隨我國近年來工業(yè)水平發(fā)展，旋挖鉆機功率和扭矩也在增大，從而能夠滿足進行巖石鉆進的需要，本文重點介紹，大功率旋挖鉆在石灰?guī)r地質(zhì)條件下鉆進成孔的施工方法。從而減少沖擊鉆及人工鉆孔樁爆破的噪聲、泥漿等對施工現(xiàn)場環(huán)境的影響，增加施工科技含量。
1前言
旋挖鉆機是一種適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機械，近年在中國的橋梁施工中，已經(jīng)成為樁基施工的主力軍，旋挖鉆機配合不同鉆具，適應(yīng)于干式(短螺旋)、濕式(回轉(zhuǎn)斗)及巖層(巖心鉆)的成孔作業(yè)，具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活，施工效率高及多功能等特點。旋挖鉆機的額定功率一般為125～450kW，動力輸出扭矩為120～400kN·m，最大成孔直徑可達1.5～4m，最大成孔深度為60～90m，可以滿足各類大型基礎(chǔ)施工的要求。
在地質(zhì)堅硬地區(qū)橋梁施工中，常用樁基施工方法為人工挖孔樁法和沖擊鉆法。人工挖孔法由于樁基施工周期較長，技術(shù)落后，而且由于需要進行爆破作業(yè)，危險隱患較大，逐漸被淘汰；采用沖擊鉆進行施工也存在一定問題，主要體現(xiàn)為在地質(zhì)較硬的巖層沖擊鉆成孔速度極慢，甚至出現(xiàn)全天不進尺現(xiàn)象，如果地質(zhì)溶巖較發(fā)育，經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆情況，一但出現(xiàn)卡鉆情況，一根鉆孔樁的施工經(jīng)常需要1-3個月的時間，甚至更長。采用旋挖鉆機進行樁基施工，不僅施工速度大幅提高，施工成本大幅降低，在施工質(zhì)量方面也體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，如哈大高鐵沈陽段，中鐵九局樁基施工95%以上的工程量是由旋挖鉆完成的，在因動遷原因嚴重制約開工時間的情況下，橋梁主體施工工期提前一年完成。
旋挖鉆機與樁基工程及施工工藝結(jié)合的非常密切，由于旋挖鉆機的大量應(yīng)用只是在近幾年，我國當前尚未有較完善的旋挖鉆機施工規(guī)范，尤其對地質(zhì)堅硬的巖層鉆孔樁施工，沒有開展較系統(tǒng)的工法研究。
本文以由中鐵九局集團大連建設(shè)有限公司承建的大連市甘南路、棋南線BT工程子項目甘南路立交橋及延伸工程為依托，重點介紹旋挖鉆機在巖質(zhì)較硬的中風化、微風化石灰?guī)r（強度在30-50MPa之間）地層鉆孔樁施工工法，為同類地層的旋挖鉆機鉆孔樁施工提供參考。
2工法特點
2.1成孔速度快
旋挖鉆機巖石取芯鉆頭的鉆齒布置及鉆齒結(jié)構(gòu)是結(jié)合巖石破碎理論進行設(shè)計而成的，可直接對巖層進行鉆進入巖，故成孔速度快，施工效率大為提高。
2.2質(zhì)量控制優(yōu)勢突出
旋挖鉆機一般配備2m左右的孔口護筒(如孔口回填土較厚可加長)，而且鉆機本身可埋設(shè)護筒，這樣可盡量避免由孔口回填土對鉆孔樁的影響；旋挖鉆機采用較成熟的水下導(dǎo)管灌注混凝土的灌樁工藝，可避免孔口掉泥、灌注過程中產(chǎn)生的沉渣帶來的不利影響；旋挖鉆機是集現(xiàn)代先進的科學技術(shù)于一體的樁基施工機械，在成孔施工過程中，垂直度、孔底巖層檢驗、樁長控制等方面的精確度高，同時由于孔底沉渣少，易于清孔，故樁基施工質(zhì)量得到了充分的保證。
2.3適應(yīng)地層能力強
旋挖鉆機配備不同鉆頭，即可用于沙層、土層、卵礫石、巖層等不同地質(zhì)，不受地域限制。
2.4移動方便、機動性強
