旋挖钻机干作业成孔的桥梁钻孔灌注桩施工

张立家，张金桥

(中铁大桥局集团有限公司东北分公司 沈阳市 110179)

1 工程概况

四道柳煤炭集运站铁路专用线工程位于鄂尔多斯市准格尔召镇四道柳村，设计为双线铁路专用线，线路长度4.59km，本项目共包含5座桥梁，基础全部采用钻孔灌注桩，全线共330根，桩径分别为1.0m和1.25m，桩长在14～33m之间，均为摩擦桩,采用旋挖钻机干作业成孔施工。

表1 桥梁钻孔灌注桩设计参数表

2 方案选择

2.1 方案优点

桩基位置地质自上到下分别为：粉砂、碎石土、砂岩夹泥岩、煤、钙质砂岩；鉴于该地层多为强风化泥岩、砂岩，岩层稳定性较好，地下水位在桩底标高以下，不易产生塌孔现象；采用旋挖钻机干作业成孔施工具有以下优点：

(1)干作业成孔施工不需要制拌泥浆，可减少施工用水；

(2)施工中不会产生泥浆、沉渣等废弃物，钻渣可直接回填利用，有利于环境保护；

(3)钻孔过程中可直观监控各层地质结构及扰动变化情况，有利于桩身几何尺寸控制；

(4)对机械资源依赖程度小，成孔后不需要控制泥浆指标，可多根桩连续施工，加快施工进度，节约施工成本，提高经济效益。

2.2 方案缺点及应对措施

(1)孔口防护要求高。由于上层地质为粉砂，在没有泥浆护壁的情况下容易坍塌，施工时增加护筒长度至该层以下。

(2)孔底沉渣控制难度大。在旋挖至设计标高后立即采用钻头进行清孔，如封孔前孔底沉渣不满足要求，采用捞渣筒钻进行二次清孔，确保满足质量要求。

(3)安全要求高。成孔后如果不能及时进行后续工序施工，应立即采用刚性盖板对孔口进行防护，避免进入施工现场的人员或牛羊等牲畜跌落孔内。

根据以上方案的优点及缺点应对措施分析，选择干作业成孔的施工方案。

3 施工工艺

本项目桩基均为群桩布置，采用ZR250B旋挖钻干作业成孔，钢筋笼在钢筋加工场区分节段加工，运至现场安装，混凝土采取在混凝土拌和站集中拌和、混凝土搅拌运输车运输、导管法灌注混凝土。

3.1 工艺流程

场地平整→桩位测量放样→埋设钢护筒→钻机就位→测量复核→钻机对中及钻杆垂直度检查→钻进成孔→成孔检测→清孔→钻机撤离→安装钢筋笼→孔底检测→二次清孔(如孔底沉渣厚度超标采用捞渣筒进行清孔)→安装导管→灌注混凝土。

3.2 主要施工方法

3.2.1护筒埋设

(1)护筒按照施工图设计的桩径采用直径1.2m和1.45m两种规格，长度均为3.0m；

(2)钢护筒测量定位采用全站仪坐标法设站+极坐标法放点方法施工，钢护筒的定位采用2台全站仪交叉放样互相复核完成，放出护筒中心十字线后，进行护筒埋设；

(3)护筒在埋设定位时，护筒中心与桩中心的平面位置偏差应不大于50mm，护筒在竖直方向的倾斜度不应大于1%。

3.2.2钻机就位、钻进

钻机就位，调整钻机底盘水平度和钻杆竖直度，将钻头中心线对准桩孔中心,其开孔位置必须准确，误差应控制在20mm以内。

(1)钻机底盘为伸缩式自动整平装置，利用操作室中的电子仪表读数，使钻头对准桩位中心线时锁定各项数据。

(2)护筒复测完成后，钻机就位开始钻进，钻进后每次回尺控制在0.6m左右。

(3)严格控制钻进速度，采用少钻勤提的方式，避免因进尺过快造成塌孔埋钻事故的发生。

(4)控制钻头升降速度，防止发生孔壁缩颈、坍塌事故。在钻进过程中要经常检查钻头通气孔，必须保证钻头通气孔的畅通无阻；干作业成孔过程中及时沿着外钻杆适当浇水以便给钻头降温、润滑。钻头升降速度宜控制在0.75m/s；在粉砂层，钻头升降速度宜小于0.4m/s；提出钻头时要平稳，尽量减少钻头对孔壁碰撞冲击。

