旋挖钻机在灞河特大桥桩基中的应用
2011-10-31 来源：中国鸣网
旋挖钻机进行钻孔灌注桩施工的工艺已在交通、市政工程中广泛应用，它具有适用地层范围广、成孔效率高、施工质量好、污染少、低噪音等优点，成为发展最快的新型孔桩施工方法。在适合的地层条件下，钻孔灌注桩施工采用旋挖钻机成孔能充分发挥其优势，而且，根据地层条件和孔内情况的变化，采取合理的措施，才是保证旋挖钻进顺利进行的关键。本文结合大西客运专线铁路灞河特大桥的钻孔灌注桩施工，介绍旋挖钻机在不同地质情况下采用的施工技术、质量控制措施。
1、工程概况
灞河特大桥跨越灞河、西禹高速公路、北环铁路等，全桥长25118.45米,共784跨，该桥为大西客运专线铁路的重点工程之一，下部钻孔灌注桩施工进度直接影响该桥的工期，乃至全线架梁、铺轨工期。
桥址处岩土层分布不均匀，工程性质随地貌形态的不同存在较大差异。该地段的地层包括粉质粘土层、淤泥质粘土层、圆砾层、中风化泥质砂岩层。
2、旋挖钻机施工
为确保该桥的进度要求，投入8台旋挖钻机同时施工。对于场地及地层条件不适于旋挖钻机施工的地方，采用冲击钻机施工。
2.1施工准备、钻机就位
根据设计要求合理布置施工场地，首先完成“三通一平”，钻机作业平台须换填压实，避免因钻机不均匀沉降导致设备倾斜位移甚至倾覆等事故；由于旋挖钻机履带走形频繁，尤其在雨天对道路损坏较大，故施工便道标准较高，排水措施要做好。建立临时坐标系，测量放线确定桩位。在临近既有铁路、公路施工时，应采用钢板桩防护。
2.2施工工艺
2.2.1护筒埋设
（1）护筒采用8mm厚钢板卷制而成，护筒长约1.2～2m，内径比桩径大200mm，护筒顶要高出施工水位或地下水位2.0m，并高出地面0.5m。
（ 2）在护筒的顶部要开设2个溢浆孔。在护筒上下端各焊加劲肋和吊环，以增加护筒刚度和方便灌注桩结束后起拔护筒。
（3）护筒埋设位置必须准确。精确定出桩位，复核无误后，以控制桩为基准进行护筒埋设，并且保证护筒的垂直度和水平度。护筒顶面位置偏差不得大于5cm，倾斜度偏差不得大于1%。
（4）人工开挖埋设护，护筒必须穿过淤泥质地层，并埋设于稳定土层中至少0.5m。
2.2.2转机就位
护筒埋设完成后钻机就位，调整旋挖钻机桅杆垂直，钻头中心对准桩位，对中完成后设置并锁定各项数据，钻机用缆风绳四周加固稳定。
2.2.3成孔施工
钻机就位复核后，注入泥浆经行钻孔，采用旋挖式筒式钻头钻进，通过钻斗的旋转、切削、提升、卸土和泥浆撑孔护壁，反复循环直至成孔。钻进过程中保证在提钻后液面始终高于护筒底面。钻孔完成后，用清底钻头清理孔底沉渣，完成第一次清孔，测定孔深。施工中采用泥浆护壁，应注意做到以下几点。
（1）泥浆采用膨润土及水配置，一般每1000kg水掺80kg膨润土，同时添加碳酸钠（Na2CO3）调节泥浆pH值，控制泥浆的流动性及悬浮效果。
（2）初次使用的泥浆应充分搅拌，要求搅拌时间＞2min。
（3）开钻时应轻压慢进，及时将泥浆注入孔内，平衡地层压力，并在孔壁四周形成泥浆层，保护孔壁。
（4）正常钻进时应控制进尺速度，做到轻提慢放，要求每回次不超过0.5m；遇砂层采用捞砂钻头正转进尺，反转封闭底口；遇土层采用粘土钻头，并随进尺注入泥浆保护孔壁。
（5）严格控制孔内液面高度，储浆池通过泥浆沟与钻孔相连，及时补充泥浆，施工中严禁液面低于护筒顶30cm以下。
（6）接近终孔时，应采用封底捞砂钻头钻进，减少回次进尺量（到达30cm左右），逐渐把孔底的稠泥浆掏出。达到终孔深度时，停20～30min，是泥浆中的悬浮物沉淀，用钻头捞出。
