浅析桥梁桩基础旋挖钻施工技术

颜展翔（长沙市公路桥梁建设有限责任公司，湖南 长沙 410000）



浅析桥梁桩基础旋挖钻施工技术

颜展翔（长沙市公路桥梁建设有限责任公司，湖南 长沙 410000）

本文简要分析了旋挖钻施工技术在桥梁桩基础施工中的适用范围、工艺优点，同时结合工程实例就旋挖钻施工技术在桥梁桩基础施工中的具体应用进行了分析。

桥梁桩；基础施工；旋挖钻施工技术；施工工艺；优点；适用范围

1　旋挖钻施工技术在桥梁桩施工中的适用范围

旋挖钻施工技术是现今最为先进的一种桥梁桩基施工方法，其不但具有高效、低噪以及环保等污染程度低等优势，而且还具有成孔质量高、成孔效率高、钻进深度大以及机械化程度高等特点。因此，旋挖钻施工技术被广泛的应用于各种土质地层、砂性土以及基岩等桥梁桩施工中。然而，在现阶段的桥梁桩基础施工过程中，合理的选用旋挖钻头就十分重要。在选用旋挖钻头的过程中，应当注意六方面的影响因素：①地层情况；②钻机功能；③钻孔深度；④钻孔直径；⑤沉渣厚度；⑥护壁措施。在桥梁桩基础施工过程中，与传统的钻孔技术相比，旋挖钻施工技术具有效率高速度快等优点，同时自动测斜装置能够有效的确保钻孔始终处于垂直状态。另外，该技术也在一定程度上降低了对泥浆的破坏，为保证泥浆质量提供了保障。

2　旋挖钻施工工艺优点

旋挖钻施工工艺的优点主要表现为四个方面：①钻头能够直接把破碎岩土从孔内取出，成孔速度快；②孔壁泥皮能够增大桥梁桩的侧摩阻力，确保桥梁桩基的承载力；③孔底沉渣少，易于清孔，成孔质量好；④使用泥浆较少，施工现场较为干净，污染环境程度低，节约施工成本；⑤孔深可以超过80m，孔径可大于2.5m。

3　实例分析

3.1工程概况

湖南省雪峰山脉某桥梁桩基础地质依次为：（14）1-1砂质板岩：褐黄色，全风化；（14）1-2砂质板岩：灰绿色、灰褐色，强风化，岩土工程施工等级为Ⅳ级；（14）1-3砂质板岩：青灰色、灰绿色，弱风化，变余泥质结构，块状构造，岩质硬，锤击声脆，饱和单轴抗压强度平均值Ra=34.31MPa。岩土工程施工等级为Ⅴ级。

采用三一SR360III型旋挖机发动机型号CATC-13，最大扭矩360kN·m，发动机功率300kW，最大钻孔直径2.5m，钻孔深度102m/6节。钻机整机质量120t。旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能特点。旋挖钻机适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围广。

3.2桥梁深桩基工程旋挖钻施工

3.2.1安装钻具

钻具具有一定的刚度，在钻进中或其他操作时，不产生移动和摇晃，钻具的安装应符合生产厂家的标准。施工时，应当结合土壤、地质条件同时根据相关规定来选择钻头：①短螺旋钻具适用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土，中等密实以上的砂土，风化岩层；②应当据工程实际情况选购选配钻头规格；③软岩层、土层中使用旋挖斗一次成孔；④硬岩中应当先用螺旋钻头成小孔，然后由旋挖斗扩挖成孔。

3.2.2钻孔施工

旋挖钻机采用筒式钻斗。当旋挖钻机就位后，应当首先调整好钻杆垂直度，注入泥浆，然后钻孔。当钻头下降至预定深度时，首先施加压力时土进入钻斗，待仪表显示筒满时，钻斗底部关闭，然后提升钻斗将钻斗中的土卸于钻孔外。在施工过程中，应当保证泥浆面高于护筒底部，以确保孔壁稳定性。通过反复循环上述操作直至成孔。如果岩土层粘结性好，可采用干式或清水钻进工艺，此时就不再需要泥浆护壁。如果底层松散易坍塌或有地下水或孔壁不稳定，则必须采用静态泥浆护壁钻进工艺，把护壁泥浆或稳定液投入孔内以进行护壁。

