旋挖钻机应用于高速公路桥梁桩基础

徐 旻

（葛洲坝第二工程公司枣菏高速公路项目部一分部）

1 工程背景

枣菏高速东起京台高速滕州北，西至日兰高速牡丹区，全长177.5km，其中菏泽段全长75.2km。设计为双向四车道高速公路标准建设，设计速度120km/h，路基宽度27.0m，山东路桥集团和葛洲坝集团组成的联合体为该项目中标单位。

其中由葛洲坝集团山东枣菏高速公路承包项目部一分部承建的滕州段，线路长31.5km，途径滕州市龙阳镇、界河镇，大坞镇和滨湖镇四个镇，设计2020年通车。滕州段包含桥梁95座，其中特大桥1座（津浦铁路分离）、大桥19座、中桥21座，小桥53座；线路设三个互通即滕州北枢纽互通、滕州西互通、滨湖互通；设置一个服务区，即滨湖服务区；主线及改路小构（园管涵、盖板涵、箱涵）共72道。

2 地形、地貌

项目所处区域微山湖以东线路穿过丘陵及冲洪积平原地带，地势东高西低，微山湖以西线路为冲洪积平原，地势平坦，呈西高东低，区域内海拔在5～222m。

滕州段为冲洪积平原地貌单元，工程地质分区为冲洪积平原稳定-较部稳定亚区，地势较平缓，起伏较小，第四系覆盖层以冲洪积粉质粘土，粘土为主，局部夹砂层，分布不连续，多呈透镜体状分布，下伏基岩以侏罗系泥岩、砂岩为主。

3 旋挖钻机特点

滕州段，葛洲坝枣菏高速公路项目部一分部使用的旋挖钻机为徐工XR360。徐工XR360采用进口川崎液压件，进口康明斯发动机，动力系统匹配合理，保证了工作的可靠性。

主要技术参数：

表1

4 旋挖钻机的施工特点

（1）成孔效率高。采用大扭矩液压顶区动力头和伸缩式钻杆，伸缩式钻杆是实现无循环钻孔施工的专用工具，避免每次起下钻具过程中的拧卸工序，减少了辅助作业时间，随着地层的变化，可选择与之相适应的钻头。正常工作状态下，一天内可以钻成三根桩孔（以某分离立交桥挖孔为例，桩设计桩孔28m长，桩径1.2m），相比之下，普通循环钻机完成1根相同类型的桩孔则需要3～4d。

（2）全液压驱动，电脑操控，能精确定位钻孔，自动校正钻孔垂直度和自动测量钻孔深度，最大限度保证钻孔质量，其伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，还可以实现钻头快速升降，快速卸土。

（3）作业时，临时用地少。旋挖钻机自身的成孔工艺不需要排除大量泥浆，也就不需要修建临时泥浆池储浆，而且挖出的土经过晾晒还可以重复利用。

（4）对施工现场的环境污染小。旋挖钻基本是杆式或无循环泥浆钻进，作业时，所用泥浆量仅为正反循环钻机的1/10～1/20。

（5）机动性强。旋挖钻机为大型履带自行式设备，无需其它人工或设备辅助。

行驶速度1.5km/h，爬坡能力35%，最小离地间隙445mm。

（6）旋挖钻进振动小，噪音低，扭矩大。桩孔沉渣少，孔壁泥皮薄，桩侧摩阻力发挥好。

（7）对于粘性较大的土质，容易糊钻，而对于砂性地层，若泥浆比例不适当，容易坍孔。

遇到这种情况，需要调整钻头，泥浆比例等解决。

5 以枣菏高速公路某分离立交桥挖孔桩施工为例

（1）本挖孔桩采用φ1200mm桩径，以含砾砂粘性土及以下土（岩）层作为桩基持力层。根据各桩位地质状况及现场捞取渣样判别桩基进入持力层深度，在桩长满足设计图纸要求的同时，确保桩端全断面进入持力岩层深度至少1.0d（d为桩径），孔底沉淀厚度严格控制在5cm以内。

桩基布置以每承台4根布置形式。桩基采用水下C30高性能海工混凝土。主筋采用φ25mmHRB335级钢筋，螺旋筋。

图1

（2）旋挖钻机施工工艺

图2

①施工前由测量技术人员根据施工图纸，对每承台内桩基进行编号，编号以固定顺序统一编号，并进行桩位中心坐标计算，经其他技术人员复核后上报监理，审核后进行现场放样，放样平面偏差不大于3mm。根据设计图纸及平面控制点放样出灌注桩的桩位中心点，同时放出路面破除开挖边线，然后用十字定线（骑马桩）的方法将桩位平移至开挖线1m以外建立坐标控制系统。桩位放样完毕后用钢尺量测各个桩位之间相对位置（矩形对角线相等的原理），并与相邻墩的桩位一起进行校核，并将控制点放样复核过程进行记录。

