浅谈桥梁桩基旋挖钻成孔的施工

2013-01-30潘跃军

中国科技信息 2013年7期

关键词：护壁成孔钻机

潘跃军

山西晋城路桥建设有限公司 048000

浅谈桥梁桩基旋挖钻成孔的施工

潘跃军

山西晋城路桥建设有限公司 048000

介绍了旋挖钻成孔的优点、成孔工艺；列举了施工中经常遇到的几种问题及其处理措施。

桩基；旋挖钻；成孔

近年来旋挖钻成孔施工因其独特的优点在公路工程施工中被广泛应用。我公司承建的苛临高速公路路基工程的桥梁桩基就采用了旋挖钻成孔。旋挖钻的工作原理是旋挖钻机钻进成孔工艺旋挖成孔，首先是通过钻机自有的行走功能和桅杆变幅机构使得钻具能正确的就位到桩位，利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门的桶式钻头置放到孔位，钻机动力头装置为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆钻头，钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻头内，然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度。钻斗钻成孔法主要适用于硬填土层、黏性土层、淤泥层、砂土层以及含有部分卵石、碎石的地层，还可以在岩层中钻进成孔。

1 旋挖钻成孔桩的优点

成孔速度快、质量高，以前公路桥梁桩基施工大多采用传统的循环钻机或冲击钻机，生产效率低。根据本人在苛临高速公路桥梁的施工中，一个直径1.5m、深30m的桩（有3m厚的卵石层），循环钻机需2d甚至5d才能完成一个孔，且很多桩由于钻孔时间长造成塌孔，严重的甚至需要回填重新钻孔。而在同一工地，采用三一SR280型旋挖钻施工，仅需7h～8h左右即可完成同样孔径和深度的钻孔，其工效是循环钻机的约20倍。在苛临高速公路施工中，一个直径1.5m、深40m的桩（有15m厚的卵石层），循环钻机需要20d，甚至30d才能完成一个孔，冲击反循环钻机最快也需要7d左右。而采用旋挖钻机，仅需5h左右即可完成同样孔径和深度的钻孔，其工效是反循环钻机的约30倍。

环保特点突出，与传统的循环钻机相比，旋挖钻机可以循环使用泥浆，而传统循环钻机是不断地产生泥浆。

行走移动方便，旋挖钻机具有履带，可以自行移位。不像传统的钻机的移位那么繁琐，往往需要借助吊车，即使有步履机构移动起来也非常缓慢。

旋挖钻机对孔定位准确、方便，在对位过程中操作手在驾驶室内利用先进的电子设备就可以精确的实现对位，使钻机达到最佳钻进状态。

旋挖钻机适应地层的能力强，通过更换不同的钻头，可以适用于淤泥质土、黏土、砂土、卵石层和软岩，甚至有的旋挖机可以适应单轴抗压强度超过100Mpa的坚硬岩层。

适用性强，经济效益明显。近两年内，我所参与的桩基施工都是采用旋挖钻机成孔，成孔单价为220元/m3（内容包括钻孔、混凝土灌筑、吊装钢筋笼及装载机费用），河运高速12254m/241根，苛临高速17858m/176根，高沁高速10634m/248根，在现阶段施工工期要求紧的工程中经济效益明显。

2 成孔工艺

2.1 测定桩位：要做到准确无误，放线定位应从测量基准点施测，以避免累积误差，并注意保护控制点,防止桩位受外界因素影响而发生偏差。

2.2 钻机就位：桩位复核正确，利用旋挖钻机和人工相互配合埋设护筒，钻机就位时，定位要准确、水平、垂直、稳固；钻机导杆中心线，回旋盘中心线，护筒中心线在同一直线上。

2.3 埋设护筒：由人工进行辅助配合，利用旋挖钻的钻斗挤压作用做相应的调整。

2.4 护壁泥浆：旋挖钻成孔在护壁泥浆的保护下钻进，因钻机结构决定，钻头钻进时，要多次上下提钻往复操作，如果对护壁泥浆管理不善，就有可能发生塌孔事故。因此护壁泥浆的管理是旋挖钻成孔的关键。在钻进过程中，根据地层不同情况，按平衡钻进原理指导泥浆管理工作，尽量利用地层黏土自然造浆。

