山区公路桥梁旋挖机钻孔成桩施工技术

杨永民

（昌黎县交通运输局工程一队，河北秦皇岛 066600）

0 引言

山区高速公路桥梁建设工程中钻孔灌注桩技术应用广泛，其成桩施工过程中消耗、废弃的泥浆少、成孔时间短，对于工期紧张的工程项目，旋挖机钻孔能加快施工进度，缩短施工时间，具有高效、节能、环保等优势[1]。桩基成桩施工质量是影响桩基受力性能的关键因素，桩基受力性能直接影响公路桥梁质量和安全性能[2]。因此，对山区公路桥梁桩基采用旋挖机钻孔成桩施工需要做好相应的质量控制措施，确保项目竣工验收合格，提高使用寿命。

1 工程概况

某公路桥梁所处地段为低山丘陵地貌，地形起伏，跨山间沟谷及小河。桥位地质为粉砂岩、砂砾岩、页岩等。该桥梁工程共有桩基54 根，桩径2.0 m。引桥共有桩基120 根，其中桩径1.5 m 桩基6 根、1.6 m 桩基7 根、1.8 m 桩基32 根、2.0 m 桩基54 根、2.2 m 桩基21 根，无水中桩。地下水受地表水及降雨影响明显。施工场区内有乡级公路通往场区附近，交通条件较便利。

2 旋挖机钻孔施工特点

旋挖钻钻孔工艺在砂土、粉质土、砾岩、砂岩等岩土层中均有广泛的应用，可以满足不同地质条件基础施工的要求。在交通条件便利，施工场地满足设备自重承载力的情况下，根据不同类型的土层选择不同型号的钻头和施工方法进行桩基施工[3]。

3 旋挖机钻孔成桩施工技术要点

3.1 施工准备

旋挖机进场施工前，对施工场地采用挖掘机、自卸汽车、装载机修筑钻孔施工平台及施工便道，并在钻机就位前进行清理及挖探，保证桩基以下没有障碍物。场地经平整后必须压实，确保地基承载力。主要机械设备主要有旋挖钻机、振动棒、潜水泵、吊车、导管、钢筋套丝机、钢筋弯曲机、钢筋切割机、电焊机、装载机、挖掘机等。由于钻机自重较大，为防止便道及施工平台地基受力不均匀导致设备倾覆及塌孔事故，桩基施工平台顶部需提前设置长、宽、厚不低于600 mm×150 mm×10 mm 的钢垫板。

3.2 桩位放样

桩位放样精度偏差控制在5 mm 以内，并在桩的前、后、左、右距中心大于2 m 处分别打入定位钢筋，设置十字形护桩，用砂浆或混凝土保护，防止施工中触碰偏位，以供随时检验桩中心及钻机对中情况。

3.3 钻机就位

根据地质勘察报告所标示的岩层类型及抗压强度选取合适型号和尺寸的旋挖钻机。钻机就位前下方采用钢板支垫和调平。在钻进过程中，旋挖钻机必须锁定，防止钻机滑动移位。钻机就位后，调好钻杆垂直度，保证钻头中心与桩位中心在同一轴线上，对位偏差不大于10 mm。施工过程中，升降钻头时要平稳，不得碰撞护壁和孔壁[4]。

3.4 钢护筒的制作和埋设

钢护筒采用整体式钢制护筒，壁厚不小于6 mm，护筒内径大于桩身直径至少20 cm，护筒长3 m，在顶口和底口加焊一圈6 mm 厚、15 cm 高的加强圈，接头焊接密实、饱满。以放样定位桩桩位为基准，确定护筒的中心位置，利用挖掘机开挖至设计护筒底以上100 cm 的位置，再利用挖机将护筒击至设计标高。以控制桩桩位中心坐标为基准，测放出其他孔位中心位置。安设钢护筒时，先用全站仪进行定位安装放样，拉尺确定钢护筒圆周位置定位固定，水平仪和垂球控制好垂直度。护筒应高于地面不少于30 cm，防止杂物、渣土等落入孔内，桩位有承压水时，须确保护筒高出承压水稳定液面2 m 以上。

3.5 旋挖钻成孔

3.5.1 确定钻进方式

旋挖钻机开始钻进后需根据钻头所处不同岩层采用不同的钻进方式：①软土层钻进阶段，钻机整体负载较小，可采取高压、高钻速快速钻进；②黏土层钻进施工阶段，需连续加压，采取高转速、低负载模式钻进；③在摩擦力较大的砂层，可采取循环加压、回压钻进，在减少机器磨损的同时加快钻进速度；④在振荡地质构造工况钻进时，需采用不断加压、强行破碎的方式保证钻头钻进；⑤在较硬的砂砾层作业时，旋挖机需采用低转速持续钻进，防止采用高转速造成的钻头打滑和钻孔偏位。

3.5.2 布置泥浆池

在泥浆池布置方面，要考虑泥浆池的选位不能占用桩位，且不能影响现场正常施工流水作业和材料、机械的周转。可适当增加几个小的沉淀池，并加长循环槽，以便在清孔作业时能够有充分的空间来对清出来的泥沙进行有效沉淀。

3.5.3 成孔

旋挖钻成孔施工阶段，需要密切关注出土渣样类型，准确判断钻进土层地质类别，比对实际作业地层地质类别与设计地质剖面图纸的一致性，发现异常及时上报处理。当在钻机钻进过程中遇到强度较大的岩层时，例如钻头进入中风化砂岩层，可以采用先小尺寸钻头破碎钻进，再大尺寸钻头钻进出渣的方法对岩层逐步凿除，加快钻进速度。为防止孔壁失稳、坍孔等，钻孔须连续进行、一次成型[5]。孔位钻设完毕后，应对孔位、孔深、孔倾斜度进行检验，并及时上报监理验收，验收合格后方可终孔。在旋挖钻成孔的过程中，需要做好工作项目、钻进速度、成孔孔径、成孔深度、孔底标高等现场记录。钻孔达到预定钻孔深度后，提起钻杆，测量孔深及虚土厚度。

