2021-12-16 1986 0
【摘 要】旋挖鉆是一種樁基施工機械，機械化和智能化程高，行走移動靈活，安裝對位簡單；配合不同的鉆頭和施工工藝，可實現(xiàn)對不同地層的成孔作業(yè)，適用性強；鉆孔速度快，施工效率高；作業(yè)時污染少、振動少、噪聲小，節(jié)能環(huán)保，施工造價較低，經(jīng)濟可靠。本文結(jié)合陡步河支流橋大橋施工，對旋挖鉆在卵石層中的施工進行簡單探討，以期為同類型樁基施工提供參考。
一、前言
目前，旋挖鉆機廣泛應(yīng)該于道路、橋梁、碼頭、高層建筑等地基基礎(chǔ)施工，是大直徑、深樁基工程的首選。旋挖鉆機可配備多種鉆頭，最大鉆孔直徑可達(dá)3米，最深可達(dá)120米，最大鉆孔扭矩可達(dá)620knm。
隨著旋挖鉆機近年來在我國大力的推廣與應(yīng)用，在國內(nèi)樁基工程施工中，旋挖鉆機在越來越多的建設(shè)項目上被指定選用。旋挖鉆機雖然有這么多的優(yōu)點，但是就目前國內(nèi)的旋挖鉆而言針對卵石地層如果沒有正確的施工方法，那么旋挖鉆并不會比傳統(tǒng)的沖擊鉆有任何優(yōu)勢。旋挖鉆施工關(guān)鍵在于采用什么機型、使用什么鉆具，如何選用正確的施工方法。因此，以陡步河支流橋大橋為依托，對旋挖鉆在卵石層中的施工方案進行研究。就本工程而言，旋挖鉆不僅在確保工程質(zhì)量和降低工程成本上具有十分重要的作用，同時，如能對旋挖鉆的施工總結(jié)出一套較為合理的施工方案，對公司今后的類似工程必將起到良好的借鑒和指導(dǎo)作用。
二、施工原理
旋挖鉆機是一種多功能、高效率的灌注樁樁孔的成孔設(shè)備，可以實現(xiàn)桅桿垂直的自動調(diào)節(jié)和鉆孔深度的計量；針對不同地層，旋挖鉆配合不同類型的鉆頭，利用鉆桿（鉆桿為多節(jié)可伸縮結(jié)構(gòu)）和鉆頭的旋轉(zhuǎn)，以鉆頭自重并加液壓作為鉆進壓力，通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、鉆進、提升、卸渣，反復(fù)循環(huán)而成孔。
對于強度不高的地層，旋挖鉆機依靠鉆桿和鉆頭自重及鉆桿旋轉(zhuǎn)時斗齒切入土石層，斜向斗齒在鉆頭回轉(zhuǎn)時切下土石塊并向撈沙斗內(nèi)推進而完成鉆取土；若遇強度較大的巖石時，旋挖鉆可配其它鉆頭先通過加壓油缸對鉆桿加壓，強行將斗齒切入巖石中，將巖石擊碎，然后再更換撈沙斗，旋挖鉆配撈沙斗通過動力頭轉(zhuǎn)動底門鑲嵌斗齒的桶式鉆斗切削巖土，并將原狀巖土裝入鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機卷揚機和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計深度。
三、施工工藝流程及操作要點
3.1 工藝流程示意圖
3.2 施工要點
3.2.1 水文地質(zhì)研究
根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔揭露，橋位區(qū)7.00m以上為稍密-中密卵石，7.00～19.00為強風(fēng)化、19.00-53.70m為中風(fēng)化泥巖，53.70～65.70m為中風(fēng)化砂巖，65.70～90.70m以深為中風(fēng)化泥巖，巖層產(chǎn)狀為290°∠45°。場地地下水以卵石層中孔隙潛水為主，卵石透水性好，水量豐富。
