浅谈旋挖钻机钻孔施工在天水项目大孔径桩基中的应用

陈克湘 董伟

摘要：随着交通基础建设的迅速发展，旋挖钻机钻孔施工在大中桥梁中的运用也愈来愈多。旋挖钻机钻孔施工方法是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，该施工方法主要特点是施工效率高，适用于工期要求紧的工程项目。本文述叙了旋挖钻机钻孔施工在天水项目大孔径桩基施工中应用的一些具体情况。

关键词：旋挖钻机；大孔径桩基；施工

一、前言

旋挖钻机钻孔施工技术近年来得到了快速推广，特别是在城市市政工程建设中应用极为广泛。旋挖钻机钻孔施工具有环保突出、施工现场干净；自动化程度高、成孔速度快、质量高等特点，旋挖钻机本身是自带柴油动力，不需外接电源，具有移位方便，机动灵活等特点。天水项目主桥主墩32根桩基位于渭河一级支流藉河河床里，设计桩长54米，桩径2.5米，虚桩深度在7-8米之间。施工开始时间为4月下旬，计划在主汛期7月份之前完成桩基施工。工期紧，施工难度大。旋挖钻机钻孔灌注桩施工在天水项目主桥主墩施工中得到了充分的应用，加快了施工进度，确保了工程质量。

二、旋挖钻机钻孔桩施工原理及施工特点

桩基施工采用徐工XR360D型全液压旋挖钻机，其施工原理 ：旋挖钻成孔是通过底部带有活门的桶式回转钻斗破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计孔底标高。该钻机全液压驱动、电脑控制，能精确定位钻孔，自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度的满足钻孔质量。伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以縮短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。履带底盘承载，接地压力小，在施工场地内行走移位方便，机动灵活。旋挖钻机可以适用于淤泥质土、粘土、砂土、卵石层等地层。

三、旋挖钻机钻孔施工在天水项目大孔径桩基中的具体应用

1、工程概况

1.1、主桥主墩32根桩基的设计桩长54米，桩径2.5米，虚桩深度在7～8米之间。施工图纸提供的地质资料情况如下：

桥位区岩土层主要由第四纪冲洪积成因的粉土、圆砾和新近系砂质泥岩和泥岩四层岩土组成：

1.1.1、①层 粉土（Q4 al+pl）：土质较均匀，含有植物根系和少量砾石，手捏略有砂感，强度和韧性较低，层厚在0.3～4.8米。

1.1.2、②层 圆砾（Q4 al+pl）：粒径大于2mm颗粒含量占到总质量的55%-70%不等，级配较差，分选性较好，以亚圆形为主，砂质及3%左右的泥质充填，卵粒含量占20%左右，最大粒径约120mm，层厚在1.1～6.6米。

1.1.3、③层 新近系砂质泥岩（N）：根据风化程度将其分为三个亚层。③1 层全风化砂质泥岩：黄褐色；已风化成土状，干钻易钻进，本层岩土在场地内分布不连续，层厚在0.5～1.1米。③2 层强风化砂质泥岩：棕红色；砂质结构，层状构造；泥质胶结，遇水易软变形，本层岩土在场地内分布不连续，层厚在5.2～10.7米。③3 层中风化砂质泥岩：棕红色；砂质结构，层状构造；遇水不易软化，干钻钻进较困难，本层岩土在场地内分布不连续，层厚在9.3～17米。

1.1.4、④层 泥岩（N）：根据风化程度将其分为三个亚层，④1层全风化泥岩：青灰色或褐色，主要矿物成分均已风化成粘土，结构构造受到严重破坏，干钻易钻进，本层岩土在场地内分布不连续，层厚在0.3～1.5米。④2 层强风化泥岩；青灰色，褐色，红褐色，干钻较易钻进，暴晒易干裂，锤击可碎，本层岩土在场地内分布不连续，层厚在11～18.1米。④3 层中风化泥岩：青灰色，褐色，红褐色；泥质结构，层状构造，遇水不易软化，干钻钻进困难，本层岩土在场地内分布不连续，层厚在11～18.1米，该层未揭穿。

