07m，總計1577.8延米，C25混凝土灌注量2433.53m3。

　　地層自上而下依次為：

　�、偎靥钔�。

　�、诜圪|(zhì)粘土層。

　　③粗砂。

　�、苋�風化凝灰質(zhì)角礫巖。

　�、輳婏L化凝灰質(zhì)角礫巖。

　�、拗酗L化凝灰質(zhì)角礫巖。

　　橋址處河道順直，設(shè)計流速3.42m/s，設(shè)計水位Hs=

　　11.280m。

　　2 旋挖鉆機及其施工工藝

　　2.1 旋挖鉆機

　　三一重工生產(chǎn)的SR280RⅡ型履帶式可行走旋挖鉆機是第二代入巖旋挖鉆機。相較于第一代機械設(shè)備的構(gòu)造來說，它采用的是主卷揚后置結(jié)構(gòu)，不僅延長了鋼絲繩的使用壽命，增大了鉆桿的提拔力，而且大大改善了車體的提升能力，使其更為穩(wěn)固，可打深樁。同時，參照國際標準選擇關(guān)鍵元器件，如卡特彼勒C9HHP發(fā)動機，卡特彼勒336D底盤，以及布雷維尼、力士樂和邦飛利等。動力頭最大輸出扭矩280KN·m，采用最大成孔深度（配磨阻桿）84m，最大成孔直徑2500mm。

　　2.2 旋挖鉆機施工工藝

　　旋挖鉆機的施工工藝可以分為兩種：干作業(yè)成孔和泥漿護壁旋挖成孔。它們二者的應(yīng)用環(huán)境有所不同，如果遇到地下水位較低的情況，或在成孔深度內(nèi)無地下水的土質(zhì)，就比較適合用干作業(yè)成孔作業(yè)。相比之下，泥漿護壁成孔工藝應(yīng)用范圍稍廣，不受地下水位高低的限制，但較多用于高含水量的環(huán)境，其原理就是通過泥漿循環(huán)來保護孔壁并排出土渣而成孔。泥漿具有保護孔壁、排出土渣的作用，除此之外，它還可以冷卻和潤滑鉆頭。綜合考慮丹東地區(qū)水文地質(zhì)特點，本工程采用泥漿護壁成孔，具體施工過程如下：

　　2.2.1 場地平整

　　旋挖鉆機具有半徑大、鉆桿高的特點，為了確保施工安全，在前期工作中，要對關(guān)架空電線、通訊線等進行清理。另外，旋挖鉆機自重較大，因此要保證場地平整，并具有一定硬度以免沉陷。

　　2.2.2 鉆機就位

　　當鉆機就位時，可以通過控制器對鉆桿角度進行調(diào)整，以確保鉆機的垂直度。其調(diào)整幅度為前俯10°、后仰6°、左右擺8°。如果鉆機在作業(yè)過程中的傾斜率保持在0.30以內(nèi)，可自行調(diào)節(jié)垂直度。

　　2.2.3 埋設(shè)護筒

　　該鉆機自帶護筒驅(qū)動器，可以自行埋設(shè)護筒。依據(jù)地質(zhì)情況的不同，護筒最長可達6.0m。在本工程中，護筒指標為：長度4～6m，根據(jù)樁徑的不同，護筒分別為內(nèi)徑1.28m、1.70m，外徑1.32m、1.75m。在埋設(shè)護筒時，為了方便鉆頭定位和保護樁孔，要使護筒頂比原地面高出0.3m，同時，要注意用水平尺對垂直度進行檢查。

　　2.2.4 泥漿制備

　　這一環(huán)節(jié)對鉆機的正常工作至關(guān)重要，因為該鉆機需要泥漿相對密度不低于1.3，要求較高。在前期工作中，利用攪拌機將膨潤土、纖維素和純堿按比例混合攪拌，制作出符合要求的泥漿。

　　2.2.5 旋挖成孔

　　旋挖鉆機的鉆頭一般為筒式鉆頭。在實際操作中，先將鉆頭下降到預(yù)定深度，然后旋轉(zhuǎn)鉆頭、進行加壓，這個過程中，旋起的泥土會進入鉆筒內(nèi)，當鉆筒內(nèi)充滿泥土后將鉆頭反轉(zhuǎn)，封閉鉆頭底部并提出，然后開啟鉆頭底部開關(guān)將土倒出。向孔內(nèi)注漿的時機應(yīng)該是在鉆機鉆進過程中或?qū)�鉆頭提出鉆孔外后，泥漿液面要高于護筒底部。還需要注意的是，現(xiàn)實中往往會出現(xiàn)提出的鉆頭有泥漿，而造成泥漿污染的問題。這是因為由于地質(zhì)條件不一，旋轉(zhuǎn)過程中很少有泥土將鉆頭擠滿的情況。鉆頭筒中上部留有溢漿口，在旋挖砂層時，泥漿與砂混合后又溢入孔內(nèi)。如果泥漿相對密度達不到要求，會出現(xiàn)灌孔前沉渣太多而超出規(guī)定的情況，從而造成混凝土灌注困難。遇到這樣的情況，即使進行旋挖鉆機二次旋挖清孔也起不到什么作用。在現(xiàn)實施工中曾出現(xiàn)塌孔問題，這與場地上部土層為素填土、粉質(zhì)粘土，泥漿相對密度達不到相應(yīng)標準，無法發(fā)揮保護作用、平衡地層壓力有一定關(guān)系。

