旋挖钻机成孔工艺在公路铁路桥梁等基础工程上的推广和应用

2017-01-19徐长杰

中国设备工程 2017年24期

关键词：铁路桥梁护筒成孔

徐长杰

（山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队，山东兖州 272100）

旋挖钻机成孔工艺在公路铁路桥梁等基础工程上的推广和应用

徐长杰

（山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队，山东兖州 272100）

我国各类工程建设取得的成就与施工工艺的发展有着直接关系，其中基础工程位于施工中的关键，在公路铁路桥梁等基础工程施工中，主要设计为桩基础，在桩基础成孔方面，旋挖钻机成孔具有重要的应用价值。本文主要针对旋挖钻机成孔工艺在公路铁路桥梁等基础工程上的推广和应用进行分析。

旋挖钻机成孔工艺；公路铁路桥梁；基础工程；推广应用

近年来，桩基础在成孔过程中，旋挖钻机作为一种重要的施工机械，在常见的砂土、粘性土以及粉质土等相关土层施工中得到了重要应用。根据国内已有工程实例显示，旋挖钻机成孔施工中成孔深度可达到60～90m，成孔直径最大可达到1.5～4.0m，在各类基础工程施工中均有较好的应用价值。

1 旋挖钻机成孔原理分析

明确旋挖钻机成孔原理是进行具体施工的前提。旋挖钻机本身具有行走功能，同时，存在桅杆变幅机构，根据设计图纸要求，在完成前期测量放线后，钻机就位，在桅杆的导向作用下将筒式钻头放置到需要成孔的位置，筒式钻头位于钻杆下方，底部带有活门，在钻机头部动力输出的情况下，钻杆能够带动筒式钻头并施加压力于地面，钻头在回旋过程中能够使得成孔位置的岩土破碎，随着旋转的进行，土体会进入钻头内，通过钻机顶部的动力设备中的提升装置以及伸缩式钻杆，可将钻头提出地面，将钻孔中的土体卸载。通过上述重复性的操作，在钻进的同时将孔中的土壤运送到地面，并通过其它运输设备运送到指定位置，当钻孔达到设计要求后，可停止旋挖钻进。

2 旋挖钻机成孔工艺分析

旋挖钻机成孔施工前，需要做好充分的准备工作，最基本的是三通一平，旋挖机械设备到达现场，组装完成，测量放线等。还要做好以下工作。

（1）护筒埋设。属于前期准备工作中的关键，对于旋挖钻机自带护筒驱动器的，可以自行埋设护筒。护筒埋设的长度需要参照实际的地质情况，一般情况下埋设的护筒长度控制在4～6m，整个护筒埋设期间，需要检查埋设的垂直度，埋设完成的护筒顶部要求高出原始地面约30cm。这样一方面能够保护桩孔，另一方面则有利于快速进行钻头定位，完成埋设的护筒需要有较好的稳定性。

（2）泥浆制备。其中需要根据实际情况，在现场设置最少两个泥浆池，具体容积需要根据施工情况确定，布置好现场的泥浆循环系统，及时清理泥浆池中的废弃物。泥浆护壁成孔期间需要有大量的泥浆，泥浆制备质量直接影响到施工的进展以及施工质量，在制备泥浆过程中控制好泥浆的相对密度。开钻前需要完成泥浆制备，对应的泥浆质量以及数量都需要满足要求。对于烂泥地基，在基础成孔中，需要适当的提高泥浆的密度，通常要求泥浆的粘度超过100s；对于砂砾层地基，在成孔过程中泥浆的粘度可控制在50～80s。配合完成的泥浆还需要进行检验，便于进一步了解泥浆的参数，常见的主要是泥皮形成性能检测、泥浆密度检测、稳定性检验等。

（3）钻孔操作。前期准备工作做好后，钻机就位，调整桅杆并控制好钻杆的倾斜度，在钻进过程中还需要视情况随时进行调整。虽然前期制备了符合条件的泥浆，但是在具体施工中，由于地质情况较为复杂，随着钻进深度的增加，地质构造也会发生改变，此时就需要及时的对泥浆参数进行调整。控制好泥浆的含砂率、漏斗粘度、比重等。为了保证成孔质量，应做好泥浆的净化处理，定期检测成孔质量参数。

（4）检孔。在钻孔过程中，通过检孔器定期对成孔质量进行检测，通常每钻进10m更换钻头，或者是地质状况发生改变后，都需要检查成孔情况，避免在成孔过程中出现斜孔、弯孔、缩孔等问题。