3.2.2 旋挖鉆機選型
（1）鉆機選型
針對本工程的樁基的樁徑較大，以及現(xiàn)場多種地層地質(zhì)情況，一般的旋挖鉆無法完成鉆孔工作，因此通過比選，最終選擇了三一重工的SR360型旋挖鉆機。
（2）鉆桿參數(shù)
鉆桿采用機鎖鉆桿（φ580件套），長度為4*17m。
（3）鉆具參數(shù)
采用七種鉆頭，分別為φ2.5m筒鉆及嵌巖雙底撈砂鉆斗（配截齒鉆）、φ2.5m撈砂鉆斗（配鏟齒）、φ1.8m撈砂鉆斗（配鏟齒）、φ1m筒鉆（配截齒鉆）、φ1.8m筒鉆（配截齒鉆）、φ2m筒鉆（配牙輪鉆）。
3.2.3 場地平整
旋挖鉆施工要求場地基礎(chǔ)平整、堅實，設(shè)備作業(yè)無障礙，維修、清運渣上作業(yè)與鉆孔作業(yè)互不干涉。同時準(zhǔn)備一定數(shù)量的鋼板以便視現(xiàn)場施工地質(zhì)的實際情況進行鋪墊，以保證整個施工過程鉆機平整牢固。
3.2.4 測量放樣
采用全站儀，根據(jù)圖紙，放出樁位，在設(shè)出的樁位處釘上鋼筋，并在四周以樁位鋼筋棍為中心都釘上鋼筋，并做好保護。
3.2.5 鉆機就位
鉆機就位時，要事先檢查鉆機的性能狀態(tài)是否良好，保證鉆機工作正常。
旋挖鉆機開到施工位置，根據(jù)加壓需要、孔深及卸土方便性確定鉆機的變幅所在位置、底盤的前傾或后傾，調(diào)整桅桿角度，操作卷揚機，將鉆頭中心與鉆孔中心對準(zhǔn)，調(diào)整鉆機垂直度參數(shù)，使鉆桿垂直，同時稍微提升鉆具，確保鉆頭環(huán)刀自由浮動。來回轉(zhuǎn)動鉆機，檢查施工過程有無干涉（回轉(zhuǎn)干涉、與運鉆渣車干涉），取護筒是否方便，取換鉆頭是否方便。根據(jù)地質(zhì)判斷施工中可能會遇到的事故，如果有事故，處理是否方便?？傊?，設(shè)備就位時要考慮施工有效性，施工方便性，事故處理可行性等問題。
同時液壓多功能旋挖鉆機安裝必須穩(wěn)定，平臺上采取必要的鉆機固定措施，確保鉆進過程中鉆機不移位。鉆機就位時與平面最大傾角不超過4°。
鉆機在鉆孔前，使用全站儀或經(jīng)緯儀對桅桿角度進行調(diào)整，鉆機操作手根據(jù)調(diào)整后電子顯示屏中的數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)的誤差，在后面施工中進行調(diào)整，以確保鉆機的垂直度。
3.2.6 埋設(shè)鋼護筒
在準(zhǔn)確放樣的前提下埋設(shè)護筒，應(yīng)符合埋設(shè)護筒的方法和要求，本工程鉆孔是在陸地上進行的，一般采用挖坑法，比較簡單易行。
鋼護筒埋設(shè)工作是旋挖鉆機施工的開端，鋼護筒平面位置與垂直度應(yīng)準(zhǔn)確，鋼護筒周圍和護筒底腳應(yīng)緊密，不透水。
本工程樁基礎(chǔ)表層有5～7米的卵石層為嚴(yán)重透水地層，若使用挖機開挖后再埋置護筒則容易出現(xiàn)護筒坍塌的問題，因為挖機開挖的尺寸較大。因此，本工程使用旋挖鉆配2.5米的鉆頭直接擴孔開挖孔洞（擴為3米直徑的孔洞），然后埋置2.8米的鋼護筒，護筒長度為3米。
護筒埋設(shè)完成后，保證其平面位置偏差不大于50mm，傾斜度不大于1%。護筒上口高出地面不少于0.3m，高出地面的目的一是可防地面雜物及人落入孔內(nèi)，二是當(dāng)刃腳穿孔時可跟進護筒。
3.2.7 泥漿制備
由于旋挖鉆成孔不易形成泥皮，護壁性相對較差，容易縮徑、塌孔。因此，旋挖鉆成孔對泥漿配制要求相對要高?！ ?/p>