(5)弱风化砂岩岩层强度低、稳定性好。在此岩层进尺较慢时，换用截齿筒钻，钻渣可附着于钻斗内，整体取出。

(6)正常情况下每2m取钻渣一次，并经常注意地层变化，在地层变化处留取钻渣，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。

(7)成孔过程中，发生偏孔、塌孔和地面沉降等情况时，应立即停止钻进，钻机后撤至稳定地方，然后采取有效处理措施后再继续施工。

3.2.3终孔

钻孔达到设计深度和要求时报请监理工程师验收即可终孔。当与地勘资料有出入时应经监理、业主、设计代表同意后方可进行下一步工作。终孔检查应符合设计和技术规范要求，桩孔垂直度和孔径检测采用探笼进行检测。

3.2.4钢筋笼安装

成孔经检验合格后，可开始钢筋笼安装施工。钢筋笼根据长度分1～3节加工制作，最后一节为调整节。

钢筋笼吊装作业时用揽风绳沿远离既有线方向张拉，防止晃动量过大而侵入限界。下放前检查钢筋笼垂直度，确保上、下节钢筋笼对接时中心线保持一致，主筋对位后使用焊接接头。焊接时保证搭接长度、焊缝质量，保证钢筋笼的竖直度。钢筋笼安装到位后将钢筋笼固定牢固。

3.2.5灌注混凝土

桩身混凝土灌注采用导管法施工，施工工艺同水下混凝土施工工艺相同。灌注设备主要由钢导管、混凝土储料斗、溜槽、漏斗等组成。

(1)开始灌注首批混凝土前，现场有2辆装满混凝土的搅拌运输车后开始灌注。导管下口至孔底的距离控制在0.4m左右，首灌完成后导管埋深不小于1.0m。

(2)首批混凝土灌注后，采用混凝土搅拌运输车直接往小料斗卸料。

(3)灌注过程中及时用测绳探测孔内混凝土面标高，并测算混凝土上升高度和导管埋深，以便及时调整导管埋深，将导管埋深控制在2～6m之间。混凝土导管不宜埋置过深，并保证导管有足够的安全埋管深度。

(4)灌注混凝土过程中，严格控制混凝土质量，检测混凝土坍落度，现场取样制作混凝土试块，留作强度检验。

(5)混凝土灌注标高要超过桩顶设计标高0.5～1.0m。

4 质量控制措施

为了确保工程优质、高效地完成，施工时对各工序，尤其关键工序应严格控制，干作业成孔施工重点控制的环节及措施见表3。

(1)干作业成孔在松散易坍孔粉砂地层钻进时，要控制进尺，轻压，低档慢速，减少对粉细砂的扰动，同时为避免出现局部塌孔，现场准备部分黏土，以保证成孔过程中回填护壁，防止坍孔继续或者扩大。钻进过程中每进尺5～8m，用与设计桩径相同，长度为桩径4倍的钢筋笼，吊入孔内检查孔径和垂直度。

表3 干作业成孔质量控制重点

(2)为减少对钢筋笼的冲击，灌注过程中，适当减小导管埋深，降低上浮力，防止钢筋笼上浮。

(3)勤测混凝土面，确定导管埋深与导管拆除长度；当混凝土灌注后期接近孔顶时，加大测量频次，保证不少灌不超灌太多。

(4)钻孔桩混凝土浇注高程应比设计高程高出0.5m以上，以保证桩头混凝土密实并达到设计强度要求；在灌注结束后，提升导管时，要缓慢进行，避免突然受力导管在接口脱开。

5 经济效益分析

本项目通过干作业成孔施工，减少了泥浆池开挖、泥浆制拌、泥浆排放等工序；通过对项目成本分析，本施工工艺极大节约了施工成本，同时缩短了施工工期，有利于节能减排，达到了施工环保目标。根据成本分析，本工艺比常规施工工艺共节约成本900200元。

表4 节约成本分析表

6 结语

本工程采用旋挖钻机干作业成孔钻孔灌注桩施工，取得了预期的效果。施工方案的选择、施工工艺控制充分地利用了地质条件和场地资源；经过成本分析，干作业成孔比常规施工工艺的施工成本共节约了90余万元；施工安全、质量、环保均达到预期目标；方案满足了施工中不同桩径、不同桩长的钻孔桩施工，保证了施工工期，钻孔灌注桩经检测全部为I类桩。