盛壽橋

(杭州市公路管理局, 杭州 310004)

旋挖鉆機(jī)在軟弱地質(zhì)條件下樁基施工技術(shù)的研究

盛壽橋

(杭州市公路管理局, 杭州 310004)

20世紀(jì)80年代，我國(guó)在地基樁基施工中開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外旋挖鉆機(jī)施工技術(shù)，但公路橋梁樁基在軟弱地質(zhì)中的應(yīng)用經(jīng)常出現(xiàn)成孔坍塌、縮孔、傾斜等問(wèn)題。本文通過(guò)錢(qián)江通道南接線工程中，對(duì)在透水性強(qiáng)的粉砂層和強(qiáng)度低、含水量高淤泥質(zhì)的軟土地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的條件下，采用旋挖鉆機(jī)成孔的施工技術(shù)方法，在施工過(guò)程中對(duì)泥漿選擇、施工技術(shù)、工藝、質(zhì)量控制進(jìn)行研究，解決了旋挖鉆機(jī)在軟弱地質(zhì)施工中塌孔、縮孔、傾斜的難題，取得了很好的效果。

旋挖鉆機(jī)；施工技術(shù)；樁基

0 引 言

錢(qián)江通道南接線工程起點(diǎn)錢(qián)江隧道南出口處，樁號(hào)為k15+850、終點(diǎn)樁號(hào)為k43+560與杭甬高速公路相接，全長(zhǎng)27.71 km，其中高架橋里程27.2 km，橋梁寬33 m為六車(chē)道，設(shè)計(jì)車(chē)速為100 km/h，橋梁樁基共有7,257根，平均樁長(zhǎng)85 m，成孔深度83-95 m，樁徑為160～200 cm。工程地質(zhì)走廊內(nèi)為沖海積平原，地表淺層多為透水性強(qiáng)的粉土或粉砂，層厚2～10 m不等，其下層為強(qiáng)度低、含水量高11.6～39.5 m厚淤泥質(zhì)粘土，再往下多為滲水性大圓、卵砂礫層。我們?cè)诜治霰竟こ虡蛄簶堕L(zhǎng)、孔深、地質(zhì)條件復(fù)雜、工期短的情況下，對(duì)工程使用XR280C、XR260D等型號(hào)旋挖鉆機(jī)，采用了旋挖鉆機(jī)泥漿護(hù)壁成孔施工技術(shù)方法，選用了中、高黏性化學(xué)泥漿，提出了相應(yīng)施工技術(shù)措施。

1 軟弱地質(zhì)樁基施工

用常用的循環(huán)回旋鉆機(jī)方法施工，存在施工周期長(zhǎng)、易塌孔、縮孔、清底時(shí)間長(zhǎng)、鉆機(jī)移位難，易產(chǎn)生泥漿滲入混凝土隔層后斷樁等缺點(diǎn)。我們對(duì)錢(qián)江通道南接線工程高架橋樁基施工技術(shù)中采用旋挖鉆機(jī)施工技術(shù)，其特點(diǎn):(1)成孔速度快，是普通循環(huán)回旋鉆機(jī)的4倍以上，有效地保證了工程進(jìn)度；(2)對(duì)不同地質(zhì)情況的適應(yīng)性強(qiáng)，適用廣泛；(3) 為液壓履帶式伸縮底盤(pán)移位方便，具有良好的整機(jī)穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性能；(4)配有電子自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置，定位速度快、準(zhǔn)確度高；(5)對(duì)鉆孔深度、垂直度等操作能自動(dòng)控制；(6)鉆機(jī)自帶動(dòng)力，施工時(shí)不受場(chǎng)地、供電限制；(7)操作簡(jiǎn)單、安全、震動(dòng)小、噪音低；(8)鉆渣可以通過(guò)鉆斗旋挖直接裝車(chē)運(yùn)走，無(wú)需沉淀，節(jié)約用地和減少施工環(huán)境污染。

