旋挖钻施工技术在桥梁桩基工程中的应用

2021-05-20赣南交通建设工程有限公司赖海英

交通建设与管理 2021年1期

文／赣南交通建设工程有限公司赖海英

赣州市公路管理局直属分局杨静

关键字:旋挖钻；桥梁工程；桩基施工；应用

1 旋挖钻施工技术概述

旋挖钻机成孔施工技术将具有闭合性能的钻斗连接在钻杆柱底端，且钻斗底部和侧面均附带有耙齿等切削工具，钻斗在钻具机械自重及钻机所施加工作压力下其钻齿不断切入土层，钻杆在动力头的带动下旋转，并通过回转力矩使钻头发生同步性回转，切削和挖掘土层的同时，将所产生的土渣自动盛入钻斗内。待钻斗盛满后通过钻机提升装置和钻杆伸缩装置将钻头提出钻孔外卸土，通过不断的取土、卸土，最终达设计深度，完成桩孔旋挖。

2 工程概况

起讫里程桩号K0+464.5 ～K0+571 的主线桥主要为连接已有高速公路段而修建，桥梁全长106.5m，宽2*12.5m，双向四车道设计，上部结构为预应力混凝土连续T 梁，下部则按柱式墩桩基础设计。本桥梁工程位于低山丘陵地带，区域内地形较为平坦开阔，唯一一处坡度20 ～30°的丘坡体位于桩号K0+497.2 左侧，桥位区内地面高程190 ～203.4m，高差相对值13.4m，桥位轴线所经地面设计标高192.5 ～195.4m。地勘资料显示，桥址区主要为上覆第四系冲洪积土层和下伏石炭系大塘组粉砂岩夹层。

3 施工技术应用要点

3.1 护筒埋设

进行旋挖钻施工前，必须根据设计技术要求及桩基情况制作钢护筒，并预埋于指定区域，严格控制钢护筒和地面的距离与垂直度。本桥梁工程采用的钢护筒直径1500mm、长6m、护筒壁厚12mm，在护筒埋设前必须进行测量放样，挖掘机填土后通过钻机将护筒放置于设计位置，再下压处理，护筒埋设过程中，应加强其尺寸和质量的全面控制，使护筒中心线和钻头中心线完全重合后，通过垂球检测垂直度，并全面检测钢护筒平整度、垂直度，其底层结构连接的有效性及侧壁与底部的密封性[2]，确保其各项参数取值均符合设计要求。为便于回填夯实，护筒基坑高度必须超出护筒外径40 ～100cm，埋设后的护筒平面偏差不应超过5cm，垂直度偏差应控制在1%以内，且护筒顶面应高出原地面0.3m，高出地下水位2.0 ～2.5m。

3.2 泥浆配置

旋挖钻机施工速度较快，且施工土层具有易坍塌性，在施工过程中为保证土层密实度及整体施工效果，要求泥浆护壁速度要快，为此必须加强泥浆质量控制。本工程所采用的泥浆中结构物掺加比为膨润土9%，羧酸基纤维0.03%、纯碱（Na2CO3）0.5%。按照此比例所配置的泥浆相对密度为1.06g/cm3，pH值为9.1，粘度为20s，失水率30.6mL/h，性能最佳（见表1），且在旋挖施工过程中会迅速在护筒内壁形成2mm 厚度的乳状泥皮，沉淀厚度符合设计要求且无需清孔[3]。一次性使用泥浆施工成本较高，为此应加强泥浆回收利用，将钻孔内所排出的泥浆收集后储存于预备池，并按照上述结构物掺加比例重新配置泥浆，待质量检测达设计要求后投入使用。