（7）清孔后泥浆粘度应控制在18～20s，含砂率＜4%，沉渣厚度≤10cm，其泥浆密度可通过试成孔后确定。
2.2.4质量控制措施
（1）桩位测量要准确，护筒埋设位置、倾斜度误差在规范要求内，钻机就位应平整，钻头对准桩位中心，钻杆垂直，若钻进过程中发生位移，要重新对中就位。
（2）钻进过程中应严格控制钻进速度，避免钻进尺度过大，造成埋钻事故。
（3）控制钻头在孔内的升降速度。升降速度过快，钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁，再加上钻斗下部产生的负压作用，导致孔壁颈缩或坍塌。钻斗升降速度应控制在0.75～0.8m/s。
（4）为防止孔壁坍塌，应确保孔内水位高出地下水位2m以上。
（5）根据不同滴着情况制备泥浆并及时补充泥浆。根据土层的变化，合理调整泥浆的性能指标，遇到易塌孔的土层，应增大泥浆的比重和粘稠度。
（6）钻孔、放置钢筋笼、下导管灌注水下混凝土各工序见要紧密配合，尽量缩短成孔及浇筑混凝土之间各工序的时间，防止孔底沉淀太多，防止持力砂岩层长时间浸水软化，降低桩的侧阻力和端阻力。
2.3不同地层施工
（1）粉质粘土层粉质粘土层在桥址范围内广泛存在，也是旋挖钻机最适合的地质之一，旋挖钻机钻进时侧阻力小，速率高，且对泥浆的要求低，局部地方采用清水甚至干孔钻进，钻头采用单底板土层钻头。粉质粘土层的施工容易控制，成孔质量好，钻进速度快，充分发挥了旋挖钻机的优势。
（2）淤泥质粘土层淤泥质粘土层强度小，胶结性差，在离孔口10m以内泥浆对孔壁的压力和支撑力较小，容易造成钻孔颈缩，影响成桩质量。通过该地层时采用双底捞砂钻头钻进，在钻进中严格控制进尺深度，并反复扫孔，预防颈缩。泥浆是淤泥质粘土层正常钻进的重要因素之一，在施工初期采用膨润土造浆，相对密度为1.05～1.10，孔内泥浆压力小，成孔效果不理想。调整泥浆配合比，将相对密度调整到1.20以上，确保了正常钻进，且小应变检测显示桩身完整，达到设计要求。
（3）圆砾层圆砾层中砾石直径达10～15cm，且密度较大，施工初期钻进过程中由于操作不当造成钻杆卡锁、断裂。经分析改进，采用短螺旋旋转头以低俗、低扭矩、先浮动后加压的方式钻进，同时更换为耐磨的合金钢斗齿，在钻进中及时检查斗齿，发现破损及时焊接修补或更换。短螺旋钻头钻进后及时换取单底板土层钻头捞取孔底沉渣，防止钻头打滑，影响钻进效果。
因为圆砾石层对钻具的损耗较大，维修、更换较为频繁，钻进速度慢，成本较高。因此在圆砾层较厚的情况下，选择冲击钻机施工，以提高效率、降低成本。
（4）中风化泥质砂岩层桩基设计的持力层为中风化泥质砂岩，该岩层强度较高且粘性较大，岩石饱和单轴抗压强度标准值变化较大。钻进中遇到岩石较硬难以钻进或打滑时，采用嵌岩筒钻钻进，同时加大钻机压力和扭矩，利用合金斗齿的切削力切削岩体。初入岩层时，应轻压慢转，待孔底不平岩面扫平后施压钻进，以防止孔斜及钻头损坏。
由于岩层粘性较大，钻齿上经常发生糊泥现象，需经常用扁铲清除，高压水泵冲洗，检查钻具是否存在焊缝开裂现象，并及时维修或更换。
3 、结语
旋挖钻机对满足灞河特大桥进度要求，成为确保架梁、铺轨工程顺利进行的重要保障。通过施工效果，充分证明了旋挖钻机应用于特大桥桩基施工具有适用地层范围广、成孔效率高、施工质量好、节能环保等优点。同时，初步摸索出一套经验和规律，如何根据地址情况、采取合理的施工技术措施、钻进参数、泥浆指标、钻头类型等以提高旋挖钻机的工效，降低施工成本。