2 鉆孔施工

2.1 施工準(zhǔn)備

(1)復(fù)核設(shè)計(jì)圖紙對(duì)樁基定位是否正確;采用全站儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣，并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)樁位建立測(cè)量控制網(wǎng);(2) 施工前先對(duì)樁位周?chē)鷪?chǎng)地進(jìn)行平整，修建加固施工平臺(tái)，防止鉆機(jī)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生沉陷;修通便道，確保施工機(jī)具、材料運(yùn)送;(3)鉆機(jī)定位。操作人員先將鉆機(jī)行走至工作平臺(tái)，利用電子控制系統(tǒng)對(duì)鉆機(jī)桅桿與機(jī)身水平和垂直度進(jìn)行調(diào)整定位；鉆機(jī)定位后，對(duì)穩(wěn)固性、豎直度、水平線、中心偏差進(jìn)行檢查，鉆頭中心與樁位中心誤差在10 mm以內(nèi)；(4)護(hù)筒制作、埋設(shè)。護(hù)簡(jiǎn)埋設(shè)主要是防止孔口、孔壁坍塌，隔離地面散落物。鉆機(jī)定位后，鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位中心，旋挖至埋設(shè)深度，提起鉆頭，下放護(hù)簡(jiǎn)。a護(hù)筒用8mm的鋼板制作，其內(nèi)徑大于樁徑的200～250 mm。護(hù)筒頂端高出地面30 cm；b護(hù)筒埋設(shè)位置準(zhǔn)確、穩(wěn)定、保持垂直。護(hù)筒周?chē)? m范圍內(nèi)的土體確保密實(shí)，防止外界地表水浸蝕孔壁；(5)針對(duì)旋挖鉆機(jī)施工速度較快的特點(diǎn)，鉆孔順序安排與相鄰墩位樁基跳開(kāi)施工；無(wú)法避開(kāi)時(shí)，待相鄰鉆孔樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以上方可施工，避免損傷相鄰樁基的養(yǎng)性期質(zhì)量；(6)鉆機(jī)開(kāi)鉆前，做好設(shè)備、泥漿配制、備料、保障措施等準(zhǔn)備工作;鉆進(jìn)應(yīng)根據(jù)不同層次的地質(zhì)結(jié)構(gòu)選擇不同的轉(zhuǎn)速和進(jìn)尺;經(jīng)常觀察鉆機(jī)工作狀況；(7)編制對(duì)鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)的沉陷、傾斜、坍塌、縮孔等隱患的應(yīng)急處理預(yù)案；(8)鉆進(jìn)過(guò)程中要防止欠挖和超挖，每進(jìn)深2 m進(jìn)行對(duì)成孔的孔位、孔徑、垂直度、地質(zhì)等情況的檢查和記錄；(9)鉆斗出渣或停鉆后應(yīng)及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿，保持孔內(nèi)水頭高度和控制泥漿比重及粘度。

2.2 旋挖鉆機(jī)樁基施工流程圖(見(jiàn)圖1)

圖1 旋挖鉆機(jī)樁基施工流程圖

2.3 泥漿選擇

鉆機(jī)成孔時(shí)，因地層壓力的影響，孔壁發(fā)生變化，泥漿可以控制其變性，防止孔壁的縮徑和坍塌。本工程針對(duì)地質(zhì)情況選用了中、高黏性化學(xué)泥漿護(hù)壁，主要材料選用高性能鈉質(zhì)膨潤(rùn)土，助劑羧甲基纖維素納(CMC)或聚丙烯酰胺(PHP)和碳酸納(Na2Co3)。其特性：(1)有很好的護(hù)壁防塌和吸附鉆屑的效果，加快沉淀速度和減小沉渣厚度；(2)粘稠度高、維持時(shí)間長(zhǎng)；(3)能形成孔壁較厚的泥皮，增強(qiáng)孔壁穩(wěn)定性和提高樁壁的摩擦承載力；(4)正常情況下不需二次清孔；(5)無(wú)毒、無(wú)味，對(duì)環(huán)境無(wú)危害。

2.3.1 泥漿配制

根據(jù)樁基及土層情況，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，確定泥漿指標(biāo)和配合比，實(shí)施時(shí)根據(jù)成孔進(jìn)深土層地質(zhì)變化，做到隨時(shí)調(diào)整。

以助劑羧甲基纖維素納(CMC)和碳酸納(Na2Co3)配制的泥漿，其各項(xiàng)性能指標(biāo)如下表1和表2。

表1 泥漿材料用量

泥漿各項(xiàng)指標(biāo)如下表：

表2 泥漿性能指標(biāo)

泥皮厚大于3 mm/30 min。

2.3.2 泥 漿

在循環(huán)使用中，對(duì)超過(guò)下例指標(biāo)的泥漿應(yīng)作廢漿處理：粘度大于40s、比重大于1.4g/cm3、含砂率大于6%、PH大于13。