（5）验孔。在旋挖钻孔达到设计要求后，需要根据设计图纸指标进行验收，比如，是否达到持力层等。在验收合格后，对成孔中存在的各类垃圾进行清理。

（6）后续施工。旋挖钻机成孔施工完成在各项指标验收合格的情况下，需要及时清孔、下钢筋笼、下导管、二次清孔等，泥浆比重达到要求后浇筑混凝土，以及做好成品桩的保护等后续操作。

3 旋挖钻机成孔施工的优势分析

旋挖钻机成孔施工工艺在公路铁路桥梁等基础工程中的推广和应用，与其自身的优势有着直接关系，具体的优势主要有以下几点。

（1）成孔速度较快。相对于早期使用的正反循环钻机，在基础工程成孔过程中成孔较快，有助于保证施工进度，为后期其它工序施工赢得了时间，有助于缩短工期、提高施工效率、节约施工成本。

（2）成桩质量高。旋挖钻机成孔在施工过程中，能够保证成孔质量，垂直度<1.0%，成孔规则，成孔质量保证了后续的成桩质量以及桩基承载力。在灌注混凝土过程中，相比其它正反循环成孔灌注混凝土的充盈系数小（1.05左右），既能保证施工质量，又能节约成本。

（3）施工过程符合环保性要求。旋挖钻机成孔相对于早期正反循环钻机，在钻孔过程中，使用的泥浆经过处理后能够循环使用，减少了对环境造成的不良影响。

（4）旋挖钻机成孔前的对位准确性较高。偏差较小(小于2cm)，根据测量放线要求，能够通过旋挖钻机自身携带的电子设备完成精确对位，极大地减少了实际操作与设计之间的误差，保证了施工质量。

（5）使用范围较广。根据实际情况，可采用干作业成孔，也可以采用湿作业成孔。

（6）施工操作灵活性高。在旋挖钻机施工过程中，根据地质状况的差异，可采用不同斗底形式的钻头。对于粘土层或者是干孔条件下的施工，可采用单底板土层钻头，对于流沙层，存在砂土、胶结较差粒径、存在较小卵石层或者湿孔钻进作业，可采用双层底旋挖钻头。

（7）可与其它机械配合使用。旋挖钻机可以配合长螺旋钻、振动桩锤、地下连续墙抓斗等，在市政工程建设、工民建、铁路公路桥梁建设、地下连续墙施工、水利施工以及防渗护坡等相关施工中发挥重要作用。

4 旋挖钻机成孔工艺在公路铁路桥梁等基础工程中的应用

旋挖钻机成孔工艺在公路铁路桥梁等基础工程中的应用广泛，取得了明显的效果，为我国经济的发展作出了较大的贡献。举例说明，旋挖钻机成孔工艺在某桥梁基础施工中的应用。

某特大桥施工，桥长1800m。根据设计要求，桥梁的桩基直径为 1.25m的钻孔灌注桩，桩长最长为55 m、最短为32m，属于摩擦桩。全桥桩基共有248根。依据地质勘察报告，全桥桩基所处地质条件从上往下依次为沙层、粉细沙层、湿陷性黏土层、黏土层、卵石层等，在钻孔过程出现塌孔的可能性较大，因而对于成孔质量要求较高。与此同时，该桥梁工程的工期较为紧张，桩基施工需要在60天内完成。综合桩基施工的地质条件、工期以及经济因素，在经过科学论证以及方案比选后决定采用旋挖钻孔成桩工艺。

采用旋挖钻孔成桩施工过程中，对于特殊地质的钻进属于施工难点。在砂层施工中会造成泥浆污染，增加含砂率，影响到泥浆指标，因而在砂层钻进过程中定期做好泥浆指标的检测，保证泥浆的合格性，避免施工中出现坍孔，在泥浆中增加纤维素的含量，促进泥浆的附着力。钻进一段距离需要及时对水平方面以及垂直方向进行检测和调整，确保成孔质量。此外在施工中，根据地质条件采用合理的钻头类型，控制钻头升降速度。

采用旋挖钻机成孔在桩基施工中，原定60天的工期，45天就顺利完成。成孔质量较好，灌注成桩后符合验收标准，施工完成后的Ⅰ类桩达到98.0%，成本费用相对于预算节约了12.5%，桩的承载力比设计高了10～20%。施工过程满足环保要求，达到了预期目的。

近年来，我公司购进了4台套德国产宝峨BG-30旋挖钻机。此钻机具有性能好，成孔质量高等优点，特别是在大深度入岩过程中，设备始终运行稳定。从而保质保量保工期完成了各项艰巨的施工任务。为公司树立了良好的形象，取得了较好的经济效益。