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旋挖钻机施工工艺及质量控制

   摘　要：根据宁常高速公路成章互通主线跨省道239桥的施工经验，介绍了旋挖钻机在钻孔灌注桩施工工艺，并提出了旋挖钻机施工过程中的质量控制措施。
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一 前言
　　随着高速公路的迅速发展，钻孔灌注桩运用在公路桥梁基础工程中日益增加，在大中桥梁中的运用显得愈来愈重要，同时也促进了桥梁钻孔灌注桩施工技术的快速发展。近几年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，该施工方法主要特点是施工效率高，适用于工期要求紧的工程项目。在成章互通主线跨省道239桥桩基施工中发挥了充分的作用，同时使现场技术人员掌握了新技术，加块了施工进度，确保了工程质量。

二 工程概况
　　成章互通主线跨省道239桥位于常州市武进区嘉泽镇成章南，桥梁角度90°，桥梁全长692.85m。基础采用钻孔灌注桩，桩径分别为1.4m、1.5m，桩长45m、47m、50m、不等，数量为124根。地基岩土主要以可塑或硬塑状中偏低压缩性粘土、亚粘土、中间夹有中密－密实状态的粉砂层及中密－密实状态的亚砂土层为主。

三 设备特点
　　用于桩基施工的旋挖钻机是东明TRM140型，其最大扭矩140KN.m，最大旋挖速度6-23rpm，发动机功率192KW，最大桩径1500mm。适用于粘性土、粉质土、砂土等土层施工，该钻机通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土，反复循环而成孔，并具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、噪音小、环保的特点。

四 工程施工
　　（一） 施工方案确定
　　根据该桥址处地质情况、施工工期要求紧、施工场地受到限制、环保等因素，易选用旋挖钻机成孔。
　　（二） 施工准备
　　施工图纸的会审，测量放样，施工场地平整，机械设备、材料的进场。组织施工人员对施工现场进行深入的调查和研究，收集与施工相关资料，采用合理的施工组织方法，使桩基施工保持连续、均衡、有节奏地进行。
　　机械设备投入旋挖钻机2台（东明TRM140型），配备泥浆泵，16~25T汽车吊2台等设备。
　　（三）施工工艺
　　1. 机械就位、护筒埋设
　　施工场地平整处理，保证旋挖钻机底座场地应平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生沉陷。
　　桩位确定后，利用十字线放出四个控制桩位，并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。
　　护筒埋设：护筒由厚度4－6mm钢板制成，护筒直径比桩基孔径大100－150mm，每节护筒长度1.5-3.0m，护筒至少高出地面30cm。以防止杂物、泥水流入孔内。
　　旋挖钻机在埋设护筒时，应由人工进行辅助配合，护筒埋设利用旋挖机的钻斗挤压作用做相应的调整。
　　2. 泥浆调制
　　因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，为此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。由于地基岩土中又夹有粉砂土层、亚砂层，地面水位较高的特点，调制出良好泥浆的各项性能指标尤为重要。
　　泥浆相对密度：1.02－1.10，粘度：18－22s，砂率≤4％，泥皮厚度：＜2mm，PH值：大于7。
　　施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生施工事故。
　　3. 钻孔施工
　　旋挖钻机采用筒式钻斗。钻机就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部，保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。如下图所示。
　　4. 改善钻斗护壁能力
　　旋挖钻机施工初期，提升料筒时，发现提升力显着增大，有孔壁颈缩现象。经过详细分析，由于筒式钻斗完全无护壁作用，在提升钻斗时，其下部产生较大负压力作用，致使产生“吸钻”现象，从而造成孔壁颈缩现象。因此，必须对筒式钻斗进行改进。在筒壁上加焊4块双曲面护壁钢板（或增设导流槽），两两对称布置，为防止升降时碰怀孔壁，钻头旋转时双曲面护壁钢板直径小于孔径2cm。由施工现场实践得知，改善后的钻斗在提升过程中液压系统压力显着减小，钻孔颈缩现象得到改善。
　　5. 控制钻斗钻进、提升速度
　　(1) 旋挖钻机钻机过程中应严格控制钻进速度，避免钻进尺度较大，造成埋钻事故。
　　(2) 若钻机升降钻斗时速度过快，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较大负压作用，造成孔壁颈缩、坍塌现象。所以钻斗提升时应严格控制其速度，经现场实践得知，钻斗升降速度保持在0.75－0.80m/s。当钻斗粉砂层或亚砂土层时，其升降速度应更加缓慢。

五 钻进施工时出现卡埋钻的控制措施
　　卡埋钻是旋挖钻机最易发生的施工事故，因此，施工过程中应采取积极主动的措施加以预防。当钻机施工时出现卡埋钻现象时，采取切实可行的措施及时进行处理施工事故。
　　处理卡埋钻的方法如下：
　　(1) 直接起吊法：采用吊车直接向上起吊即可。
　　(2) 钻斗周围疏通法：即用水下切割或反循环等方法，清理钻筒周围沉渣，然后起吊即可。

六 施工注意事项
　　(1) 由于钻机设备较重，施工场地必须平整、宽敞，并有一定硬度，避免钻机发生沉陷。
(2) 钻机施工中检查钻斗，发现侧齿磨怀，钻斗封闭不严时必须及时整修。
　　(3) 泥浆初次注入时，垂直向桩孔中间进行入浆，避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部，致使护筒底部土质松散。
　　(4) 因粘土层中钻进过深易造成颈缩现象，在钻机施工时应严格一次钻进深度。
　　(5) 钢筋笼或探孔器向孔内放置时，应由吊车吊起，将其垂直、稳定放入孔内，避免碰坏孔壁，使孔壁坍塌，在砼浇筑时出现废桩事故。
　　(6) 根据不同地质情况，必须检测清孔后灌注砼时泥浆性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用。
　　(7) 其他施工工艺事项，应严格按照桥涵施工技术规范和标准进行施工。

七 旋挖钻机TRM140型成孔优点
　　(1) 因该钻机操作由全液压系统控制，能保证桩基垂直度、孔位、孔深、沉淀厚度等各项指标全部达到施工规范要求。
　　(2) 该钻机适用不同地质情况，成孔效率高，约6h左右即可成孔，1天成孔3-4个，是该桥回旋钻机成孔的5-6倍，因此使用于工期要求紧的工程项目。
　　(3) 孔壁稳定性好，成孔后清孔彻底，施工进度快。
　　(4) 施工噪音低，不污染环境，使用于环境保护要求高的施工地区。

八 结束语
　　通过本次施工，旋挖钻机施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保的优点。由于旋挖钻机所形成的孔壁较粗糙，增加了桩侧摩阻力，克服了回旋钻机桩侧摩阻力低，以及孔底沉渣多，泥浆管理差的缺点。尽管旋挖钻机投资较高，但适应性强，最终的经济效益综合指标还是远大于回旋钻机，可见旋挖钻机是一种理想的施工工艺。

　　参考文献
　　[1] 郭玉文旋挖钻机在北京城市铁路高架桥桩基施工中的应用 [J]．铁道建筑技术，2001，(12): 5-7.
　　[2] 周红军我国旋挖钻进技术及设备的应用与发展[J]．探矿工程，2003，(2):18-21.