　　其余施工工序和回轉(zhuǎn)鉆機施工工序一致，不再贅述。

　　3 旋挖鉆機與回轉(zhuǎn)鉆機成孔的技術(shù)經(jīng)濟比較

　　3.1 試驗樁

　　在全面開始成孔施工前，我們首先對兩組旋挖鉆機成孔灌注樁和一組回轉(zhuǎn)鉆機成孔灌注樁做了樁的靜載試驗。樁荷載和安全系數(shù)分別設(shè)計為2600kN和2.0，用油壓千斤頂通過錨樁、橫梁裝置加載。用于試驗的4根錨樁直徑均為1.20m，錨樁和試驗樁呈對角分部，中心距設(shè)計為4.0m的。采用慢速維持荷載法逐級加載，待上一級狀態(tài)穩(wěn)定后再加載下一級，共10級�？偧虞d量是豎向設(shè)計荷載的2倍。表1列出了實驗數(shù)據(jù)。

　　根據(jù)試驗結(jié)果可知，在受力情況相同的情況下，從成樁產(chǎn)生的沉降量來看，回轉(zhuǎn)鉆機高于旋挖鉆機。施工工藝的差異直接造成了這種結(jié)果。作為摩擦型樁，旋挖鉆機成樁所形成的粗糙孔壁增大了樁的摩阻力。回轉(zhuǎn)鉆機成樁與旋挖鉆機成樁的沉降量都在40mm以內(nèi)，均符合施工要求，但是很顯然，旋挖成孔樁的質(zhì)量和實際承載力顯然略勝一籌。

　　3.2 綜合比較

　　3.2.1 比較樁體的承載力，顯然回轉(zhuǎn)鉆機成孔樁不及旋挖鉆機成孔樁，但是后者的沉降量僅僅是回轉(zhuǎn)鉆機成孔樁沉降量的四分之一。

　　3.2.2 泥漿的性能指標的差別。參照遼寧省橋梁施工技術(shù)細則中關(guān)于泥漿相對密度的要求，正循環(huán)鉆機和反循環(huán)鉆機泥漿的相對密度分別控制在1.1～1.3、1.05～1.15的范圍內(nèi)。旋挖鉆機泥漿的相對密度不得低于1.3，旋挖鉆機能夠順利成孔，關(guān)鍵在于泥漿的相對密度必須在1.3～1.5的范圍內(nèi)。至于泥漿組成的原材料則是一致的。

　　3.2.3 護筒長度不同。在我國，如果地質(zhì)條件相同，回轉(zhuǎn)鉆機埋深要求在1.0～1.5m之間，而旋挖鉆機則需埋設(shè)4～6m的護筒，在我單位承建的施工段中，護筒埋深要求為5m。

　　3.2.4 成本效益比較。每臺旋挖鉆機每24h平均成孔數(shù)量為4孔，最多為5孔（埋深為25～35m），但是回轉(zhuǎn)鉆機每48h僅成1孔，在工作效率上與旋挖鉆機相差8倍。但旋挖鉆機購機成本較高，本例中的旋挖鉆機每臺在800萬人民幣左右。

　　3.2.5 粉質(zhì)粘土層和砂土層的施工多采用旋挖鉆機。對于淤泥或卵石層作業(yè)，則旋挖鉆機抗扭性能較弱，施工作業(yè)故障頻出，因此多采用回轉(zhuǎn)鉆機進行作業(yè)。

　　3.2.6 旋挖鉆機清孔方式包括兩種，一是簡單快速的接旋挖清孔，二是正反循環(huán)泵換漿清孔。施工時應(yīng)該因地制宜，優(yōu)選清孔方案。

　　4 結(jié)語

　　通過在鴨綠江界河公路大橋第一合同段施工中應(yīng)用旋挖鉆機的實踐，工程人員深刻體會到，盡管旋挖鉆機投資成本高，但在適宜的地質(zhì)條件下，最終的經(jīng)濟效益綜合指標還是大大優(yōu)于回轉(zhuǎn)鉆機。從我國目前高速公路、鐵路、城市軌道的建設(shè)形勢來看，旋挖鉆機具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　參考文獻：

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