泥漿采用水、膨潤土、純堿以及羧甲纖維素（CMC）混合而制，在泥漿池中用攪漿機將泥漿攪拌好后，泵入孔內(nèi)，旋挖鉆均勻緩慢鉆進，泥漿起到護壁的作用。
泥漿配制比例為：水：膨潤土：纖維素：純堿=1000：（60～80）：（1～1.5）：（2～2.5），配制的泥漿性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)：造漿能力不低于2.5L/kg，制成的泥漿含砂率不大于4%，膠體率不低于95%，控制粘度在26s～32s，比重1.08～1.12，PH值大于8小于11。
3.2.8施工難點
由于本工程的地質(zhì)層中卵石層比較厚，若施工不合理容易出現(xiàn)護筒坍塌的現(xiàn)象。
因此，施工前要仔細(xì)考慮如下情況：如何有效鉆進，如何高效鉆進，如何預(yù)防施工事故，如何處理施工事故，如何操作，選用何種鉆頭，如何根據(jù)地層改造鉆頭，如何利用泥漿和護筒等等。
3.2.9鉆孔方法
鉆進過程中，通過電子控制（鉆機配備電子控制顯示系統(tǒng)）和人工觀察兩個方面來保證鉆桿的垂直度，從而保證成孔的垂直度。同時通過深度計數(shù)器控制鉆孔深度。當(dāng)旋挖斗鉆頭順時針旋轉(zhuǎn)鉆進時，底板的切削板和筒體翻板的后邊對齊。鉆屑進入筒體，裝滿一斗后（一般裝滿斗體2/3較合適，較多易發(fā)生埋鉆、糊鉆事故，較少則不利進度及成本），鉆頭逆時針旋轉(zhuǎn)，底板由定位塊定位并封死底部的開口，之后，提升鉆頭到地面卸土。
開始鉆進時采用低速鉆進，主卷揚機鋼絲繩承擔(dān)不低于鉆桿、鉆具重量之和的20%，以保證孔位不產(chǎn)生偏差。鉆進護筒底以下3m后可以提高鉆進速度。
鉆頭是旋挖鉆機所用的鉆具，鉆具有缺陷，即使具有優(yōu)越性能的鉆機也發(fā)揮不出作用，直接影響效益，增加部件磨損及各項消耗，從而提高生產(chǎn)成本。因此，鉆進過程中注意觀察不同地層鉆進的方法以及考慮是否可以更換鉆頭。
在卵石層鉆進中，本工程選用2.5米的鏟齒撈砂斗，配合使用2.5米的截齒嵌巖撈砂斗，不過由于鏟齒的切入面積比較大，因此使用鏟齒更利于施工。
鉆進過程中應(yīng)每隔一定時間測量進度，并作好記錄，填寫鉆孔記錄表，同時注意記錄機械設(shè)備損壞等情況。
3.2.10施工特點
（1）卵石層施工，護筒四周必須夯實，這樣能避免施工中護筒下落大面積塌方所帶來的鉆機傾覆等事故發(fā)生。同時在起落鉆頭時要平穩(wěn)，避免撞擊孔壁，造成卵石層塌孔。
（2）成孔前必須檢查鉆頭保徑裝置，鉆頭直徑、鉆頭磨損情況，施工過程對鉆頭磨損超標(biāo)的及時更換。
（3）成孔中，按試施工確定的參數(shù)進行施工，設(shè)專職記錄員記錄成孔過程的各種參數(shù)，如鉆進深度、地質(zhì)特征、機械設(shè)備損壞、障礙物等情況。記錄必須認(rèn)真、及時、準(zhǔn)確、清晰。
（4）旋挖鉆機配備電子控制系統(tǒng)顯示并調(diào)整鉆進時的垂直度，在施工前必須通過電子控制和人工觀察兩個方面來保證鉆桿的垂直度，從而保證成孔的垂直度。
（5）旋挖鉆機在鉆進時，要注意在鉆進時進尺的控制。在使用旋挖斗時依據(jù)斗體的容量，一般在斗體三分之二為合適。進尺深度根據(jù)樁直徑而定，也要根據(jù)地層的密度控制進尺深度。進尺過多，導(dǎo)致卸土困難，還會導(dǎo)致埋鉆卡鉆的事故發(fā)生。過少會延誤施工進度與設(shè)備、能源的消耗，成本提高，降低了效益。