2.5 钻进成孔：钻进就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，钻斗施加压力，将土挤入钻斗内，当仪表自动显示装满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面始终不低于护筒底部，通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环制成孔。采用磨盘式钻斗或其它工具一次或多次捞渣清孔，以使孔底沉渣满足规范和设计要求为止。

2.6 其它注意事项：

1）成孔时，发生斜孔、弯孔、缩孔和坍孔或沿护筒周围冒浆以及地面沉陷等情况，应停止钻进，经采取措施后，方能继续施工。

2）钻进硬层，每次进尺深度太小，斗内钻渣太少时，换用小直径筒形齿状钻斗,先钻一小孔，然后再用钻斗扩孔钻进，也可换用短螺旋钻进，然后再下钻斗捞渣，钻进速度，应根据土层情况、孔径、孔深、钻机负荷以及成孔质量等具体情况确定，在砂砾、砂卵、卵石地层中钻进时，为保护孔壁稳定，可事先向孔内投入适量粘土球，下入孔内的钻头，其底盘进渣口必须装闭合阀板，以防提钻时砂砾石从底部漏落孔内。

3）控制桩顶标高高于设计标高500mm以上，待开挖后截桩头，防止桩头混凝土强度受水和泥浆影响变低。

3 常见问题及处理措施

3.1 坍孔处理

造成坍孔的主要原因有：护筒埋深位置不合适；钻进速度快，泥浆注入迟缓；钻斗上下移动速度过快，致使水流以较快的速度由钻斗外侧和钻孔间的空隙流过，冲刷孔壁等。河运高速主线桥左幅5-3#桩基（候禹高速公路上）钻孔施工时发生了塌孔，主要原因是泥浆护壁配比和管理不当。根据现场实际情况，我们在采取了如下措施：原孔内灌入1：3水泥砂浆改善护壁结构，钻头每次重新开钻时增大泥浆比重（控制在1.15～1.4之间），入液面时，速度要非常缓慢，等钻头完全进入浆液后，再匀速下到孔底，每次提钻速度控制在0.3m/s～0.5m/s。苛临高速公路康家峁2号大桥4号桥墩桩基钻进时存在淤泥层，有塌陷现象，不能正常采用护壁施工成孔。所以采用钢护筒施工，塌陷严重用C30混凝土和干红土交替回填，混凝土中用φ25钢筋按实际塌孔坑洞尺寸制作钢筋网片以加强其承载力。

3.2 缩孔处理

缩孔主要原因有：泥浆性能欠佳，失水量大；孔壁土层吸水膨胀，形成蜂窝、疏松状泥皮；邻桩施工间距不当，土层中应力尚未解除，新孔孔壁软土流变。高沁高速丹河大桥3-4#桩基钻孔发生缩孔，原因是孔壁土层吸水膨胀。取优质泥浆，控制泥浆比重和黏度，降低失水量，将钻头提高至偏孔处进行反复扫孔，直到钻孔正直，尽快灌注混凝土。当缩孔严重时，应将钻孔钻过缩孔的软地层后，加满泥浆静置4h～5h，待地下应力释放完后，再继续钻到设计孔深，孔径扩大到设计要求。

3.3 埋钻和卡钻处理

埋钻和卡钻是旋挖钻机最易发生的施工事故，因此，施工过程中应采取积极主动的措施加以预防。埋钻主要发生在一次进尺太多、过快；卡钻则主要发生在钻头底盖合拢不好，钻进过程中自动打开或在含大量孤石地层钻进时，孤石掉落卡钻等。埋钻或卡钻发生后，可采取直接起吊法和钻斗周围疏通法，直接起吊法就是采用吊车直接向上起吊即可；钻斗周围疏通法就是用水下切割或反循环等方法，清理钻筒周围沉渣，然后起吊即可。

3.4 钢筋笼上浮的处理

当混凝土上升到接近钢筋笼下端时，应放慢浇筑速度，减少混凝土面上升的动能作用，以免钢筋笼被顶托而上升。当钢筋笼被埋入混凝土中有一定深度时，再提升导管，减少导管埋入深度，使导管下端高出钢筋笼下端有相当距离时再按正常速度浇筑，在通常情况下，可防止钢筋笼上浮。此外，浇注混凝土前，应将钢筋笼固定在孔位护筒上，也可防止上浮。