旋挖钻机在高速公路桩基施工中的应用

摘要：与传统的循环钻机和冲击钻机施工技术相比，旋挖钻机施工技术优势明显，但是在实际应用过程中仍存在技术重难点。文章以广西松旺至铁山港东岸高速公路为例，对旋挖钻机的工艺优势及其在公路工程桩基施工中的应用进行探讨。结果表明，旋挖钻机在桩基施工中的应用能大大缩短桥梁施工工期及加快桥梁下构施工进度，降低施工费用，并大幅度提升施工效率。

關键词：旋挖钻机;公路工程;桩基施工

中图分类号：U416文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 044

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0167 - 03

0 引言

旋挖钻机桩基施工在公路施工中的应用日益广泛，与传统的循环钻机和冲击钻机施工技术相比，旋挖钻机施工技术优势明显，但是在实际应用过程中仍存在技术重难点。本文以广西松旺至铁山港东岸高速公路为例，对旋挖钻机的工艺优势及其在公路工程桩基施工中的应用进行探讨。

1 旋挖钻机施工技术概述

由于旋挖钻机具有工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少等众多优点，考虑到广西松旺至铁山港东岸高速公路前期受征地拆迁影响耽误施工时间较多，为满足总体施工进度计划的要求，在结合本项目桥梁实际地质情况下，对全线26座桥梁采用3台旋挖钻机分段进行了桩基础施工。全线桥梁桩基总数为514根，平均每天成孔6根，每根成孔时间约为4～5 h，3个月内完成了全部桩基施工作业，为桥梁下构工作面的大面积展开创造了良好条件，有效缩短了施工工期。已完成施工的桩基成品质量经第三方检测机构检测，全部满足公路工程质量检验评定标准要求。

旋挖钻机桩基成孔施工工艺自动化程度高，其主要借助桅杆垂直度进行自动性调节，在钻杆和钻头的自重下推进钻头与钻杆的旋转，进行土层或软石切割后再利用钻机回旋斗将土屑和石屑取出，桩基成孔完成。旋挖钻机桩基施工工艺具有以下特点：

（1）成孔快速，质量有保障

旋挖钻机能够精确地进行钻孔垂直度与挖深度的矫正，在桩基施工成桩质量得以保障的基础上，利用液压驱动，并借助钻机自身的机械扭矩加快施工和成孔速度，提升桩基灌注质量，对于广西松旺至铁山港东岸高速公路40 m深度及以下的桩基，成孔时间仅为4～5 h。

（2）对复杂地形适应性强

旋挖钻机桩基成孔施工工艺对于粉质黏土、沙土、河滩卵砾石及淤泥等特殊地质也较为适用。旋挖钻机机动灵活且桩位更换便利，成桩后其护壁上所形成的螺旋持力带能为接下来的水下混凝土灌注预留出足够的时间。旋挖钻机采用大扭矩液压顶驱动力头及伸缩式钻杆，保证了无泥浆循环钻孔施工的实现，作业时间大大节省，而且面对不同的地层，可以进行钻斗的恰当选择[1]。对于黏性较大地层，容易发生糊钻现象，降低钻进效率;而对于砂型地层，尤其是泥浆比重不恰当时很容易引发塌孔。而使用旋挖钻机成孔，通过调整钻斗形式和泥浆比重，便可有效解决上述问题。

（3）施工扰动小

旋挖钻机桩基成孔施工工艺对地层扰动小，噪声低，无泥浆循环，机械移动方便，桩孔内仅产生少量沉渣，成孔泥浆接近孔身体积，孔壁泥皮较薄，能充分发挥桩侧摩阻力。

2 旋挖钻机在公路桩基施工中的应用

2.1工程概况

广西松旺至铁山港东岸高速公路起点位于博白县松旺镇，终点位于合浦县白沙镇，分别与玉林至铁山港高速公路、合浦至山口高速公路对接。高速公路路线范围内地势呈南低北高态势，地貌单元主要包括剥蚀丘陵、剥蚀残丘准平原和河流堆积阶地地貌三种类型。工程区海拔在30～100 m，局部区域海拔>150 m，自然坡度为20°～45°，第四系黏土、淤泥质黏土覆盖层厚度较大，砂岩、粉砂岩和页岩等下浮基岩发育，地表积水严重，地形起伏大，岩土组合边坡稳定性良好。