②埋设护筒

护筒埋设就位后，需对桩中心及护筒中心进行二次测量复核，定位使用定型十字刻度尺安放在护筒顶部，测量定位后，根据护筒偏差对护筒进行调整，对中后对护筒四周空隙用粘土填实夯紧。为保证桩孔深度达到设计要求，由测量人员给出护筒顶标高，再根据灌注桩设计桩尖标高计算出由护筒顶到桩尖的深度，用测绳测量其钻孔深度。

③复测护筒桩位

护筒直径比设计桩径大30cm，护筒底端高出地下水位1.5m，高出地面30cm，护筒中心线应与桩中心线重合，误差不大于5mm，护筒必须保持垂直，倾斜度应不大于1%，护筒上部宜开设1～2个溢流孔。护筒埋设时，根据桩位四周的骑马桩的连线交点确定护筒中心点（即桩位中心点），定位后由测量人员对护筒进行二次复测。合格后，护筒四周用粘土回填，分层夯实，防止护筒偏位。并用油漆将骑马桩点标示在护筒边上，以利于钻机随时校核桩位中心线。

④用于护壁的稳定液（泥浆）应水化快、粘度大。其技术指标要求：胶体率≥95，含砂率≤4%，造浆能力≥2.15/kg。

参考（护壁泥浆）配合比：

水：膨润土：碱：CMC（羧甲基纤维素）=1：0.1：0.01：0.001。

⑤开钻前，仔细检查设备，保持良好状态。准备泥浆制备并确认正常。先配置好适量的泥浆，启动钻机，钻头着地，稳步加压钻进，旋转并挤压钻头，当钻头内充满泥浆后，提起钻头，注意在提升过程中应及时补充泥浆并保持水头。

⑥从孔内提出泥砂并倾倒后，关闭钻头阀门，将钻头重新放进孔内，继续钻进，反复操作，当钻孔完成后，进行清孔作业，清除孔底沉渣。

⑦钻孔施工应连续作业，不得无故中断。因故停钻，应在孔口加盖防护并将钻头提出孔道，以防埋钻，同时保持孔内泥浆面高度及泥浆粘度满足要求。

⑧钻进过程中，施工人员应保持监视孔内状态，及时补充损耗泥浆。

⑨钻孔完成后，实行清孔作业。清孔是钻孔桩施工中保证成桩质量的重要环节。尽可能清除沉渣，使混凝土与基岩良好结合，保证桩底承载力。终孔后，将钻头提至距孔底20～30cm空钻，吸出孔底钻渣，可配合投入适量纯碱以提高泥浆比例和胶结能力，使沉渣排出孔外。

⑩清孔完成后，钢筋笼应整体下吊入孔，吊装时不得碰损孔壁。钢筋笼吊放后，应检测其水平位置和高程是否达到设计高程，合格后立即固定钢筋笼。钢筋笼入孔到浇筑混凝土完毕时间不应超过4h。

⑪灌注混凝土，混凝土坍落度宜保持16～23cm，骨料粒径宜小于40mm，混凝土浇筑宜在清孔结束后30min内进行。

⑫采用导管自流式灌注混凝土，导管下口距孔底宜为30～50cm，正常灌注混凝土时，导管埋深混凝土中宜为2～6m。

表2 成孔检测指标

经检测各项指标合格后，可进行钢筋笼安装。如检测指标不合格，需重新下钻进行扫孔、清孔，以达到设计要求。

6 结语

本高速公路项目，业主要求的通车时间节点不能滞后，桥梁下构工程的施工时间直接影响整体工期，与传统回转钻机、正反循环钻机相比，葛洲坝项目部采用的旋挖钻机工作效率明显要高出许多，扣除阴雨天气和设备检修因素影响，平均每天完成2根，最多一天完成3根，大大缩短了桩基施工时间。但不应忽视施工过程中旋挖钻机操作手的人为制约因素。因此，加强操作手的技能培训，提高操作手的实践水平达到人机合一是保证旋挖钻机高效施工的重要保障。

另外，在引入旋挖钻机进场时，应认真检查设备，确认其保持良好的工作状态，对数据进行记录并分析，做到科学组织，精心施工，严格管理。并对施工过程中可能发生的一切问题做好预防和应对措施，保证旋挖钻机施工优势得到充分的发挥。