2.4 清 孔

鉆孔結(jié)束后對(duì)孔底清渣也是保證樁基質(zhì)量一道非常重要工序。清孔的主要目的是清除沉渣及調(diào)整泥漿指標(biāo)，使孔底沉渣厚度達(dá)到規(guī)范和滿足設(shè)計(jì)承載力的要求，一般沉渣厚度小于5 cm；當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，即開(kāi)始清孔，清孔時(shí)將鉆頭提離孔底25 cm左右，鉆機(jī)慢速空轉(zhuǎn)，保持泥漿正常循環(huán)，適當(dāng)調(diào)整泥漿指標(biāo)，粘度17～20 s，比重1.05～1.10，含砂率小于2 %，清孔后應(yīng)檢查孔位、孔深、孔徑、孔形、垂直度和孔底地質(zhì)、沉淀厚度，各項(xiàng)指標(biāo)必須符合有關(guān)要求，檢查合格后應(yīng)在半小時(shí)內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行灌注樁基混凝土。

3 旋挖鉆機(jī)施工過(guò)程預(yù)防措施

3.1 編制專(zhuān)項(xiàng)

施工技術(shù)、安全方案。由于旋挖鉆機(jī)施工工藝、控制質(zhì)量和安全環(huán)節(jié)多，一有不慎，會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。尤其是在透水性強(qiáng)的粉砂層和強(qiáng)度低、含水量高淤泥質(zhì)的軟土地質(zhì)條件下，地基施工時(shí)更為突出，因此，在施工前須編制專(zhuān)項(xiàng)施工技術(shù)和安全控制方案，并組織專(zhuān)家論證后實(shí)施，以確保工程順利進(jìn)行。

3.2 預(yù)防塌孔

旋挖鉆機(jī)成孔處于靜態(tài)泥漿護(hù)壁，尤其砂卵地層孔壁泥皮形成比較薄，孔壁土層穩(wěn)定性差;又旋挖鉆機(jī)成孔速度快，出渣方式通過(guò)鉆斗旋挖后直接出渣，鉆進(jìn)時(shí)抗擾動(dòng)能力差，在鉆進(jìn)和出渣提升或沉入過(guò)程中會(huì)擾動(dòng)泥漿波動(dòng)產(chǎn)生孔壁土體脫落、變形和坍塌，應(yīng)根據(jù)不同的土質(zhì)控制相應(yīng)的鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速并須勻速進(jìn)行。鉆進(jìn)速度控制在8～10m/h，每斗鉆進(jìn)深度在50 cm以內(nèi)。(1)根據(jù)地層地質(zhì)情況選擇合適的鉆頭；(2)施工時(shí)選用中、高粘性化學(xué)泥漿；(3)在開(kāi)鉆前檢查護(hù)筒四周土層是否密實(shí)穩(wěn)定，埋設(shè)深度、平面位置、垂直度是否符合要求，護(hù)筒周邊土體是否密實(shí)，鉆機(jī)定位是否達(dá)到要求；(4)禁止堆放與樁基施工作業(yè)無(wú)關(guān)機(jī)械、材料在孔口周?chē)?，杜絕外部物體直接作用在護(hù)筒上;施工過(guò)程中盡量避免鉆斗和鋼筋籠擦傷孔壁；(5)由于鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)半徑小，鉆斗傾卸鉆渣離井口距離近，應(yīng)避免鉆渣就地堆方或重型車(chē)輛運(yùn)渣，受側(cè)壓力影響而引起塌孔。

3.3 預(yù)防縮孔

(1)旋挖鉆機(jī)以鉆斗提升出渣方式，漿液比重小，成孔時(shí)對(duì)孔壁擠壓力也小，孔壁依靠泥漿護(hù)理或孔內(nèi)漿液壓力維持孔壁穩(wěn)定，且旋挖鉆孔速度快，擾動(dòng)度大，鉆斗提升或入孔時(shí)對(duì)孔內(nèi)漿液產(chǎn)生波動(dòng)或起負(fù)壓的作用，又在提升鉆斗時(shí)產(chǎn)生吸附作用，容易產(chǎn)生孔壁縮孔變形。鉆斗提升或入孔時(shí)視孔徑大小及地質(zhì)情況，應(yīng)緩慢勻速，一般控制在40～60cm/s速度；(2)為防止造成孔壁頸縮現(xiàn)象，在開(kāi)孔時(shí)結(jié)合地層地質(zhì)情況確定鉆斗直徑尺寸，并加大鉆斗直徑尺寸，使成孔孔徑保證滿足設(shè)計(jì)要求；(3) 預(yù)防鉆斗磨損，導(dǎo)致孔徑變小。在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆斗的斗齒及調(diào)節(jié)塊磨損的速度很快，應(yīng)經(jīng)常對(duì)鉆斗磨損進(jìn)行檢測(cè)，并及時(shí)對(duì)鉆斗的斗齒及調(diào)整塊進(jìn)行調(diào)整或更換，以確保樁徑滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。

