旋挖钻施工工艺在芦家湾大桥桩基施工中的应用

朱国学

摘 要：通过项目使用旋挖钻机进行桩基施工的情况，确定施工机械设备、施工工艺的可操作性、施工工序的完整性。验证各项施工工艺参数的准确性。泥浆比重、护筒埋置深度、旋挖钻施工在各种土层钻进速度、钻进过程中各阶段泥浆比重控制。验证施工组织设计及管理体系的可行性。确定施工中检测的项目、方法、程序和工艺，地质情况是否与设计相符。

关键词：旋挖钻;泥浆护壁;工艺;应用

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0100-02

0 引言

芦家湾大桥全长337米，双向四车道计。右幅桥梁起止桩号YK67+481.5～YK67+818.5，左幅桥梁起止桩号为ZK67+481.5～ZK67+818.5。本桥上部结构采用11×30m 预应力混凝土先简支后连续箱梁，下部结构采用柱式和薄壁墩，柱式台，墩台基础均采用钻孔灌注桩基础。桩基共计88根，桩径有1.8米的16根、1.6米的8根、1.5米的64根，桩基深度在48-66米之间不等。首件开工选择5号桩基，桩基编号5a-3#，是本桥桩基较深的桩，桩长65米，也是孔径最大的桩，桩径1.8米。

1 施工准备

1.1 技术交底和安全技术交底

在施工前组织所有参建人员熟悉施工图纸和施工方案并针对性强的做实三级技术交底，交底清楚施工工艺流程、方法、注意事项和相关的检测评定标准，对施工技术人员和现场工人进行施工安全技术交底，交底清楚现场的危险源和注意事项，并要求施工人员熟练掌握旋挖钻施工的操作规程及整个施工过程的主要控制事项后方可上岗。

1.2 人员配置

项目部组建以项目总工程师为组长，相关部室主要负责人为成员的桩基施工质量、安全领导小组。

1.3 主要机械设备数量表（表1）

2 质量控制标准

主控项目：（1）成孔深度大于70m，沉渣厚不大于100mm;（2）桩径180cm，孔径无缩孔、塌孔、漏浆现象;（3）桩孔垂直度小于1%;（4）护筒下沉小于5cm;（5）地下水位高程在1812.47上下偏差小于30cm。

3 质量预控点

3.1 地质资料

桥址区属黄土丘陵地貌，地势两边高中间低，地势较为开阔，地形起伏较大，沟谷为“U”型谷，宽约500m。桥梁跨越沟谷及X011县道，海拔高程在1849.0～1901.2m之间，最大高差约52.2m。桥址区揭露地层为第四系上更新统风积黄土，冲积黄土，中更新统离石黄土，地层情况简述如下：（1）上更新统风积（Q3eol）黄土：浅黄色，稍湿，稍密，以粉粒为主，土质较均匀，土质疏松，孔隙较为发育，具湿陷性。该层钻孔揭露厚度为21.2～24.2m。（2）上更新统冲积（Q3al）黄土：褐黄色，稍湿，中密，以粉粒为主，土质较均匀，孔隙不发育。该层钻孔揭露厚度为18.6～25.9m。（3）中更新统离石（Q2l）黄土：红褐色，稍湿，中密，以粉粒为主，粘粒含量较高，土质不均匀，含少量钙质结核，刀切面光滑，干强度较高。该层最大钻孔揭露厚度为20.2m。桥址区不良地质为陷穴;特殊性岩土为湿陷性黄土。桥址区地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水及基岩裂隙水。松散岩类孔隙水主要赋存在砾石层中，与地表水联系紧密，互为补排，受大气降水和地表（河水）径流补给，呈季节性变化，常年变幅大;基岩裂隙水赋存在下伏岩层裂隙中，一般分布不连续，水量较贫乏。勘察期间，勘探深度内未见地下水。桥址区未见地表径流及地下水，可不考虑水的腐蚀性。桥址区场地土易溶盐总量1260-1380mg/Kg，Cl-含量14.54-247.46mg/Kg，SO42-含量271.86-350.63mg/Kg，場地土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。本桥上部、墩身处于II类环境，桩基处于VI类环境。

3.2 场地条件

检查场地三通一平条件，该施工现场位于山脚经排查场内地下无障碍物分布，场内施工便道借助X010可直接到达作业点，无需修建施工便道，施工平台面积宽敞，足够旋挖钻机以及配套的机械设备满负荷工作。

4 旋挖钻施工

旋挖钻机成桩亦称回转斗成桩、取土成桩，英文称“EarthDrill”，在覆盖层施工具有成孔质量好、速度快，无噪音、无污染或小污染等优势，一般覆盖层，采用泥浆护壁。

4.1 成孔工艺

采用旋挖钻机取土成孔，成桩工艺：场地平整→测量定桩位→埋设护筒→注泥浆→钻进取土→成孔→桩孔检测→一次清孔→放入钢筋笼→插入导管→二次清孔→砼灌注→拔出护筒。

施工中最大的难题：钻机钻进成孔过程及成孔以后孔壁的稳定性如何保证，确保能顺利成桩。首先钻孔：如何避免桩孔缩径现象严重及成桩过程中孔的坍塌，经研究发现除特殊意外情况以外，操作手经验很重要特别是在控制钻进尺度及回转斗提升速度等方面更明显。最大的影响在于静态泥浆的配比、钻具结构及护筒的埋设不合理，易造成护壁泥皮过薄、钻具下方负压过高及孔口渗透，从而引起坍塌事故。