旋挖鉆機底盤采用履帶式挖掘機底盤，可自行行走。此外，旋挖鉆機能獨立作業(yè)，機動性強，適應(yīng)復(fù)雜地形，鉆機的安裝、拆卸無需輔助設(shè)施來完成，占用空間小，能靠墻操作。
2.5施工現(xiàn)場環(huán)保、干凈
旋挖鉆機在巖石地層可以采用無泥漿條件下作業(yè)，不僅減少了水資源的浪費，還避免了泥漿都周邊環(huán)境的污染。因而，旋挖鉆機施工現(xiàn)場整潔，對環(huán)境造成的污染小。
3適用范圍
本工法主要適用于巖質(zhì)較硬的中風化、弱風化巖石地層旋挖鉆機鉆孔樁施工。
4工藝原理
4.1設(shè)計原理
根據(jù)旋挖鉆機成孔工作原理，結(jié)合巖石的力學特性及旋挖鉆機破碎巖石基礎(chǔ)理論，對巖質(zhì)較硬的中風化石灰?guī)r地層鉆孔樁進行試樁，統(tǒng)計旋挖鉆機采用不同成孔工藝的相關(guān)技術(shù)參數(shù)及經(jīng)濟指標，通過系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟比對、分析，最終確定旋挖鉆機在巖質(zhì)較硬的中風化石灰?guī)r鉆孔樁施工工法。
4.2旋挖鉆機在巖層成孔工藝原理
通過旋挖鉆機配備不同型號的鉆頭對巖質(zhì)較硬的地層進行分級擴孔，為旋挖鉆機鉆頭構(gòu)造孔底自由面，提高旋挖鉆機入巖能力，最終實現(xiàn)旋挖鉆機高效入巖，同時節(jié)約工程施工成本。
5施工工藝流程及操作要點
5.1工藝流程
管樁施工工藝詳見施工工藝流程圖5.1。
圖5.1施工工藝流程圖
5.2施工操作要點
1.樁位控制
為確保樁位質(zhì)量，采取精密測量方法，即用全站儀定位，護筒埋設(shè)完，再次進行復(fù)測，并采用焊制的坐標架校正護筒中心同樁位中心保持一致。
2.樁斜控制
埋設(shè)護筒采用護筒內(nèi)徑上下兩端十字交叉法定心，通過兩中心點，能確保護筒垂直。鉆進中及時測定孔斜，保證孔斜率小于1%。發(fā)現(xiàn)孔斜過大，立即采取糾斜措施。
3.樁徑控制
根據(jù)地層情況合理選擇鉆頭直徑，對樁徑控制有重要作用，孔徑可比鉆頭直徑大10～20cm。
4.樁長控制
施工中對護筒口高程與各項設(shè)計高程要正確進行換算。機具長度丈量要準確，正確丈量鋼繩長度，并考慮負重后的伸長值，發(fā)現(xiàn)錯誤及時更正。
5.樁頂控制
當混凝土灌注至最后一斗時，準確探明浮渣厚度，計算調(diào)整末斗混凝土容量。灌注完以后再復(fù)查樁頂高度，達到設(shè)計要求時將導(dǎo)管拆除，否則補料。
6.樁身結(jié)構(gòu)控制
制作鋼筋籠不能超過規(guī)范允許的誤差，包括主筋的搭接方式、長度。鋼筋籠的全部數(shù)據(jù)都按隱蔽工程進行驗收、記錄。確保導(dǎo)管密封良好，灌注時活動導(dǎo)管時提高不能過多，防止夾泥、斷樁等質(zhì)量事故發(fā)生。
7.原材料控制
對每批進場的鋼筋、水泥、外加劑等原材料，嚴格檢查標號、出廠日期和出廠實驗報告等材質(zhì)證明文件并抽樣檢查，各項性能指標均符合設(shè)計要求才能使用，嚴禁使用不合格或過期硬化水泥。
5.3主要施工過程
1.樁位測量放樣
采用全站儀來進行樁的中心位置放樣，放樣后四周設(shè)護樁并復(fù)測，誤差控制在5mm以內(nèi)。根據(jù)設(shè)計所提供的控制點，采用全站儀現(xiàn)場布置控制網(wǎng)并復(fù)核。依據(jù)樁基中心軸線坐標值，用坐標法放樣樁基中心線、樁基中心點等，并打入標樁，中心線的放樣誤差控制在5cm范圍內(nèi)，并設(shè)置十字形控制樁，便于校核，樁上標明樁號。
2.場地平整