（6）注意護筒內(nèi)的水頭差，避免旋挖鉆上下鉆頭，造成泥漿涌動而破壞護筒底口刃腳。
（7）孔底應(yīng)保證無異物，如有掉落物，要提前打撈，否則鉆頭容易崩落，或不能完全接觸巖面導(dǎo)致鉆頭失效。
3.2.11卵石層常見病害預(yù)防及處理
（1）護筒外壁冒水，嚴(yán)重時會引起地基下沉、護筒傾斜和位移，造成樁孔偏斜，甚至無法施工。
病因分析埋設(shè)護筒對周圍土不密實或護筒水位差太大或鉆頭起落時碰撞。防治措施埋護筒時，坑底與四周要選用最佳含水量的鉆土分層夯實在護筒適當(dāng)高度開孔，使護筒內(nèi)保持有一的水頭高度起落鉆頭時，防止碰撞護筒。
發(fā)現(xiàn)護筒冒水時，可用鉆土在四周填實加固，如護筒嚴(yán)重下沉或位移，則應(yīng)返工重埋。
（2）鉆進極慢或不進尺。
病因分析鉆頭選型不當(dāng)，合金刀具安裝角度欠妥，刀具切土過淺，鉆頭配重過輕，鉆頭被鉆土糊滿。
防治措施更換或改造鉆頭，重新安排刀具角度、形狀、排列方向，加大配重、加強排渣、降低泥漿比重或改用鉆進方式。
（3）樁孔孔壁坍塌成孔中或成孔后孔壁不同程度塌落。成孔中排出的泥漿不斷出現(xiàn)氣泡，有時護筒內(nèi)的水位突然下降，均為塌孔的先兆。
病因分析主要是由于卵石層松散，加之泥漿護壁不好護筒埋設(shè)不好，筒內(nèi)水位不高提住鉆頭鉆進鉆頭鉆速過快，或空轉(zhuǎn)時間太長，都易引起鉆孔下部坍塌或成孔后待灌時間和灌注時間過長。
防治措施在卵石層中適當(dāng)深埋護筒，密實回填土，使用優(yōu)質(zhì)泥漿，提高泥漿比重和鉆度，升高護筒，終孔后補給泥漿，保持要求的水頭高度，保證鋼筋籠制作質(zhì)量，防止變形吊設(shè)時要對準(zhǔn)孔位，吊直扶穩(wěn)，緩緩下沉，防止碰撞孔壁成孔后待灌時間一般不應(yīng)超過，并應(yīng)盡可能加快灌注速度，縮短灌注時間在鋼筋籠未下孔內(nèi)的情況下，漿砂、粘土混合物回填至坍塌孔深以上一，或全孔回填并密實后，再用原鉆頭和優(yōu)質(zhì)泥漿掃孔在鋼筋籠碰孔壁而引起輕微坍塌的情況下，用直徑小于鋼筋籠內(nèi)徑的鉆頭以優(yōu)質(zhì)泥漿掃孔或用導(dǎo)管清孔。
四、優(yōu)勢分析
4.1使用旋挖鉆施工，所需施工人員比普通鉆機節(jié)省，且旋挖鉆機可自由行走，不需要起重設(shè)備吊裝運輸，能節(jié)省了大量人員及配套機械。
4.2對于本工程若使用一般的沖擊成孔，那么需要增設(shè)一級配電變壓器及電力電路和場地內(nèi)的電纜敷設(shè)。旋挖鉆使用柴油機自主提供動力，節(jié)省了大量的場外、場內(nèi)配套設(shè)備。
4.3旋挖鉆施工其擴孔系數(shù)很低，一般為在1.02以下，而一般的沖擊鉆擴孔系數(shù)在1.07以上，此項可節(jié)省大量的混凝土。
4.4旋挖鉆在卵石層成孔速度視一般在2m/h，是一般普通鉆機速度的3倍左右，使用旋挖鉆施工大大縮短了施工工期。
五、結(jié)語
本文主要根據(jù)我標(biāo)段的卵石層地質(zhì)情況，總結(jié)旋挖鉆施工經(jīng)驗，改善施工技術(shù)，提高施工速率和經(jīng)濟效益，并對旋挖鉆和沖擊鉆施工的功效進行比較，找出優(yōu)劣，為我公司以后旋挖鉆機在卵石層中的施工提供參考。
參考文獻(xiàn)：
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