3.4 預(yù)防孔位偏移、孔身傾斜

施工過(guò)程中，鉆機(jī)工作平臺(tái)由于受地基不良、振動(dòng)及自重等影響，往往鉆機(jī)產(chǎn)生不均勻的下沉移位，從而導(dǎo)致孔位偏移、孔身傾斜等現(xiàn)象發(fā)生，造成返工現(xiàn)象；(1)對(duì)工作平臺(tái)軟質(zhì)地基應(yīng)進(jìn)行換填夯實(shí)加固處理，在鉆機(jī)履帶底部鋪設(shè)枕木或鋼板等加強(qiáng)措施，確保施工平臺(tái)能夠滿足鉆機(jī)工作需要的承載力，以使鉆機(jī)作業(yè)時(shí)保持穩(wěn)定；(2)施工過(guò)程中及時(shí)清除地面遺漏的渣土，避免渣土散落孔內(nèi)及雨水污染，保持平臺(tái)周邊整潔；(3)測(cè)量放樣時(shí)做好樁位控制網(wǎng)點(diǎn)，在施工過(guò)程中要隨時(shí)觀察其樁基中心的平面位置和孔身的垂直度、孔壁的變化情況，一旦發(fā)生變化，及時(shí)作出有效的校正措施。

4 旋挖鉆機(jī)鉆孔施工中注意事宜

(1) 及時(shí)填寫(xiě)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況和施工記錄，嚴(yán)格交接班制度。

(2) 在鉆進(jìn)過(guò)程中，隨時(shí)檢查泥漿稠度、比重等指標(biāo)，如不符合要求應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，判明土層地質(zhì)情況，并做好記錄。

(3) 為防止鉆斗內(nèi)的土砂掉落到孔內(nèi)而使泥漿性質(zhì)變壞或沉淀到孔底，斗底鐵門(mén)在鉆進(jìn)過(guò)程中始終保持關(guān)閉狀態(tài)。鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)排除鉆渣和及時(shí)補(bǔ)充漿料。

(4)保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位和泥漿稠度，防止意外塌孔。

(5)根據(jù)不同的土質(zhì)評(píng)估鉆進(jìn)阻力和扭矩的大小，控制鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速。

(6)在樁端持力層中鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆斗的吸引現(xiàn)象使樁端持力層松弛，應(yīng)緩慢上提鉆斗，遇樁端持力層傾斜時(shí)，稍加壓鉆進(jìn)入，以防止傾斜。

5 結(jié) 語(yǔ)

錢(qián)江通道南接線工程中，在透水性強(qiáng)的粉砂層和強(qiáng)度低、含水量高淤泥質(zhì)的軟土及滲水性大的砂礫層工程地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的條件下，應(yīng)用旋挖鉆機(jī)泥漿護(hù)壁技術(shù)進(jìn)行橋梁樁基成孔施工方法，主要針對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的孔壁坍塌、縮孔、傾斜的技術(shù)難度深入了分析研究，我們從泥漿選擇配制、施工平臺(tái)建設(shè)、工藝控制等方面提出了具體的操作技術(shù)措施。通過(guò)樁基施工的試驗(yàn)和應(yīng)用，對(duì)全線橋梁7，200余根樁基的施工質(zhì)量情況，經(jīng)第三方檢測(cè)結(jié)果，樁基合格率達(dá)到了100%，解決了旋挖鉆機(jī)在軟弱地質(zhì)施工中易塌孔、縮孔、傾斜的技術(shù)難題，取得了很好的效果，為軟弱地質(zhì)條件下大直徑超長(zhǎng)樁基施工積累了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

[1]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]．

[2]JTG F80/1-2004,公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[3]JTG/T F81-01-2004,公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程[S]．

Research on Pile Foundation Construction Technology of Rotary Drilling Rig on Soft Soil

SHENG Shou-qiao

(Hangzhou Highway Administration Bureau of Zhejiang ,Hangzhou 310004,China)

In 1980s，our country in the pile foundation construction of Foundation began to introduce foreign rotary drilling rig construction technology, but in the highway bridge pile foundation on Application in soft geological problems occur frequently in hole collapse, shrinkage, tilt. In this paper, the Qianjiang channel south line project, soft soil geological structure on the strong permeability of silty sand layer and low intensity, high water content and silt with complex conditions, the rotary drilling rig construction method of hole, selection of mud in the construction process, construction technology, process, quality control of research, to solve the weak geological construction of hole collapse, shrinkage, tilt problem of rotary drilling rig, and achieved very good results.

rotary drilling Rig;construction technolgy;pile

2014-05-26

盛壽橋(1955-)，男，浙江余杭人，高級(jí)工程師，E-mail：965564649@qq.com。

U445.551

A ?

10.3969/j.issn.1671-234X.2014.03.009

1671-234X(2014)03-0043-04