鉆機底盤不宜直接置于不堅實的填土上，以免產(chǎn)生不均勻沉陷，對于施工場地為旱地而且在施工期間地下水位在原地面以下時，將場地平整夯實，清除雜物；場地位于淺水時，采用筑島后在頂面安置鉆機，筑島頂面高出施工水位1.0m左右。
3.鉆機就位
將鉆機行駛到施工樁位，鉆機就位時與平面最大傾角不超過4°，調(diào)整桅桿角度，操作卷揚機，將鉆頭中心與鉆孔中心對準，調(diào)整鉆機垂直度參數(shù)，使鉆桿垂直。
4.護筒埋設(shè)
護筒埋設(shè)采用挖埋法，即用專用鉆斗挖除所要埋護筒的土層后，將護筒放入其中。埋設(shè)準確、水平、垂直、穩(wěn)固，護筒的四周回填粘土并夯實。鉆機導(dǎo)桿中心線、回旋盤中心線、護筒中心線保持在同一直線。護筒中心與設(shè)計樁位中心的偏差不得大于20mm，鋼護筒垂直度偏差不允許大于0.5%，保證鉆機沿著樁位垂直方向順利工作。
5.旋挖鉆機成孔
旋挖鉆機成孔過程中，操作人員隨時觀察鉆桿是否垂直，并通過深度計數(shù)器控制鉆孔深度。鉆孔樁成孔采用分級擴孔的施工方法：首先選用小鉆徑筒式取芯鉆頭配合撈砂斗鉆至設(shè)計孔深，然后使用較大鉆徑鉆頭并配合撈砂鉆頭進行下一級擴孔作業(yè)，直至鉆孔樁的孔徑、孔深滿足設(shè)計要求，最終實現(xiàn)旋挖鉆機成孔。
6.成孔檢查
成孔達到設(shè)計標高后，對孔深、孔徑、孔壁、垂直度等進行檢查，不合格時采取措施處理。成孔檢查方法根據(jù)孔徑的情況來定，當鉆孔為干孔時，可用重錘將孔內(nèi)的虛土夯實，采用直接用測繩及測孔器測，若孔內(nèi)存在地下水，可采用泵吸反循環(huán)抽漿的方法清孔，則采用水下灌注混凝土施工的方法進行鉆孔的測孔工作。
7.清孔
將沉淀物清出孔位。澆筑水下混凝土前孔底沉渣厚度，柱樁不大于5cm，摩擦樁不大于20cm。
8.鋼筋骨架的運輸與現(xiàn)場吊裝
鋼筋骨架在轉(zhuǎn)運至樁位的過程中必須保證骨架不變形。采用汽車運輸時要保證在每個加勁筋處設(shè)支承點，各支承點高度相等。
鋼筋籠入孔時，由吊車吊裝。在安裝鋼筋籠時，采用兩點起吊。第一吊點設(shè)在骨架的下部，第二吊點設(shè)在骨架長度的中點到上三分之一點之間。應(yīng)采取措施對起吊點予以加強，以保證鋼筋籠在起吊時不致變形。吊放鋼筋籠入孔時應(yīng)對準孔徑，保持垂直，輕放、慢放入孔，入孔后應(yīng)徐徐下放，不宜左右旋轉(zhuǎn)，嚴禁擺動碰撞孔壁。若遇阻礙應(yīng)停止下放，查明原因進行處理。嚴禁高提猛落和強制下放。
骨架最上端的定位，必須由測定的孔口標高來計算定位筋的長度，為防止鋼筋籠掉籠或在灌注過程中浮籠，鋼筋籠的定位采用螺紋鋼筋懸掛在鋼護筒上。鋼筋籠中心與設(shè)計樁中心位置對正，反復(fù)核對無誤后再焊接定位于鋼護筒上，完成鋼筋籠的安裝。鋼筋籠定位后，在6h內(nèi)澆注混凝土，防止塌孔。
9.二次清孔
鋼筋籠下放到位固定后，立即安放導(dǎo)管，用吊車逐段吊裝接長、下放，導(dǎo)管下端距孔底的距離為500mm?；炷翆?dǎo)管安放完后，若孔底沉碴厚度不滿足設(shè)計要求，利用導(dǎo)管進行二次清孔，經(jīng)監(jiān)理工程師現(xiàn)場檢驗合格后，立即拆除吸泥彎頭，方可開始澆筑水下混凝土。
10.鉆孔樁混凝土灌注
灌注混凝土一旦開澆后，連續(xù)進行，不得中斷。
每隔30min測量一次樁孔內(nèi)混凝土面深度（澆筑后期和淺孔縮短間隔時間至5～15min)，并及時填繪混凝土澆筑指示圖及混凝土澆筑量隨深度的理論曲線和實際變化曲線，指導(dǎo)導(dǎo)管的拆卸工作。當澆筑方量與混凝土頂面位置不相符時，應(yīng)及時分析原因，找出問題所在，及時處理。
5.4勞動力組織
勞動力組織見表5.3。
表5.3勞動力組織表
序號 人員 數(shù)量 備注
1 技術(shù)負責人 1 施工技術(shù)指導(dǎo)