3.6 成孔检查及清孔

钻进至设计深度，经监理工程师验收通过后即可终孔，适当清孔后，提起钻进钻头测定成孔深度、孔径、垂直度等。测孔采用专用检孔仪，对孔深、孔径和孔倾斜度进行检测。若桩基检测反映的孔径、孔斜、孔深达不到检验标准，则需重新下钻头处理。成孔量测、验收合格后，立即开展清孔施工，采用挖斗反复捞取沉渣，将孔底残渣提出孔外。

3.7 钢筋笼骨架的制作安装

钢筋笼适用于整体生产加工，根据吊装方法放置方向明确。钢筋笼梁主筋采用直螺纹设备连接。每个横截面的连接件数量应少于50%，连接件应尽量避免超过50 cm，以确保加固主筋与竖向受力钢筋之间的连接牢固。钢筋笼的原材料应用、制作、钢筋搭接和组装应符合相关规范。钢筋笼制作加工完毕后，用专用平板车运至施工现场，并用车辆辅助拼装。为保证骨架吊装时外观无变化，对于长骨架，吊装前应对内部结构的横撑进行改进，以提高牢固度。

在起吊的情况下，首先起吊第一个吊钩，然后将两个点一起起吊。骨架与路面分离后，小钩停止提升，继续升起第二个钩。对于第二个提升点，第一个提升点的控制能力将逐渐降低，直到骨架和道路垂直。取钩子，检查骨架是否垂直。如果没有垂直，则应进行全面检查。骨架进入孔的内部结构后，应在垂直状态下缓慢下降。严禁来回摆动和触摸孔边。在骨架顶部，必须根据测得的喷嘴相对高度计算定位杆的长度，确保无误差后，必须通过电焊焊接固定杆。以在钢筋笼上绘制十字线的形式定义钢筋笼的中心点。钢筋笼的中心点应与桩位的中心点相同。平面位置误差应在5 cm 以下，底部标高偏差应在±10 cm 以内。

4 问题及防治措施

4.1 斜孔

旋挖机钻孔过程中，某处出现了斜孔问题，分析原因主要是由于该桩位下方有较大的孤石、探头石，导致钻进阶段钻机发生不均匀沉降、位移的出现。针对后续的施工，为避免斜孔问题的出现，采取了以下防治措施：①钻机安装就位阶段，按照钻机就位要求调平钻机底座；②软硬地质层交接面钻进阶段，适当降低钻进速度；③钻孔阶段发现斜孔现象，立即停止钻进，分析斜孔产生成因，并回填重钻；④钻进阶段定时检查钻进孔洞数据，及时纠正偏差。

4.2 坍孔

旋挖机钻孔过程中，某处出现了坍孔问题，分析原因主要是由于护筒埋深不足，护筒下端孔口渗漏，致使孔壁在渗漏作用下失稳坍塌；受施工振动扰动，造成孔口塌陷，引起坍孔；遇破碎地层时钻进进尺过快或钻孔遇溶洞。针对后续的施工，为避免坍孔问题的出现，采取了以下防治措施：①探明坍塌位置，将片石和黏土混合物回填到塌孔位置以上1～2 m，等回填物沉积密实后再重新成孔；②钢筋笼吊进时对准孔中心竖直插入，严禁碰撞孔壁；③待孔壁稳定后，采用低速重新钻进；④成孔后应及时浇筑混凝土。

4.3 扩孔或缩孔

旋挖机钻孔过程中，出现了扩孔或缩孔问题。扩孔的主要是由于地层土质松散、地下水较多工况下，钻头摆幅过大造成；缩孔的主要是钻锥磨损或补焊不到位、土层中不良土分布过厚造成。针对后续的施工，为避免扩孔或缩孔问题的出现，采取了以下防治措施：①孔壁局部剥离、脱落、坍塌扩孔，若不影响钻进则无须另行处理，若孔影响钻进、钻孔无法达到设计深度，须按坍孔处理；②钻进阶段及时修补钻头，避免钻头磨损过于严重引起缩孔；③软塑土层钻进阶段，宜适当增大钻进速度，并采用失水率小的优质泥浆，或反复上下、左右扫孔扩大孔径。

4.4 漏浆

漏浆形式及发生原因主要有以下两类情形：①由于回填层松散导致的漏浆，此类漏浆多表现为速度慢，并存在部分部位塌孔的风险；②回填层存在管道导致的漏浆，施工范围存在废弃管道，管道穿过桩位，钻孔到该位置后，浆体从管道位置流出，表现为突发漏浆现象，该情形通过增加泥浆浓度并及时补浆等办法都不能满足要求。发现漏浆时，应立即停止冲孔，立即补浆防止孔塌，并根据地质调查资料和预先计划的措施进行处理。

5 结论

综上所述，旋挖钻进工艺钻进效率高、适应性强，在软弱土、强度较低的风化岩层钻孔灌注桩施工中应用广泛。在山区公路桥梁桩基旋挖钻孔施工阶段，需要强化钻机就位、钢护筒埋设、钻进成孔等环节的质量控制，发生坍孔、斜孔、扩孔、缩孔等问题时，根据问题产生原因采取具有针对性的纠偏或处理措施，及时检查、调整钻进施工参数，保证成桩质量。