旋挖鉆機在灞河特大橋樁基中的應用
2011-10-31 來源：中國鳴網(wǎng)
旋挖鉆機進行鉆孔灌注樁施工的工藝已在交通、市政工程中廣泛應用，它具有適用地層范圍廣、成孔效率高、施工質量好、污染少、低噪音等優(yōu)點，成為發(fā)展最快的新型孔樁施工方法。在適合的地層條件下，鉆孔灌注樁施工采用旋挖鉆機成孔能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，而且，根據(jù)地層條件和孔內情況的變化，采取合理的措施，才是保證旋挖鉆進順利進行的關鍵。本文結合大西客運專線鐵路灞河特大橋的鉆孔灌注樁施工，介紹旋挖鉆機在不同地質情況下采用的施工技術、質量控制措施。
1、工程概況
灞河特大橋跨越灞河、西禹高速公路、北環(huán)鐵路等，全橋長25118.45米,共784跨，該橋為大西客運專線鐵路的重點工程之一，下部鉆孔灌注樁施工進度直接影響該橋的工期，乃至全線架梁、鋪軌工期。
橋址處巖土層分布不均勻，工程性質隨地貌形態(tài)的不同存在較大差異。該地段的地層包括粉質粘土層、淤泥質粘土層、圓礫層、中風化泥質砂巖層。
2、旋挖鉆機施工
為確保該橋的進度要求，投入8臺旋挖鉆機同時施工。對于場地及地層條件不適于旋挖鉆機施工的地方，采用沖擊鉆機施工。
2.1施工準備、鉆機就位
根據(jù)設計要求合理布置施工場地，首先完成“三通一平”，鉆機作業(yè)平臺須換填壓實，避免因鉆機不均勻沉降導致設備傾斜位移甚至傾覆等事故；由于旋挖鉆機履帶走形頻繁，尤其在雨天對道路損壞較大，故施工便道標準較高，排水措施要做好。建立臨時坐標系，測量放線確定樁位。在臨近既有鐵路、公路施工時，應采用鋼板樁防護。
2.2施工工藝
2.2.1護筒埋設
（1）護筒采用8mm厚鋼板卷制而成，護筒長約1.2～2m，內徑比樁徑大200mm，護筒頂要高出施工水位或地下水位2.0m，并高出地面0.5m。
（ 2）在護筒的頂部要開設2個溢漿孔。在護筒上下端各焊加勁肋和吊環(huán)，以增加護筒剛度和方便灌注樁結束后起拔護筒。
（3）護筒埋設位置必須準確。精確定出樁位，復核無誤后，以控制樁為基準進行護筒埋設，并且保證護筒的垂直度和水平度。護筒頂面位置偏差不得大于5cm，傾斜度偏差不得大于1%。
（4）人工開挖埋設護，護筒必須穿過淤泥質地層，并埋設于穩(wěn)定土層中至少0.5m。
2.2.2轉機就位
護筒埋設完成后鉆機就位，調整旋挖鉆機桅桿垂直，鉆頭中心對準樁位，對中完成后設置并鎖定各項數(shù)據(jù)，鉆機用纜風繩四周加固穩(wěn)定。
2.2.3成孔施工
鉆機就位復核后，注入泥漿經(jīng)行鉆孔，采用旋挖式筒式鉆頭鉆進，通過鉆斗的旋轉、切削、提升、卸土和泥漿撐孔護壁，反復循環(huán)直至成孔。鉆進過程中保證在提鉆后液面始終高于護筒底面。鉆孔完成后，用清底鉆頭清理孔底沉渣，完成第一次清孔，測定孔深。施工中采用泥漿護壁，應注意做到以下幾點。
（1）泥漿采用膨潤土及水配置，一般每1000kg水摻80kg膨潤土，同時添加碳酸鈉（Na2CO3）調節(jié)泥漿pH值，控制泥漿的流動性及懸浮效果。
（2）初次使用的泥漿應充分攪拌，要求攪拌時間＞2min。
（3）開鉆時應輕壓慢進，及時將泥漿注入孔內，平衡地層壓力，并在孔壁四周形成泥漿層，保護孔壁。
（4）正常鉆進時應控制進尺速度，做到輕提慢放，要求每回次不超過0.5m；遇砂層采用撈砂鉆頭正轉進尺，反轉封閉底口；遇土層采用粘土鉆頭，并隨進尺注入泥漿保護孔壁。
（5）嚴格控制孔內液面高度，儲漿池通過泥漿溝與鉆孔相連，及時補充泥漿，施工中嚴禁液面低于護筒頂30cm以下。
（6）接近終孔時，應采用封底撈砂鉆頭鉆進，減少回次進尺量（到達30cm左右），逐漸把孔底的稠泥漿掏出。達到終孔深度時，停20～30min，是泥漿中的懸浮物沉淀，用鉆頭撈出。