2 技術(shù)員 1～2 技術(shù)工作；質(zhì)量監(jiān)督、檢查
3 班組長 2 指揮現(xiàn)場作業(yè)
4 工人 4～5 現(xiàn)場作業(yè)
合計 8～10
6材料與設(shè)備
6.1所需主要材料
鉆孔樁主要材料有鋼筋、混凝土。
6.2機具設(shè)備
根據(jù)鉆孔樁工程數(shù)量和地質(zhì)條件，進行旋挖鉆機成樁工藝性試驗，合理選擇旋挖鉆機型號和主要設(shè)備參數(shù)，同時，根據(jù)施工進度安排配備合適的設(shè)備數(shù)量，具體見表6.1。
表6.1旋挖鉆成孔主要配套設(shè)備
序號 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 數(shù)量 用途
1 旋挖鉆機 TR360D 1臺 鉆孔
2 旋挖鉆機 TR400C 1臺 鉆孔
3 挖掘機 1m31臺 清理平整場地、裝棄渣
4 自卸汽車 5T 2臺 運棄渣
5 吊車 25T 1臺 下鋼筋籠、吊裝導(dǎo)管、協(xié)助灌注砼
6 電焊機 BX400-1 3臺 焊接鋼筋籠
7 全站儀 萊卡 1臺 樁位放樣
8 水準儀 萊卡 1臺 高程測量
7質(zhì)量控制
7.1執(zhí)行標準
相關(guān)的行業(yè)標準：
1.《建設(shè)工程質(zhì)量管理條例》（國務(wù)院【2000】279號）
2.《公路工程質(zhì)量管理辦法》（交公路發(fā)【1999】90號）
3.《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JTGF80/1-2004）
4.《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）
7.2質(zhì)量檢驗標準
7.2.1鋼筋籠制作及安裝質(zhì)量檢驗
鉆孔灌注樁鋼筋骨架制作和安裝質(zhì)量應(yīng)符合表7.1的規(guī)定。
表7.1鉆孔灌注樁鋼筋骨架制作和安裝質(zhì)量標準
項目 允許偏差（mm）
主筋間距 ±10
箍筋間距 ±20
外徑 ±10
傾斜度 0.5
保護層厚度 ±20
中心平面位置 20
頂端高程 ±20
地面高程 ±50
7.2.2混凝土質(zhì)量檢驗標準
1.原材料質(zhì)量控制
(1)水泥：水泥采用業(yè)主指定的42.5MPa普通硅酸鹽水泥或硫酸鹽，其初凝時間不宜早于2.5h，水泥質(zhì)量符合GB175-99的相關(guān)規(guī)定。
(2)骨料：料源為業(yè)主指定的當?shù)厣笆仙a(chǎn)廠生產(chǎn)的骨料。對含有活性成分的骨料進行專門試驗論證，并經(jīng)監(jiān)理批準后方可使用。
細骨料采用級配良好的中砂，細度模數(shù)在2.3～3.0之間。
粗骨料采用級配良好的三級配碎石，最大粒徑不大于40mm；粗骨料應(yīng)質(zhì)地堅硬、清潔、級配良好，其極限抗壓強度與所采用的混凝土標號之比不小于1.5，粗骨料的針片狀顆粒含量不大于10%。
(3)粉煤灰：應(yīng)采用Ⅰ級粉煤灰，其指標滿足設(shè)計或有關(guān)規(guī)范要求。
(4)外加劑：用于混凝土中的外加劑為高效緩凝型減水劑，其質(zhì)量應(yīng)符合國家或行業(yè)的規(guī)定。根據(jù)混凝土配比的選擇，通過試驗確定外加劑的摻量，并經(jīng)監(jiān)理人審批后實施。
(5)水：拌和用水采用施工現(xiàn)場地表水和地下水，但必須經(jīng)過水質(zhì)檢驗合格后方可使用。
7.2.3鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量檢驗標準
鉆孔灌注樁成孔檢驗質(zhì)量檢驗標準見表7.2.