1.2、由图纸提供资料来看，地质情况比较复杂，从后面的施工过程中来看，确实是这样的，钻机提升出来了各种颜色的岩土，岩土的成分和性质也各不一样。实际施工过程中，发现主墩桩基位置的岩土层主要由回填土、地表土、圆砾和泥岩及泥质砂岩等几层岩土组成：

1.2.1、回填土：主要是项目为搭建施工桩基施工平台回填的建筑垃圾，厚度为0.6～1米；

1.2.2、地表土：主要为原河道表面沉积泥土和淤泥，厚度为0.3～0.5米。

1.2.3、砂砾层：级配较差泥质含量高，开挖之后渗水较为严重，遇水侵泡容易坍塌，厚度约1.8～4m之间。

1.2.4、泥岩（泥质砂岩）：与卵石相接部分较软，下部旋挖钻机开挖形成块状土，强度较高，且无透水现象。

2、工程施工

2.1、施工准备

施工图纸的会审，测量放样，施工场地平整，机械设备、材料的进场。组织施工人员对施工现场进行深入的调查和研究，收集与施工相关的资料，采用合理的施工组织方法，使桩基施工保持连续、均衡、有节奏地进行。机械设备投入旋挖钻机1台（徐工XR360D型），配备泥浆泵，20T汽车吊2台，5 0T汽车吊1台等设备。在施工场地平整方面，由于主墩桩基位于藉河河床中央。而钻机施工平台平整、承压能力强是保证桩基正常快速施工的基本条件。因此采取以下方式夯实施工平台：首先测量队放出主墩承台的边线位置。因为在桩基位置的河段比较宽，有100多米以上，而且平时水流不大，所以在河床里开一条6米宽左右的槽，把水流引导绕开主墩桩基的位置。徐工XR360D型全液压旋挖钻机自身重量有80吨，加上其钻孔卸土时产生的振动，地基基础承载力不够的话，机械容易偏斜，发生危险。再加上施工过程中，吊车的占位，混凝土罐车运输混凝土，挖机配合拉土车装运钻渣等等，对施工平台的地基承载力要求也很高，而且频繁碾压。原河床表面是松散的砂粒和淤泥，经过多种处理方案的比选，项目部采取了对施工操作平台位置填筑房屋拆除下来的砖块楼板混凝土块等建筑垃圾，整平压实处理，填筑厚度在0.6～1米，有效地确保施工平台有足够的承载力。

2.2.施工工艺

2.2.1机械就位，护筒埋设

桩位确定后，利用十字线放出四个控制桩位，并以四个控制桩为基准进行护筒埋设。依据图纸及试钻探测的地质情况，准备了5米和6米两种长度的钢护筒，钢护筒壁厚均为10mm厚，内径为2.8米，顶部、中部和底部加焊10mm厚15cm高加强圈。经测量放点钻机就位后，开始钻孔并埋设护筒，埋设护筒时护筒要穿透砂粒层，一直进入下面土层0.5米以上，确保水不能从护筒底渗到桩基孔里面去。护筒埋设是旋挖作业中的关键，一旦护筒底有水不断地渗入桩基孔内，那后面施工难度将成倍的加大，且有很多隐患。实际上大多数的孔基本上护筒能够把水完全封住，旋挖钻干钻施工。

2.2.2泥浆调制

虽然大多数孔是干钻，但也有少数几个桩护筒底没有封住水或者护筒底下面还有透水层，是水下钻孔桩。因此设置了泥浆池，配置了泥浆。因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，所以泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。泥浆相对密度：1.02-1.10，粘度：18-22s，砂率≤4%，泥皮厚度：<2mm，PH值：大于7。施工过程中随时检测清孔后灌注混凝土时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生施工事故。

