渝湘复线高速公路建设中的旋挖钻成孔施工技术

2022-08-15蒋波

交通世界 2022年19期

蒋波

（深圳高速工程顾问有限公司，广东深圳 518034）

1 旋挖钻关键技术分析

旋挖钻成孔工艺在公路、桥梁、市政建设以及高层建筑等地基基础工程施工中得到了广泛应用。在开展作业时可以使用各类型的钻具，包括干式（短螺旋）、湿式（回转斗）、岩层（岩芯钻）等。旋挖钻成孔施工流程较为完善，对施工过程中遇到的问题有全面的解决措施和成熟的经验，实际使用效果突出。

2 旋挖钻使用中的问题分析

虽然旋挖钻施工工艺比较先进，但在施工中难免会出现其他方面的问题。为保证施工正常进行，有必要进一步分析其应用中遇到的问题，以便提供相应的解决措施。

2.1 护筒冒水

施工中，旋挖钻会出现护筒外壁冒水问题。如果情况严重甚至会造成护筒倾斜、地基沉陷等问题，进而影响桩孔的精准性，存在偏斜，影响施工顺利进行。根据施工的具体情况判断，护筒冒水主要有三个原因：①在埋设护筒时，周边的土壤密实度没有达到要求；②护筒的水位差太大；③钻头工作时发生碰撞。

2.2 桩孔问题

桩孔问题常给施工人员造成很大困扰，主要有以下三种情况：①孔壁坍塌，主要由于土质疏松、泥浆护壁不良、护壁埋设不好、筒内水位不高、钻头钻进过快等原因导致；②钻孔局部缩颈。该现象是因为泥浆性能欠佳、失水量比较大以及邻桩施工间距不当等；③孔桩偏移和偏斜，主要因素是构架不稳和护筒埋设偏斜等。

2.3 孔底沉渣过多

孔底沉渣过多是指孔底遗留下很多泥沙。造成沉渣过多的原因主要有两方面：①清孔不彻底，即清孔时没有对桩孔进行全面处理，导致残留很多泥沙；②孔壁泥沙发生坍落，沉积在孔底。

3 高速公路建设中的旋挖钻成孔施工技术

3.1 工程概况

渝湘复线高速黄草乌江特大桥位于重庆市武隆区江口镇黄草村，为跨越乌江、连接花园隧道与黄草隧道而设。结合地形、地貌等情况，下部结构采用圆柱墩+系梁+圆形截面桩基础、矩形墩+承台+圆形截面桩基础、空心薄壁墩+承台+圆形截面桩基础，0#台为肋板式桥台，34#台为重力式桥台。

黄草乌江特大桥下部桩基结构均采用圆形截面，桩基为244 根。其中左幅0#～10#、27#墩，右幅0#～10#、12#、右幅20#～25#，27#墩桩基拟采用旋挖钻成孔方式，共计100 根，桩基直径为1.5～2.8m，桩长20～36m。

3.2 水文地质条件

桥位区地下水主要为第四系孔隙水和基岩风化岩溶裂隙水。

（1）第四系孔隙水。主要受大气降雨补给，径流途径短，大气降雨以面流的形式沿斜坡临空面向低洼处排泄。桥位区地下水排泄条件好，场地土体厚度0.20～2.80m，主要为黏土夹碎块石，局部为素填土，属弱透水层。槽谷孔隙水无蓄水条件，地下水贫乏。

（2）基岩风化裂隙水。基岩裂隙水主要分布在基岩地层中，浅层基岩风化裂隙较发育，雨季存在少量地下水，主要向低洼处排泄和蒸发排泄。由于区域岩溶发育，地表水渗入地下暗河向东排泄至乌江，裂隙溶蚀水蓄水条件差，地下水不易形成，桥区地下水埋藏较深，勘察期间钻孔HCQZK58 揭露有地下水，稳定水位为215.24m。

3.3 施工方法

本桥机械钻孔桩桩基有五种类型，其直径分别为1.5m、1.8m、2.2m、2.5m、2.8m，基桩长度范围在20～36m。工程区分布地层主要由第四系全新统人工填土层、残坡积粉质黏土及奥陶系下统桐梓组灰岩、寒武系上统毛田组白云质灰岩，地层岩性主要为白云岩和灰岩。本桥机械钻孔桩基础采用旋挖钻成孔，按灌注水下混凝土工艺灌桩。