2.2 关键性施工工艺

广西松旺至铁山港东岸高速公路旋挖钻机桩基施工工艺流程详见图1。

2.2.1 埋设护筒

本工程采用δ=6mm钢板进行钻孔用护筒制作，护筒长2m，直径比桩径设计值大20 cm，护筒底端比地下水位高出2.0m，比地面高出35 cm，确保护筒中心线和成桩中心线重合[1]。平面允许误差≤45 mm;竖直线允许误差≤1.2%;护筒埋深1～2 m，并确保其埋设的竖直度;顶面中心和桩位中心误差≤1.5 cm;倾斜度≤1%。

2.2.2 泥浆护壁

护壁泥浆必须具有水化快、造浆能力强、黏性大等性能特征。护壁泥浆胶体率≥92%，含砂率≥3.5%，造浆能力≥3.0 L/kg，塑性指数>18，粒径>0.1 rrrn的颗粒含量<5.5%。护壁泥浆材料选择的配比为水：膨润土：碱：CMC=1：0.1：0.01：0.001，并同时符合表1所示性能要求。

2.2.3钻孔施工

旋挖钻机开钻前应进行各类机具设备状态、泥浆制备情况及水电管路畅通程度的检查。在正式钻进开始后，先启动泥浆泵，进行泥浆配置，钻头着地后旋转开钻，借助钻头自身的重量逐步加压钻进，旋转挤压钻头确保钻头中充满泥浆后提钻补充泥浆并保持水头后钻进。提出钻头，倾泻出钻头内泥沙并关闭钻头阀门，将其转回钻进位置，固定旋转体上端，降落钻头，继续钻进。结束钻孔后，首次清除孔底沉渣，应保持钻孔的持续进行。如遇特殊原因需要停钻，必须在孔口覆盖防护罩，同时应将钻头提出钻孔，防止埋钻事故的发生[2]。如继续钻进，则孔内泥浆高度、比重、黏度等必须达到要求[2]。旋挖钻机钻进前，应当绘制孔位地质坡面，并以此作为不同地层钻头选择、钻压、转速及泥浆比重确定的重要依据。钻进过程中应时刻注意土层变化，如遇土层变化应选取渣样进行土层鉴别，详细记录后将其与设计地层进行核对。根据旋挖钻机的钻进情况，进行损耗及漏失浆液的及时补充，确保浆液始终比孔外水位和地下水位高出1.5～2.0m，以确保钻孔过程中浆液的浓度，有效预防塌孔和锁孔等事故的发生。在旋挖钻进的过程中，采用检孔器随时检查钻孔情况，预防弯孔等事故的发生。一旦钻孔与设计标高的距离达到1.0 m，需要加强对钻进速度和深度的控制，预防超钻事故的发生，同时通过地质资料的核实判断钻进是否达到设计持力层。待钻孔深度达到设计要求，必须彻底检查孔深、孔径和孔形[3]，在清孔前保证钻孔达到设计要求。

2.2.4 清孔

广西松旺至铁山港东岸高速公路旋挖钻机桩基施工清孔实施步骤如下：待钻孔深度达到设计要求时开始清孔，防止间隔时间过长而导致沉渣沉淀，加大清孔难度。采用捞渣法[3]清孔，待钻孔满足设计标高要求后，慢速取出并取下钻头换上捞渣桶，将孔洞内沉渣全部捞出，同时注入相对密度为0. 05 g/cm3、黏度为19 Pa.s、含砂率<2%的净化泥浆，切忌用加深孔底代替清孔。捞渣清孔过程中，应始终保持孔内泥浆高度在地下水位以上左右，同时保证泥浆配比，预防塌孔的发生。待泥浆捞出后，孔底、孔中和孔口泥浆测试均值应与净化泥浆接近，待所测量孔底的沉渣厚度小于等于设计要求时，停止清孔，并下放钢筋笼，按照常规钻孔灌注桩施工要求进行水下混凝土的灌注[4]。

2.3 旋挖钻机桩基施工中的重点与难点

2.3.1 泥浆密度及用量控制

广西松旺至铁山港东岸高速公路旋挖钻机桩基施工中使用泥浆密度为1. 15～1. 25 g/cm3，其黏度可以达到30 Pa.s，具有良好的流动性，并结合施工现场地质条件和结构层次的实际情况，加强泥浆浓度的调节与控制，以便适应施工地质的实际情况。