表7.2灌注樁鋼筋骨架制作和安裝質(zhì)量標準
項目 規(guī)定值或允許偏差
混凝土強度 滿足設(shè)計要求
樁位 ±50mm
孔深 大于設(shè)計深度50mm
孔徑 大于等于設(shè)計樁徑
沉渣厚度 小于等于50mm
7.3質(zhì)量控制措施
7.3.1管理措施
1.建立質(zhì)量責任制度，健全質(zhì)量管理機構(gòu)和質(zhì)量保證體系，建立以項目經(jīng)理為領(lǐng)導(dǎo)的質(zhì)量管理小組，嚴格崗位責任制。
2.實行三級管理制度：每道工序技術(shù)員100%自檢，質(zhì)檢員100%互驗，監(jiān)理工程師抽查驗收。
7.3.2技術(shù)措施
1.接到正式圖紙后，組織工程技術(shù)人員認閱圖明確設(shè)計意圖，并做好施工圖自審和技術(shù)會審工作。
2.施工前每個工程技術(shù)人員必須熟悉施工規(guī)范、規(guī)程，掌握施工技術(shù)標準，認真閱讀地質(zhì)資料和設(shè)計圖紙及文件，詳細了解施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況與設(shè)計要求，并在施工前組織全體施工人員進行詳細技術(shù)交底，作好記錄和會簽。
3.鉆機就位、安裝必須水平，鉆機就位后經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)人員檢驗鉆頭對位情況合格后，才可開鉆。鉆頭在使用前，應(yīng)由機長檢驗鉆頭直徑及焊縫，以確保成孔直徑滿足設(shè)計要求。
4.清孔過程當中，鉆頭必須提離孔底15cm左右，清孔后由技術(shù)人員現(xiàn)場測沉渣厚度，經(jīng)檢驗合格后清孔半小時方可停機提鉆。
5.下放鋼筋籠時，鋼筋的冷擠壓接頭及聲測管的連接必須符合要求。
6.混凝土澆筑要確保拌合物質(zhì)量，砼有良好和易性，坍落度損失小，流動度大；3天強度達到設(shè)計強度90%。加強原材料檢驗，優(yōu)化配合比，攪拌設(shè)備定期檢修，攪拌過程中嚴格計量。砼運輸、布料等嚴格按規(guī)范要求執(zhí)行?；炷恋呐浜媳缺仨殱M足混凝土的灌注要求和設(shè)計強度要求。
7.首批混凝土的灌注必須將導(dǎo)管埋深1.0m以上。在首批混凝土的灌注過程中必須連續(xù)，不得間斷。在混凝土灌注過程中，導(dǎo)管埋深要保持在2～6米左右，不得埋得過深或過淺，以防止拔斷導(dǎo)管或?qū)?dǎo)管拔出混凝土面。
8.凡發(fā)生質(zhì)量事故均按“三不放過”的原則進行分析處理。三不放過即：質(zhì)量事故查不清原因不放過、不吸取教訓不放過、不制定出整改措施不放過。
9.認真填寫施工日志及各工序施工原始記錄。
8安全措施
8.1執(zhí)行標準
1.《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》
2.《建筑施工安全檢查標準》（JGJ59—99）
8.2安全控制措施
1.建立健全的安全組織機構(gòu)、安全保證體系及安全責任制。實行安全目標管理，層層分解落實安全指標，嚴格執(zhí)行與經(jīng)濟掛鉤獎懲制度，堅決實施安全否決權(quán)制度。