3.4 工艺流程

旋挖钻干成孔灌注水下混凝土工艺流程为：测量定位→钻机就位→初步钻进→安装护筒→正式钻进→成孔清孔→安放钢筋笼→安放导管→灌注混凝土→检测。

3.5 埋设护筒

规范要求钢护筒内径至少大于桩径200mm，因此桩径1.5m 时取护筒内径1.7m，桩径1.8m 时取2.0m，其他桩径以此类推。为保证卷筒接缝无漏洞、足够圆润，应采取1cm 厚的钢板制作钢护筒，使用卷板机使其成型。此外，为提升护筒的强度，在焊接缝隙与护筒底部加装钢带。钢护筒每节需要加工2～3m，使用双面焊技术焊接，起到防水作用，埋置护筒的深度不应超过4m，更不能低于2m，护筒周围及底部使用黏质土填实，避免底部漏浆；在水中下护筒时要借助导向架找到位置，切记确保倾斜度的精确，护筒接长连接处要保证焊接质量，焊接连接处的内壁应无突出物，耐拉、耐压且不漏水[1]。

护筒顶部必须高出地面超过0.5m 的距离，中心点偏差应小于5cm，在加工厂完成钢护筒的制作后，经过各项检查确认合格后再通过平板车运至指定位置，在钻进时要时刻注意护筒位置，避免出现偏移与沉降，若出现则第一时间采取措施补救处理。

3.6 钻孔机就位

钻孔机就位时应提前确认钻孔机运行状态的稳定性，确保钻孔机能够正常作业。钻孔桩施工前应进行场地平整、硬化，使旋挖钻孔机所处地基稳固。必要时，场地平整后在钻孔机下铺设10mm 钢板，杜绝因地基不稳造成的钻孔机倾覆。钻孔机就位及作业基本要求如下：

（1）确定钻孔机位置，并使用可去除的方式做好标记。

（2）确定好位置后将钻孔机移到指定位置，不可再次移动。

（3）调整钻头，使其中心线与桩位中心对齐，借助钻孔机自带功能调整好桅杆等辅助部件的垂直度，随后锁定不再改变。

（4）开始进行钻孔，钻孔时先慢速启动，随后加快，刚启动时一次进尺长度不高于0.5m，同时确认地层情况，在进尺约5m 后开启正常钻进流程，可适当增加一次进尺长度，不超过1m即可。

3.7 清孔及检孔注意事项

（1）在终孔检查后马上开展孔洞清理工作，应在原深度开空转10min清理杂土，随后停止。

（2）注意在清土过程中严禁再深入钻进，提钻头时要干脆利落。

（3）清孔后用测绳检测孔深。用笼式探孔器检查孔径及孔形。桩孔倾斜度测量见图1。

图1 桩孔倾斜度测量

3.8 钢筋笼制作注意事项

（1）钢筋笼在钢筋加工厂分节进行制作，根据施工现场吊装能力将钢筋笼每节长度定为9m，采用平板车运输钢筋笼至现场，运输过程中采取绳索捆绑或插杆围挡方式加固，以防钢筋笼发生较大变形。施工时用汽车吊提入桩孔内，钢筋笼接长操作在现场使用顺丝套筒操作[2]。

（2）使用套筒衔接主筋，套筒连接处按照要求摆放，一个截面内主筋横截面积应不大于1/2。

（3）在制作钢筋笼的过程中，需要严格依据尺寸加工加强箍筋，在主筋位置形成醒目标记，并将其摆放在指定位置，然后标记加强筋的位置。通过机器或人力转动骨架，使加强筋和主筋固定在一起，把骨架放在支架上，套上盘筋，螺旋筋加装工作完成后将其绑在主筋上并进行焊接作业。

（4）存放钢筋笼时要标识明确，每隔2～3m 放置1根垫木并及时覆盖。

（5）声测管安装的钢管外径为57mm、壁厚3mm，外径70mm、壁厚6mm 的套管。声波管进入施工现场后，在装卸、搬运、安装等过程中要避免扭曲、挤压声波管体。声测管应存放在有避雨设施的场地，以免管体生锈。现场安装的声测管应先检查管体，不允许变形的声测管进入安装程序。桩径大于1.5m 的每根桩基上均匀分布4 根A57×3mm 钢管，桩径不大于1.5m 的每根桩基上均匀分布3 根A57×3mm 钢管。在钢筋笼内侧直接固定声测管，控制固定的点间距在2m 范围内，声测管底端与连接部位需要安设固定点。检验管外径A57mm，上壁必须高出基桩顶面30cm 以上，接头用A70mm 钢管焊接。下端利用钢板进行密封，确保不会漏水。浇筑混凝土之前要注满水，上口用塞子堵塞。

