城市高架桥桩基施工中旋挖钻机的应用研究

徐艳鹏

（中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361000）

1 理论分析

1.1 旋挖钻机简介

在市政高架桩基工程施工过程中，越来越多的技术人员选择使用旋挖钻机，通过钻孔灌注桩方式来施工桩基，该施工方式具有广泛适应性且可在过程中移动钻机，满足不同施工需求[1]。采用旋挖钻机辅助施工，成孔快、质量高，施工中对周围环境污染及噪音较低，对促进城市高架桥桩基施工具有重要现实意义。

旋挖钻机属大功率设备，其自身具有灵活性、机动性、高功率等特点，在实际施工过程中可针对不同地质及区域达到针对性操作，施工现场适应能力强，因此，旋挖钻机在桩基工程施工中有着较为广泛的应用[2]。一般施工时，为确保旋挖钻机施工得到的基础桩基成孔满足实际施工需求，需针对工程特殊性选择不同钻头施工。

1.2 旋挖钻机原理及特性

（1）旋挖钻机原理。采用旋挖钻机施工中以动力头作用牵引，钻杆、钻头处有较大扭矩，其可对施工土体快速旋转切削，加压油缸为其提供动力，使钻头在土层中逐渐深入运动，开展钻进。钻进中，钻头内部渣土以主卷扬提升伴之排出，确保钻头有充分钻进空间，最后完成灌注桩桩孔建设工作。

（2）旋挖钻机特性。一方面，旋挖钻机落实到钻孔灌注桩施工当中，其自身工作效率较高，施工后钻孔无需过多修理即可投入使用，施工质量有保障且不会产生较多泥浆污染物，施工污染较小，符合国家绿色、环保建设需求。另一方面，采用旋挖钻机施工，其设备购置及维护上需大量资金投入，实际运行成本较高，需专业人员维护。

2 工程概况

慈溪胜陆高架桥公路工程，北起沈海高速，向南接慈溪胜新公路，先后跨越建附公路、胜山大道等多个城市主要干道，工程终于慈溪市前应路，路线全长14.659km。第LJ-5 标段主线起讫桩号为K11+419.0～K14+659.0，路线长3.24km。主要施工内容有主线及辅路工程的路基、桥涵施工及缺陷修复，其中主线高架桥2894m，匝道桥1321.5m，改造地面桥梁65m。

该工程建成是为了缓解慈溪内交通拥堵、缓解交通压力。本项目为全线上部结构为现浇箱梁的高架桥工程，下部钻孔灌注桩基数量达816 根，桩基直径多以1.2m 为主的群桩，本工程以旋挖钻机施工钻孔灌注桩。

3 旋挖钻机施工实施

3.1 钻机筛选

通过对该城市快速路网优化工程实际施工地区分析，慎重考虑后，选择三一SR-280R 旋挖钻机辅助施工，该钻机实际扭矩达到285kN·m，摩擦杆最深可钻进约84m 深度，满足城市高架桥桩基施工需求。

3.2 施工工序

旋挖钻机施工钻孔灌注桩步骤如图1所示。

3.3 施工准备

施工开始之前需对实际施工区域进行修整处理，清除场地垃圾及不必要临时支护，针对影响施工稳定运行的软土，在施工前对其填料并压实，增加土层密实度。此外，需合理规划施工地表，做好排水规划工作，避免实际施工开始后旋挖钻机受土壤含水量影响发生倾斜或位移，影响钻孔桩施工准确性。

需针对施工设计要求，对施工区域预备打桩桩位精确测量、放线，标注清楚灌注桩位置。在桩位设置旋挖钻机，调整钻机实际桅杆，控制桅杆处于垂直状态，保证旋挖钻机能够正常工作。另外，旋挖钻机就位需保证钻头中心和桩位中心处于重叠位置。之后调试设备，确保设备正常运行，锁定设备施工参数，为施工建立安全保护。

3.4 泥浆准备

本工程地下水位较高且施工地质以淤泥和淤泥质粘土为主，地层中夹有粉细砂土，流塑性大，在钻孔施工过程中容易造成缩颈、塌孔以及孔底部沉渣厚等情况，严重时易出现问题桩、断桩。因此钻孔施工过程中必须采用优质高性能膨润土泥浆泥浆护壁，确保成孔质量。

当在粘性土中钻孔施工过程中，塑性指数＞15 时可利用原孔内泥土造浆，若原土造浆的泥浆性能指标不能满足施工护壁要求时，则应当另外拌制泥浆。钻孔灌注桩泥浆采用膨润土拌制，且针对不同的地质层根据泥浆的性能指标要求进行泥浆配制。桩基钻孔施工时通过泥浆泵及时向孔内连续补浆，保持护筒内泥浆量，防止孔壁坍塌。桩基灌注时孔内多出的泥浆引流至泥浆池内，用于下一桩基的钻孔施工。