在钻孔施工过程中，应当注意如下几个方面：①钢护筒的内径应大于钻头直径；若桩孔在河流中，应将钢护筒埋置至较坚硬密实的土层中深0.5m以上；钢护筒顶高出施工水位或地下水位1.5～2.0m，并高出施工地面0.3m。砂质黄土层应当利用无水桶钻进行钻孔施工，而接近地层过渡阶段时，应当及时灌注泥浆，确保卵石层以及砂层护壁具有良好的泥浆压力；②在套管跟随钻头进入钻孔时，应当确保钻头和套管底口的旋挖深度一致；旋挖机电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度，通过电子控制和人工观察来保证钻杆垂直度，保证成孔垂直度；③随时检查支撑处以及主机所在地面处的变化状况，如果支撑处产生下沉现象，则必须马上停止钻孔作业；④施工员应当及时记录钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等参数；⑤根据该地地质柱状图提供的信息，明确粘土和粉砂岩的分布深度，并记录旋挖钻机进深，对照了解钻头深度处地质情况，作出针对性的进尺速度控制。当发现实际地质情况较设计地质软弱时，应报告设计单位增加设计桩长。

3.2.3成孔检查

钻孔作业结束后，应当在钻孔中放入已经制作好的钢筋笼。但是，在放入钢筋笼之前，应当首先利用由钢筋自制的笼式探孔器对钻孔的孔径、孔形、孔深以及孔的竖直度等进行检查。笼式探孔器的长度约为钻孔桩直径的5倍，其外径等于设计孔径。在对钻孔进行检查时，应当将笼式探孔器升起，确保孔位中心和探孔器中心一致。钻孔上下畅通就表明钻孔符合相关规范的要求，否则，钻孔质量不合格，应当采取相应的措施来消除。经严格检验，确认钻孔质量合格，便可清理钻孔。

3.2.4钢筋笼制作安装

钢筋笼主筋接头采用双面搭接焊，焊接长度不小于5倍钢筋直径，同一截面上接头数量不超过50%，加强箍筋与主筋连接全部焊接。钢筋笼材料、加工、接头和安装，符合要求。钢筋骨架的保护层厚度由圆形C30细石混凝土垫块或耳朵形钢筋来保证，按竖向每隔2m设一道，每一道沿圆周设4个呈梅花型布置。

钢筋笼采用汽车起重机吊装，下放钢筋笼应平称、垂直、小心，以免钢筋笼碰撞孔壁。钢筋笼需现场焊接，钢筋笼分段长度不宜少于9m，以减少现场焊接工作量，现场焊接须采用单面帮条焊接。下放钢筋笼后应准确控制钢筋笼顶标高。安装完后应固定好钢筋笼防其下沉，确保伸入承台内的锚固钢筋长度为1m。下放钢筋笼前在钢筋笼顶焊几条计算好长度的钢筋吊钩，下放后吊钩挂在护筒顶工字梁上牢固定位，以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。

3.2.5安装下放导管

导管采用φ300钢管，每节2～3m，配1～3节0.5～1.5m的短管，在钢管外壁自下而上逐节编号标记并标明尺度。在吊装导管之前首先试拼，试验导管水密性，要求试验压力必须高于孔底静水压力的1.5倍。导管内壁光滑、圆顺，导管接口连接密实，导管接头干净，密封胶圈无老化和受损现象，同时检查导管拼装后的垂直度与密封性。导管拼装长度根据桩孔的深度来确定。在下放导管中，应避免导管卡挂钢筋笼。导管试压前将一端封死并留一个出水口（采用阀门控制），另一端连接空压机，向导管内注满水时开动空压机试压，进行水密试验的水压不小于孔内水深1.3倍的压力，也不小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大压力的1.3倍。

根据下述公式计算选择试压实验水压，并保证试压30min导管不漏渗水，证明导管密封合格，可以使用。

式中：p为导管可能承受的最大压力 （kPa）；γc为混凝土的重度（取24kN/m3）；hc为导管内混凝土的最大高度（m）以导管全长或预计最大高度计；γw孔内水或泥浆的重度（kN/m3）；hw为孔内水或泥浆的深度（m）。