（6）钢筋笼采用吊车安装，钢筋笼顶部按套管顶部标高设置挂杆，挂杆根据技术交底确定。钢筋笼安装使用的是两点吊装方法。骨架下部为第一提升点，骨架长度的中点为第二提升点。应采取措施加强吊装点，确保吊装过程中钢筋笼不变形。吊装钢筋笼入孔时应对准孔中心，保持垂直，轻放慢放，入孔后缓慢放下，不可左右旋转。严禁摆动和碰撞孔壁，严禁提、落、强行向下。

3.9 安放导管注意事项

（1）导管使用专门的螺丝扣导管，内径在30cm 左右，中间部分长3m，最下部分长4m，导管必须坚硬、壁光滑、管直无凹陷。

（2）根据工作台深度等因素确定导管长度，漏斗底至钻孔上扣段比较适合使用非标准节导管。

（3）吊车吊起导管，配合人工安装，必要时上手扶稳，确保导管对准钢筋笼中心。下放时必须垂直、慢放，避免撞到钢筋笼。下放时要记录下放节数，下放到孔底后，必须将实际长度与理论长度进行对比，确保两者一致[3]。

（4）导管下放完毕后，经检查确认无问题即可轻松提起，保证其底口与孔底距离小于0.5m，且位置必须在钻孔中心位置。

（5）安装导管时应按照节数量好长度，按照顺序编号记录，有助于在灌装混凝土时控制管深度。还要注意观察橡皮圈位置是否正确、导管两头丝扣是否破损，避免灌装过程中出现进水等现象[4]。

（6）明确导管高度后，通过枕木调节导管卡盘高度，并用卡盘卡住导管。

3.10 混凝土灌注

（1）开展混凝土浇筑作业之前，要确保首车混凝土的坍落度、模温、含气量、膨胀度等参数符合施工要求。

（2）混凝土从花园隧道口1 号搅拌站用罐车运至现场后，用吊车吊起储存料斗浇筑。

（3）浇筑前应确保混凝土输送管和料斗湿润，但禁止存在清水积水。浇筑过程中，混凝土由运输车的溜槽直接灌入料斗。

（4）第一批混凝土浇筑完成后，将导管埋深控制在1m以上，但不能超过3m。

（5）封底后应采取措施防止浇筑时杂物落入孔内。

（6）提升导管的过程中要保证轴线的垂直度，位置居中，缓缓提升，避免钢筋笼钩在导管连接处。

（7）混凝土浇筑速度应维持匀速，加强浇筑量的检查工作，从而保证实测浇筑高度与设计标准相符。

（8）如果浇筑时导管内混凝土不满足，需要管控好后续混凝土的浇筑速度，防止导管内形成高压气囊，进而导致导管密封破坏和飞物伤人。

（9）浇筑过程中导管慢慢升降，注意混凝土中不能存在孔洞或卷入顶部浮渣。

（10）浇筑时，加强对探孔内混凝土面高程的测量，以便合理调节导管埋深。埋深具体控制范围为2～6m，最小埋深始终应控制在1m以上。

（11）混凝土表面开始接近并进入钢骨架时，导管底口应位于钢笼底口3m 以下、1m 以上，并降低浇筑速度，从而降低混凝土从导管底口出来后向上的冲击力。

（12）孔内混凝土进入钢骨架4～5m 时，合理抬升导管，减小导管埋长，以增加导管口以下骨架埋深，进而增强混凝土对钢骨架的抓地力。

（13）最后一批水下混凝土浇筑提升导管时，应控制速度，缓慢拔出。

（14）浇筑结束后检查混凝土浇筑量，保证混凝土浇筑高度满足标准。干作业成孔灌注桩严格按照导管法干孔浇筑。混凝土桩顶4m 范围内用50 型插入式振捣器振捣，振捣均匀，不得渗漏，不得振动过大，以保证桩顶范围内混凝土的密实度[5]。灌注后桩顶标高应高于设计标高0.1m，浇筑后对顶部混凝土进行灌溉养护。

钻孔灌注桩混凝土由搅拌站集中搅拌。钻孔桩钢筋笼就位后将导管沉至孔底，再将导管升至距孔底约30～40cm 的高度，准备灌注混凝土。浇筑完第一批混凝土后，将混凝土连续送入料斗，待导管埋深2～6m后，根据具体情况拆除1～2 根导管，如此循环进行，直至混凝土面高出设计桩顶标高0.1m 为止。在浇筑过程中安排专人使用测量绳测量孔深，掌握好混凝土面上升高度，全面记录混凝土浇筑过程，导管埋深控制范围在2～6m，防止由于导管埋深过深、部分混凝土初凝导致管无法上提，或管埋得过浅、空旷，导致断桩问题。