2.2.3旋挖钻机钻孔施工。

钻机就位后，调整钻杆垂直度，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。在本项目施工中有两种成孔方式，一种是干钻成孔，按正常的钻孔就行，不需要泥浆护壁，而且干孔孔壁土层直立性较好，孔壁土不容易脱落和坍塌。另外一种是水下成孔，需配置泥浆，在钻进过程中注意要补充泥浆，保证泥浆面始终不低于护筒高度的1/2，防止静水压力过小而导致塌孔。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。一根桩基的成孔时间是20小时左右。

2.2.4下钢筋笼及导管

桩基钢筋笼加上吊筋有62米左右，项目部租赁了一台39米臂长的50吨吊车，以及两台31米臂长的20吨吊车，考虑到钢筋笼的转运，吊车的起吊能力，钢筋笼加工时分成了3节。施工队伍配置了40个工人以加工主墩桩基钢筋笼为主，确保一天能够加工出来一个桩基的钢筋笼，平时保证钢筋笼加工现场有两个左右的桩基钢筋笼存放备用。这样，钢筋笼的制作不影响桩基的进度，不会出现桩基成孔之后，因为没有桩基钢筋笼，增加了桩基孔壁坍塌的风险。在吊放安装钢筋笼的时候需要进行两次焊接，施工队配备了一班人员专门负责吊放焊接钢筋笼，焊接时6台焊机同时工作，吊放安装一个钢筋笼大概需要4小时。在钢筋笼的制作、安装上采取合理措施，避免安装时钢筋笼刮伤孔壁，这样就可以减少孔底沉渣厚度，有效防止塌孔的发生。然后就是导管的安装，导管使用前使用气泵进行了水密承压试验，确保了导管无漏水。导管采用吊车配合人工安装，整个过程0.5～1小时左右。桩基成孔之后，迅速地安放好钢筋笼及接好导管，防止因成孔时间过长，孔壁坍塌而使孔底沉渣增加，影响桩基的质量。

2.2.5灌注混凝土

项目部配备了两台90型混凝土搅拌站，一台200KW备用发电机，三台9方混凝土罐车。平时保证每套拌合站的水泥粉煤灰数量都够一根桩基的需要量。這些机械设备的配置及原材料的充分准备是迅速灌注桩基的重要保障。灌注一根桩基需要280方左右混凝土，整根桩基灌注过程中大概需要6-8小时。

四、结束语

在桩基施工的各环节中，首先需要做好做快各个环节，这是桩基迅速施工完成的基本要求。但是，护筒埋设的效果较好时，即护筒底埋入土层0.5米以上且不往桩基孔里渗水，这样旋挖钻基本就是干钻，形成的就是干孔，带来的好处是施工更快，质量更有保证。要是护筒封不住水或护筒往下有透水层，只有按水下桩来施工，这就需要设置泥浆池，配置泥浆。带来的影响是有以下四点：一是钻机在有水的环境下钻头容易打滑，钻孔速度变慢。二是孔壁经水和泥浆浸泡变软，孔壁土容易脱落和坍塌。三是由于卵石层往桩基里面渗水，卵石砂粒也不断随水进入孔内，不断增加了孔底沉渣，影响施工。四是由于桩基较长，钢筋笼的两次焊接和下导管需要4～5小时，孔内配置的泥浆在这个过程中也有部分的沉淀，影响桩基的质量。不管是干孔施工还是水桩施工，因为旋挖钻机钻孔成孔迅速，减少了桩基孔壁暴露的时间，也就减少了孔壁土层脱落物的数量，不至于因孔径变大而造成灌注混凝土的数量增加。从总体来说，旋挖钻机钻孔施工满足了主桥主墩大孔径桩基快速施工的要求，又保证了桩基的质量。

参考文献：

[1]《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007

[2]《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011

[3]《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004

[4]《天水市秦州区山水一号大桥及连接线施工图纸》

作者简介：

陈克湘（1981-），男，汉族，北京，助理工程师，大学本科，土木工程方向。

董 伟（1987-），男，汉族。北京，助理工程师，大学本科，土木工程方向。