旋挖钻在高速公路桩基施工中的应用

2019-10-15周国清

工程建设与设计 2019年18期

关键词：成孔钻机钻头

周国清

（中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司，重庆402260）

1 引言

在高速公路的施工过程中，旋挖钻是一种常用的施工机械，具有噪声小、振动频率低、扭矩大，不会出现泥浆循环现象，且成孔速度快的优势，是现阶段桩基施工钻孔工程中的新型施工机械，在地基施工中得到了十分广泛的应用。

2 工程概况

长江大桥是80m+760m+320m单跨钢箱梁悬索桥，主桥为760m单跨悬索桥，主缆矢跨比为1∶9.5，主梁梁高3.0m，采用钢箱梁结构形式，吊杆标准间距15m，桥塔采用门式框架结构，桥塔基础采用承台+桩基结构，北岸锚碇采用隧道锚形式，南岸锚碇采用重力式锚。南岸桥塔基础采用φ2.8m钻孔灌注桩，共计18根，桩长分别为33m、38m各9根，桩基采用C35混凝土。同时，工程所在地区地标水系属长江水系，属河流侵蚀堆积地貌，地形宽缓，天然地面坡度约8°～21°，坡体表面植被主要为耕地和林地，大部分地段基岩裸露，有居住区分布。该地区气候温和，雨量充足，四季分明，无霜期长，春季气温回暖早但不稳定，夏季温高光照强，降雨集中，秋季降温快，常有秋绵雨，冬季较暖，日照偏少，湿度较大，冬春少雨，常有冬干春旱。

3 旋挖钻工艺施工原理

旋挖钻主要应用短螺旋钻头和相关作业装置进行干湿钻进，通过旋挖逐次取土，在反复循环的作业过程中成孔。旋挖钻机主要由操作系统、动力系统、履带式行走系统和钻进系统等构成。在旋挖钻机进入工作状态后，可以利用变幅机构和桅杆调平控制系统对桅杆角度进行调整，确保钻头处于垂直状态，由动力头给钻杆和钻头提供扭矩，这样钻头可以进行旋转切削，而加压油缸在动力头向钻杆和钻头传递压力，为钻头加压钻进提供支持[2]。另外，在钻头内部装填渣土后，主卷扬不断提升，钻头会离开钻孔，在回转主机达到一定角度的情况下，可以打开钻头底门，倒出渣土，合上斗门，钻头转回钻进地点，下放钻杆，再次把钻头放入孔内钻进，再重复进行钻斗的旋转、削土、提升和出土的操作，多次反复而成孔。图1是旋挖钻的工作过程。

图1 旋挖钻工作过程图

4 旋挖钻施工的优势

旋挖钻施工有以下优势：

1）成孔快。旋挖钻施工成孔速度快，其工作效率能够达到普通循环钻机的10倍，旋挖钻机1d能够完成3根桩，而循环钻机3～4d才能完成1根桩，旋挖钻机适用于工期紧张的工程中。

2）占用临时用地少。在旋挖钻施工过程中，无须排出泥浆，不需要将临时用地作为泥浆沉淀池，且旋挖钻机挖的土能够循环利用，尤其在临时用地紧张的情况下，具有很多优势。

3）环境污染小。旋挖钻进主要是干式、无循环泥浆钻进方式，使用的泥浆量只有正反循环钻进的1/20～1/10。因此，这种施工技术的振动小，不易造成噪声污染，施工现场比较整洁。

4）灵活性强。旋挖钻底盘主要是履带式，不需要其他设备的辅助即可迅速移位，不仅能够缩短施工工期，还能节省设备费用。

5）提高灌注桩的承载力。旋挖钻机的成孔工艺相对特殊，只需要使用静压泥浆作为护壁，使用的泥浆主要由膨润土配制而成，孔壁不会形成厚的泥皮，并且钻头多次反复，使灌注桩具有很强的承载能力。

5 旋挖钻施工工艺

通过分析长江大桥工程的实际情况可知，履带吊在洗孔及埋设钢护筒时使用，调查过程中共使用了18d；挖机主要用于清理旋挖钻钻孔产生的钻渣及泥浆以及转运小型材料，调查过程中共使用了18d；电弧焊机用于修理钻头钻杆，调查过程中共使用了18d；空压机用于洗孔过程，调查过程中共使用了11d。以下主要对旋挖钻在高速公路桩基施工中的应用及其注意的问题进行研究。

5.1 旋挖钻施工工艺流程

钻机就位→采用直径1.5m钻头钻进4～5m→更换直径2.5m钻头钻进4～5m→更换直径2.8m钻头钻进4～5m→更换直径3m钻头钻进4～5m→埋设护筒→采用直径1.5m钻头钻进至底标高→更换直径2.5m钻头钻进至底标高→更换直径2.8m钻头钻进至底标高→清孔→成孔。

5.2 施工过程中需要注意的问题

5.2.1 钻进过程中的问题

在钻进过程中，相关人员需要设置表层护筒，护筒高度往往会在地面以下约30cm，需要使用带钻头的铰刀，在表层护筒插进预定土层深度之前，且斗底的铁门需要处于关闭状态。同时，相关人员需要合理控制孔内钻斗的升降速度，桩径为1200mm时，钻斗升降速度为0.748m/s；桩径为1500mm时，钻斗升降速度为0.575m/s。在空钻斗升降过程中，孔壁不会出现坍塌，这就需要合理控制钻斗的升降速度。除此之外，相关人员需要根据钻孔阻力、扭矩确定钻孔的阻力，在桩端持力层钻进过程中，钻斗上提时应缓慢，且孔内水位要高于地下水2m，避免出现孔壁坍塌问题。

5.2.2 清孔时的注意事项

在清孔过程中，由于钻斗刀刃倾斜，会对孔底土层造成扰动，钻进过程中，钻渣回落使其沉淀在孔底，而旋挖钻成孔法无法在浆液循环的情况下排渣，这就需要做好清孔工作。第一次孔底处理在钢筋笼插入孔内之前进行，主要使用孔底处理钻斗排除钻渣，在沉淀时间长的情况下，需要使用水泵进行浊水循环，第二次孔底处理在混凝土灌注前进行，通常用泵吸法[3]。

5.2.3 技术问题

在底层复杂的情况下，成孔过程中会出现开孔后漏浆、钻进过程中坍塌等问题。而在砂砾石、砂卵石地层成孔过程中，成孔后的孔较低，使岩土沉淀速度提升，不易于清孔，在砂卵石地层施工过程中，由于密实度不均匀使旋挖钻无法减压钻进，成孔的倾斜率加大。