（7）清孔后泥漿粘度應控制在18～20s，含砂率＜4%，沉渣厚度≤10cm，其泥漿密度可通過試成孔后確定。
2.2.4質量控制措施
（1）樁位測量要準確，護筒埋設位置、傾斜度誤差在規(guī)范要求內，鉆機就位應平整，鉆頭對準樁位中心，鉆桿垂直，若鉆進過程中發(fā)生位移，要重新對中就位。
（2）鉆進過程中應嚴格控制鉆進速度，避免鉆進尺度過大，造成埋鉆事故。
（3）控制鉆頭在孔內的升降速度。升降速度過快，鉆斗外壁和孔壁之間的泥漿沖刷孔壁，再加上鉆斗下部產(chǎn)生的負壓作用，導致孔壁頸縮或坍塌。鉆斗升降速度應控制在0.75～0.8m/s。
（4）為防止孔壁坍塌，應確保孔內水位高出地下水位2m以上。
（5）根據(jù)不同滴著情況制備泥漿并及時補充泥漿。根據(jù)土層的變化，合理調整泥漿的性能指標，遇到易塌孔的土層，應增大泥漿的比重和粘稠度。
（6）鉆孔、放置鋼筋籠、下導管灌注水下混凝土各工序見要緊密配合，盡量縮短成孔及澆筑混凝土之間各工序的時間，防止孔底沉淀太多，防止持力砂巖層長時間浸水軟化，降低樁的側阻力和端阻力。
2.3不同地層施工
（1）粉質粘土層粉質粘土層在橋址范圍內廣泛存在，也是旋挖鉆機最適合的地質之一，旋挖鉆機鉆進時側阻力小，速率高，且對泥漿的要求低，局部地方采用清水甚至干孔鉆進，鉆頭采用單底板土層鉆頭。粉質粘土層的施工容易控制，成孔質量好，鉆進速度快，充分發(fā)揮了旋挖鉆機的優(yōu)勢。
（2）淤泥質粘土層淤泥質粘土層強度小，膠結性差，在離孔口10m以內泥漿對孔壁的壓力和支撐力較小，容易造成鉆孔頸縮，影響成樁質量。通過該地層時采用雙底撈砂鉆頭鉆進，在鉆進中嚴格控制進尺深度，并反復掃孔，預防頸縮。泥漿是淤泥質粘土層正常鉆進的重要因素之一，在施工初期采用膨潤土造漿，相對密度為1.05～1.10，孔內泥漿壓力小，成孔效果不理想。調整泥漿配合比，將相對密度調整到1.20以上，確保了正常鉆進，且小應變檢測顯示樁身完整，達到設計要求。
（3）圓礫層圓礫層中礫石直徑達10～15cm，且密度較大，施工初期鉆進過程中由于操作不當造成鉆桿卡鎖、斷裂。經(jīng)分析改進，采用短螺旋旋轉頭以低俗、低扭矩、先浮動后加壓的方式鉆進，同時更換為耐磨的合金鋼斗齒，在鉆進中及時檢查斗齒，發(fā)現(xiàn)破損及時焊接修補或更換。短螺旋鉆頭鉆進后及時換取單底板土層鉆頭撈取孔底沉渣，防止鉆頭打滑，影響鉆進效果。
因為圓礫石層對鉆具的損耗較大，維修、更換較為頻繁，鉆進速度慢，成本較高。因此在圓礫層較厚的情況下，選擇沖擊鉆機施工，以提高效率、降低成本。
（4）中風化泥質砂巖層樁基設計的持力層為中風化泥質砂巖，該巖層強度較高且粘性較大，巖石飽和單軸抗壓強度標準值變化較大。鉆進中遇到巖石較硬難以鉆進或打滑時，采用嵌巖筒鉆鉆進，同時加大鉆機壓力和扭矩，利用合金斗齒的切削力切削巖體。初入巖層時，應輕壓慢轉，待孔底不平巖面掃平后施壓鉆進，以防止孔斜及鉆頭損壞。
由于巖層粘性較大，鉆齒上經(jīng)常發(fā)生糊泥現(xiàn)象，需經(jīng)常用扁鏟清除，高壓水泵沖洗，檢查鉆具是否存在焊縫開裂現(xiàn)象，并及時維修或更換。
3 、結語
旋挖鉆機對滿足灞河特大橋進度要求，成為確保架梁、鋪軌工程順利進行的重要保障。通過施工效果，充分證明了旋挖鉆機應用于特大橋樁基施工具有適用地層范圍廣、成孔效率高、施工質量好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。同時，初步摸索出一套經(jīng)驗和規(guī)律，如何根據(jù)地址情況、采取合理的施工技術措施、鉆進參數(shù)、泥漿指標、鉆頭類型等以提高旋挖鉆機的工效，降低施工成本。