2.所有施工機械設(shè)備使用時須有專職人員進行檢查，必要的試驗和維修保養(yǎng)，確保狀態(tài)良好。
3.所有施工人員必須經(jīng)過安全培訓，并經(jīng)考核取得合格證書后，持證上崗，杜絕違章作業(yè)。
4.工作時必須按規(guī)定佩戴安全帽、電焊手套等安全防護工具，從事高空作業(yè)的人員必須使用安全保護工具。
5.非施工人員必須服從安全管理員的領(lǐng)導(dǎo)，未經(jīng)許可不得擅自拆除設(shè)備上的安全防護裝置，非操作人員不得擅自操作機械設(shè)備。
6.施工前對臨近的建筑物采取有效的保護措施，施工時應(yīng)隨時進行觀測。
7.機械司機在施工操作時，必須聽從指揮，不得隨意離開崗位；應(yīng)經(jīng)常注意機械的運轉(zhuǎn)情況，發(fā)生異常立即檢查處理，操作手不得擅自把施工機械交由他人操作。
8.鉆孔過程鉆孔樁樁鋼護筒周圍必須設(shè)置圍欄或安全網(wǎng)進行防護，圍欄高度不小于1.2m。
9環(huán)保措施
本工程旋挖鉆機鉆孔樁施工工法的成功實施，有效避免了傳統(tǒng)鉆孔樁施工使用泥漿池對周圍環(huán)境的污染。
9.1生產(chǎn)、生活垃圾處理
（1）生產(chǎn)垃圾處理堆放在指定地點，集中統(tǒng)一處理。
?。?）生活垃圾不得向湖中排放，需要集中收集，運送指定地方集中處理。
9.2施工中的油料處理
?。?）施工機械的廢油要存放在廢油桶內(nèi)，集中處理，嚴禁隨意排放。
?。?）生產(chǎn)用油料必須嚴格保管，防止泄漏，污染湖水。
9.3施工中的鉆渣處理
針對旋挖鉆產(chǎn)生的鉆渣，采用裝載機、運渣車（自卸車）及時清理，運輸?shù)街付▓龅丶卸逊?，為下步施工提供場地?/p>
10效益分析
10.1經(jīng)濟效益
甘南路立交橋及延伸工程共計鉆孔樁184根，總造價約1966.3萬元，鉆孔樁施工主要采取了技術(shù)先進的旋挖鉆機成孔和傳統(tǒng)的沖擊鉆成孔兩種形式，除受特殊施工環(huán)境、場地限制的38根樁采用沖擊鉆成孔（如跨越鐵路段連續(xù)梁鉆孔樁等），其余146根鉆孔樁全部采用旋挖鉆機成孔。采用旋挖鉆機鉆孔樁施工技術(shù)，可優(yōu)質(zhì)、高效、低耗地完成鉆孔樁施工。較沖擊鉆鉆孔樁施工直接經(jīng)濟效益為：節(jié)約成本222.45萬元，總成本降低率約1.13％。
10.2社會效益
通過旋挖鉆機在甘南路立交橋及延伸工程中的應(yīng)用，樹立了良好的企業(yè)形象，加快工期進度，為工程周邊減少了環(huán)境污染、為大連市經(jīng)濟發(fā)展做出了積極貢獻，受到了當?shù)卣徒ㄔO(shè)單位的高度贊揚，贏得了較大的社會信譽，社會效益顯著。
11應(yīng)用實例
本工法應(yīng)用大連市甘南路、棋南線BT工程的子項目甘南路立交橋及延伸工程鉆孔樁施工。（來源：城市建設(shè)理論研究）
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