2.3.2 塌孔的处理

旋挖钻机钻进施工的过程中，如果遭遇小范围塌孔但塌孔趋势并无明显扩大时，可以暂不处理;如若塌孔范围较大或出现明显的塌孔扩大趋势，应立即停止钻进，重新回填后再继续钻进施工。对地层中夹有浅层砂砾层的情况，采取埋置钢护筒穿透至砂砾层底部的方法，然后再进行钻孔，可有效避免塌孔，加快施工进度。此外，旋挖钻进时如果回旋斗提升速度过快或者遭遇地下水，则必须暂停钻进，待塌孔泥土取出并重新加入新鲜泥浆，调整孔洞内泥浆配合比后再继续钻孔施工。在旋挖钻进过程中，如发现孔内产生大量气泡或孔内水位变动剧烈，则必须立即停钻，采取有效措施解决后再恢复施工。

2.3.3 不利地质原因引发的突发情况

旋挖钻机桩基施工中遇到花岗岩、玄武岩及大而硬的块石时，势必对钻进工作造成不利影响，此时如果单纯采取强硬手段，会导致设备损坏、钻头报废。因此应该考虑改变钻进工艺，改用冲击钻，先利用吸泥機吸收掉孔洞内富余的泥浆，有效减轻钻头的缓冲阻力，提升其冲击力，合理利用钻头有效冲程和冲击次数。与旋挖钻机桩基施工相比，冲击钻施工效率较劣，待花岗岩、玄武岩及大而硬的块石地层地段穿透施工结束后，即可改回旋挖钻机施工[5]。

旋挖钻机桩基施工就位快速，机动性强，更换便捷，广西松旺至铁山港东岸高速公路桩基施工应充分利用其技术优势，结合工程地质条件，灵活选择应对策略，从而确保施工过程中各类突发情况的有效解决。

2.3.4 钢筋笼的安装

在安装钢筋笼之前必须彻底检查钢筋笼可能出现形变的部位，如遇弯曲和逆转等初期形变，必须采取有效措施矫正回位后才能使用。钢筋笼安装之前必须重新测量，精准定位，防止偏位的发生，之后缓缓下放，防止对护壁的破坏。在钢筋笼下放过程中还必须充分考虑钢筋笼保护层的厚度，保护层厚度与其吊装质量有关，而其吊装质量又直接关系着灌注桩的施工质量。

2.3.5 水下混凝土的灌注

导管质量和水密性等各项参数均应符合设计规范，导管埋深保持在5～8 m，同时严格控制混凝土配比，骨料形状和粒径等均应达到要求，并采取有效措施预防混凝土灌注桩浇筑过程中可能出现的导管堵塞现象。水下混凝土灌注过程应确保连续，如遇突发事件确需暂停，则应尽可能缩短暂停时间;一旦暂停时间超过混凝土的初凝时间，则将导致导管凝固难以拔除，引发断桩等质量事故。在水下混凝土灌注的过程中，如果出现钢筋笼上浮现象，则应立即减缓混凝土灌注速率，加快导管提升，直至钢筋笼达到设计标高，再继续混凝土灌注过程。

3 结语

与循环钻机和冲击钻机相比，旋挖钻机在广西松旺至铁山港东岸高速公路桩基施工中的应用大大缩短了施工工期，对于单根长度为40 m的钻孔桩，旋挖钻机施工比循环钻机施工节约30 h。钻孔过程中所捞出的钻渣能直接通过装载机的配合运出施工场地，施工场貌和环保要求都能够达标。此外，旋挖钻机的履带式机械结构很少受制于施工场地的地形地貌，使机械倒运时间有效缩短，施工成本降低。本文所提出的旋挖钻机在广西松旺至铁山港东岸高速公路桩基施工中的应用实践对类似工程具有一定的参考借鉴作用。

参考文献

[1]邹正明，夏东华.旋挖钻机在亳阜高速公路桩基施工中的应用[J].山西建筑，2007（6）：104 -105.

[2]王进，何冰.浅谈旋挖钻桩基施工在KKH二期工程中的应用[J].价值工程，201 7，36（23）：107-108.

[3]韩冰.超长大直径桩基施工中的旋挖钻机成孔技术[J].交通世界，2019（8）：110 - 112.

[4]王虎.旋挖钻机在城市高架桥桩基施工中的应用[J].中国战略新兴产业，2018（40）：244，246.

[5]邹明辉，甘轼.桥梁桩基工程中旋挖钻机施工工艺研究[J].交通世界，2018（23）：140 - 141.

作者简介：陈建荣（1986-），工程师，主要从事公路施工监理工作。