表1 泥浆性能指标及测试要求

3.3 钻孔及清孔施工

3.3.1 钻孔

首先保证钻孔安装位置牢固可靠，避免钻孔施工过程中可能发生的侧移，还应在钻孔前确保钻进位置准确及钻头的垂直度。在钻孔开始时待主钻杆进入到钻孔位置应通过钢丝绳将钻头吊住，保证钻进速度和位置准确，待钻进至护筒位置还应逐步加强下压，并根据所处地层地质条件和设计技术要求调整钻速：硬质土层应适当加快钻速，以保证钻进施工效果，砂质土层则应放缓钻速，防止出现坍塌。此外，对于砂质土层形式，还应在钻进施工前将纤维组织填入护筒结构内，增刚强度，保证施工效果。

钻进施工全过程中，都应将回转斗底盘闭合，放置施工地层内土体进入孔内，影响和改变泥浆比例。此外，还应根据钻机进洞速度调节钻斗的升降速度，以避免钻速不符合地层地质条件要求而影响施工效果。除考虑钻进尺寸、钻速等施工参数外，还应基于地层结构形式尺寸加强钻头选择。根据旋挖机进行斗体尺寸预估，并确保其尺寸为钻头高度的3/4，若所选钻头过大，进尺超出预定尺寸，则容易出现卡滞，引发安全事故；若钻头尺寸过小，则会无法达到设计进尺，导致重复施工和成本增加。

钻进时必须将钻锥和钻头对准孔位中心，开启钻机后通过液压传动系统钻锥叶片便会将钻孔内泥土旋挖至钻锥的钻斗内，再通过钻机掏渣手柄便能提升钻渣，通过回转装置的相应操作，便能将钻锥筒移动至相应的弃渣位置。将钻杆装置下压并使钻锥底部触销上顶后顶起叶片，弃落渣土，完成钻孔施工。将履带式钻机移至下一桩位，调整钻机对中装置并使其对准桩位中心控制点，并调整好钻杆垂直度及钻机就位后，继续开始下一钻孔施工。钻进施工过程中，还应安排技术人员检测和记录实际施工数据，确保各项参数取值均符合设计要求。

3.3.2 清孔

钻孔完成后，还应进行钻孔的清洗和检测，本工程采用换浆法进行清孔，清孔过程中必须保证孔内水位处于相对稳定状态，通过清孔以彻底清除钻渣，减少孔底沉淀层厚度，保证桩底所存留沉渣桩的承载力。下入钢筋笼后再检测孔底沉渣厚度，如果厚度超过设计技术要求，则应吊起钢筋笼，再通过旋挖钻机二次清孔，直至泥浆及孔底沉渣各项指标完全符合规范及验收标准。本工程禁止通过加深孔底深度的方式代替清孔，待泥浆相对密度达1.05 ～1.10g/cm3，含砂率不超过4%，胶体率不低于95%，pH值在8～10，沉渣厚度不大于20cm后清孔结束。

3.4 钢筋笼安装及水下混凝土浇筑

3.4.1 钢筋笼安装

本工程钢筋笼长度过长，必须分节下放、孔口焊接，将保护垫块按照2m 的竖向间距设置在钢筋笼骨架外侧。采用三点式进行钢筋笼吊装，在入孔过程中应始终保持垂直状态，并确保笼轴线重合，防止钢筋笼碰撞孔壁，如下放过程中遇阻，必须尽快查明原因，下放过程必须平稳缓和，严禁晃动和强压。吊装过程中应先将下一节钢筋笼吊挂在孔口，吊起第二节钢筋笼后与之焊接，逐节依次操作并下放，在焊接前还必须校正各节主筋位置，确保焊接后钢筋笼安装尺寸符合设计要求。

3.4.2 水下混凝土浇筑

安装好钢筋笼后尽快下放导管以进行混凝土浇筑，本工程所使用混凝土材料和易性较好，塌落度为180 ～220mm，首批混凝土浇筑数量必须能满足导管首次埋设深度和底部填充的需要，本工程导管底部与孔底距离30 ～50cm。混凝土浇筑过程应当连续，如遇问题需要暂停，则中断时间应控制在30min 以内，导管埋深应在2～5m，混凝土浇筑桩顶标高应高出设计值0.8～1.0m。此外，还应加强浇筑过程中泥浆的回收和循环利用，减少损失，节约成本。