3.2.6清孔

清孔是桩孔施工重要一环，采用泥浆泵泵入性能指标符合要求的泥浆，桩孔因有较厚的松散易坍土层，清孔后不能立即终孔，待在孔内下入钢筋笼和安装好导管后进行二次清孔。二次清孔后孔底沉渣厚度柱桩不超过5cm，摩擦桩不超过15cm；清孔后泥浆相对密度为 1.05～1.10，即以孔内排出泥浆手摸无2～3mm颗粒为准；黏度为18～22s；含砂率不得高于2%；胶体率＞98%。如超标，则利用导管再次清孔，直至达到标准时方可进行混凝土灌注。严禁采用加深钻孔深度代替清孔。在清孔排渣时应当确保孔内水头以防坍塌。

3.2.7灌注混凝土

二次清孔完成后，立即浇筑水下混凝土。灌注前确保导管下口距孔底一般在0.25～0.40m。距离过大时，会造成导管内大量进水或首批混凝土埋置深度不足1m，出现断桩事故；距离过小时，会造成隔水栓卡管，首批混凝土无法灌注。

采用混凝土罐车连续不间断运输混凝土，水下混凝土灌注一次成型，时间不超过3.5h或不长于首批混凝土初凝时间。混凝土的坍落度控制在18～22cm，可添加高效缓凝剂，和易性良好。导管顶安装一个混凝土储料斗灌注首批混凝土，计算和控制首批封底混凝土数量，混凝土下落时依靠冲击能量，将泥浆和桩底沉渣从导管中排出，以保证首批混凝土数量满足导管首次埋深大于1m的要求。首批混凝土灌入孔底后，立即探测孔内混凝土面高度，计算出导管埋深，如符合要求，即可正常灌注。水下混凝土灌注中，及时调整导管埋深，导管埋深度控制在2～6m。采用测锤准确探测混凝土面标高和控制导管埋深，测锤采用平底圆锥形铁锤，底直径15cm，高12cm，重量8kg。测绳用质轻、拉力强、遇水不伸缩、标有尺度的尼龙尺。灌注标高比设计桩顶标高高出至少1m，并在浇筑承台时凿除。在桩基混凝土灌注完，应尽快将孔口护筒拔出。

在灌注中，专人记录导管总长和节数、混凝土坍落度、含气量、入模温度、灌注时间、导管埋深、孔内混凝土面标高、已灌注混凝土方数、拆管时间、拆管节数和长度、灌注中发生的事故和处理情况。

3.2.8桩基常见事故预防处理

（1）断桩处理：

如果灌注不久即出现断桩或断桩位于桩的下半部，则应当拔出钢筋笼，重新下钻头钻进至孔底标高后清孔，重新灌注。若断桩位置距地面较近，则应当即可停止灌注，改用挖孔桩方式挖至混凝土顶，凿除带有夹泥的顶层混凝土，之后通过空气中进行余下桩身混凝土灌注。

（2）钢筋笼上浮的预防：

为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架下端1m时，应降低混凝土浇筑速度，以减少混凝土上升的动能作用。钢筋骨架被埋入混凝土中4m以上时，再提升导管，使导管下端高出钢筋笼下端2m以上，再按正常速度浇筑。

（3）坍孔的预防处理：

为防止坍孔，尽量缩短成孔、清孔、下钢筋笼导管和灌注混凝土衔接时间。在同一墩台钻孔，应采取跳桩施工，以防止距离过近因震动发生透水、串孔、塌孔事故。

如果坍孔不严重，则可以回填至坍孔位置以上，通过优化泥浆性能、加高水头或者埋深护筒继续进行施工。如果坍孔较为严重，则应立即把砂砾石夹粘土全部回填至钻孔，待一定时间之后采用混凝土封闭加固孔口位重钻。如果坍孔部位较浅，可以深埋护筒，将护筒周围土夯实重新钻孔。

4　结束语

旋挖钻技术在桥梁桩基础施工中被广泛应用，该技术为我国桥梁建设的发展起到了非常重要的推动作用。大量的工程实践表明，在桥梁桩基数量大、工期短的情况下，与其他桩基施工方法相比较，旋挖钻施工技术不但具有很强的适应性，而且成孔速度快、成桩质量好、避免振损和降低噪音，同时还能减小扩孔系数，大大降低施工成本。

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［2］于江波.谈桥梁桩基础施工中旋挖钻机的应用优势［J］.化学工程与装备，2010（7）：91～92.

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颜展翔（1982-），男，工程师，本科，主要从事公路、桥梁与隧道施工管理工作。

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2095-2066（2016）16-0189-02

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