4.2 钻孔放样

钻机就位采用全站仪精确放样，根据放样的桩孔定位点，按十字交叉的方法固定四个加固桩，再以这四个控制桩为基准控制埋设护筒的位置和钻机的位置。护桩应采用坚固的桩，并采用混凝土进行护桩加固，以防控制桩破坏或移动。

4.3 护筒埋设

（1）钢护筒采用厚度为12mm的A3钢板分节卷制。多节护筒连接时，接缝应牢固、不漏水，筒内连接处应平顺。（2）护筒有固定桩位、导向钻头，隔离地面水以保护孔口不致坍塌的作用。护筒内径超出设计桩径不小于30cm，桩护筒顶高度高出原地面50cm以上。

4.4 泥浆池规划及泥浆配比

根据现场条件，合理规划泥浆池的位置及容量，并设置泥浆储备池和沉淀池。泥浆配制在泥浆储备池中进行，静态泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用是护壁，可在孔壁形成一层薄泥皮，使水无法由外向内或由内向外渗透，护壁泥浆的厚度和强度直接关系到孔壁的稳定性。泥浆制备完成后试验室对泥浆各项性能指标进行试验检测，在钻孔过程中应随时检查泥浆比重、含砂率、稠度，并随时观察地质情况变化，根据不同的地质调整泥浆的性能指标。

针对该桥的地质情况，调配调整泥浆配比，确保泥浆护壁的厚度及强度。泥浆的配比及成份具体如下：（1）水：膨润土：氢氧化钠：纤维素=1000L：70Kg：175Kg：53g，施工时根据湿陷性黄土地质先配置膨润土超饱和溶液，膨润土使用量上浮1%。（2）泥浆的性能指标：相对密度、黏度、含砂率、酸碱度（PH值）。（3）成孔过程中泥浆的性能指标：相对密度1.02-1.10、黏度18-22S、含砂率4%-8%。

4.5 钻进控制

钻进过程中回转斗的底盘斗门必须处于关闭状态，以防止回转斗内的挖取料落入桩孔泥浆中，而破坏泥浆的配和比;每一次的钻进过程应严格控制钻进速度和钻进的深度，以防发生埋钻事故;同时控制回转斗的提升速度，试桩结果表明，桩径φ1.8米，在风积（Q3eol）黄土层钻进速度控制在0.2～0.25m/分钟，在冲积（Q3al）黄土层钻进速度控制在0.1～0.15m/分钟，在离石（Q2l）黄土层钻进速度控制在0.02 ～0.05m/分钟，如果提升速度过快，回转斗内的泥浆容易冲刷孔壁，对泥浆护壁的破坏比较大，极易造成孔壁的不稳定，而导致孔壁引起坍塌事故。在钻进前要对钻杆进行垂直度调整，先手动调垂，当钻杆在相对零位的±5°范围内时再进行自动调垂。开孔时先调慢钻进速度，然后根据地质软硬情况再进行钻进速度调整，由软地层钻到硬地层时，要减速慢进，整个钻进过程中要严格控制钻进速度。

初次注入泥浆时，应垂直向孔中间注入，且在鉆进过程中要始终保持泥浆面不低于护筒底部50cm。

钻进过程中认真做好成孔记录，保持各项指标符合要求，并实时观察、核实地质情况与设计地质情况是否相符，当发现变化较大时，应及时向监理工程师或设计单位报告进行处理。

钻孔作业要连续进行，不得中断。因故停钻时，要提出钻头，封盖孔口，以防止塌孔而导致埋钻。

4.6 检孔

该桥试桩检孔时间为成孔时间48小时多。在钻进过程中，对钻渣进行留样观察，与地质勘察设计进行校核对比，经确认，底层为离石黄土层，各地层情况与设计地质相符。

采用自制探孔器对成孔进行孔径、竖直度的检测，探孔器采用φ25的带肋钢筋制作而成，其直径为178cm，比设计桩径小2cm，长度为6m。检测时，将探孔器用吊车起吊，孔的中心与探孔器中心保持一致，缓慢放入孔内，防止探孔器对孔壁碰撞，上下起吊探孔器如无卡探孔器现象，则确定为孔径满足要求，经检验孔径合格。

测孔器形式如图1所示。

对孔深、孔形、孔径和垂直度、沉碴厚度进行检查，填写终孔检查单，具体检测指标如表2所示。

5 结语

旋挖钻泥浆护壁桩基施工工艺成孔技术优点：（1）广泛的适应性;（2）成孔速度快;（3）环保特点突出;（4）提高桩的承载力;（5）移动方便，对场地的适应力极强，并且对位方便准确。缺点：（1）受施工土层的制约较大;（2）下层有岩石或硬岩是应于冲击钻配合使用

参考文献

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