图1 旋挖钻机施工流程图

3.5 护筒埋设施工

钢护筒具有导正钻孔位置、控制桩位、防止孔口坍塌等诸多作用，应严格控制互通埋设精度。依据现场施工地质条件，为保证孔壁安全及对施工成本的控制原则，确定钢护筒长度为4～6m，钢护筒采用10mm 钢板卷制，护筒直径＞桩径20cm为宜。护筒焊接采用双面焊，必须严格按照规范执行，护筒竖焊对接应相互错开≥1m。

护筒埋设前应先精确放样出桩位中心，并引出四角控制桩，以控制护筒埋设位置。控制桩采用φ12mm 钢筋制作，入土中至少30cm，控制桩必须经过精确测量、技术人员复核无误。

护筒埋设时，先用钻机挖出一个和护筒同直径的孔，然后将护筒对正下放，再固定到位。钢护筒周围填土必须密实，防止漏浆，护筒中心偏差≤50mm。护筒埋设完成后，技术人员必须复测护筒各项指标，合格后合格后方可进行下一步施工。

3.6 旋挖成孔操作

旋挖钻机施工时，将施工的泥土从钻机钻斗中运出，运到孔外排出，多次重复上述步骤，确保钻进到规范深度后停止钻进。将钻进排出的泥土经专业运输车运出，注意运输避开城市交通高峰期，避免泥土运输给周围环境造成破坏。泥土运送到指定堆放位置。在实际施工中，还应注意以下几点内容：

（1）为避免孔壁坍孔事件，工程实际施工中以静态泥浆对护壁进行合理维护[3]，施工不断开展的同时应及时补充泥浆，确保泥浆高度处于护筒底部约1m 以上位置，避免泥浆缺失，施工中断。

（2）实际钻进中对泥土取样调查，及时记录钻进深度，针对泥土土质不同，对旋挖钻机的参数进行及时调整。

（3）为避免旋挖钻进出现超钻深度问题，钻进中还需避免出现错误，操作过程中切实注意钻机读数与实际测量孔深进行对比，防止超钻。

3.7 清孔处理

钻孔到指定深度之后需在钻孔结束后立即进行清孔，避免沉渣积攒过多，影响后期工作开展。此外，清孔作业应保持孔内水位、水流稳定，避免出现塌孔。

3.8 钢筋笼安装

钢筋笼安装采用分节下放方式，下放时严格控制下放速度。缓慢、均匀地起吊，确保钢筋笼沿扁担梁稳定上升，竖起后使其自然下去，避免钢筋笼在孔内摆动，碰撞到孔壁引发塌孔现象。钢筋笼施工完成后需再次进行清孔，清除孔内沉淀杂物。

3.9 水下混凝土浇筑

钻孔灌注桩灌注过程中导管埋深宜控制在2～6m，拆除导管后最底部导管底口的埋置深度应＞2m。混凝土灌注时必须经常测量砼面标高，以确定导管埋深及是否拆导管。另外，拆除导管前及时核算现场混凝土方量，测算灌注混凝土标高与实际混凝土方量是否匹配，防止出现差错。

当砼灌注临近结束时，由于混凝土粘稠度大，可用测锤仔细测量砼面高度，并核对灌入混凝土的方量，以确定所测砼面的高度是否准确，当标高达到预期高度时则停止灌注，及时拆除导管[4]。灌注完成后砼面应高出设计桩顶标高1.0m 以上，从而保证桩头砼质量。

4 不同地质条件下旋挖钻机应用

该工程实际施工中，针对地质条件不同，对应旋挖钻机施工工艺也存在差异，以下就不同地质条件下的具体施工进行分析：

（1）松散填土层。工程部分桩基地质为松散填土层，其主要由人工填充土组成，主要以耕植土和沙包土为主。该土层压缩性一般，但较松散，旋挖钻机运行中孔壁塌孔隐患较大。因此，工程以长5m、厚12mm 钢护筒辅助施工，将钢护筒打入地下，穿越土层，以泥浆护壁方式维护，避免松散填土钻孔出现坍塌[5]。

（2）粉质粘土层。部分主梁区域为粉质粘土层，该区域施工时钻进速度快、泥浆消耗低。因此可采用螺旋钻头，以干成孔为支持，后以筒钻对成孔扫孔，保证桩基施工稳定。

（3）中风化泥质粉砂岩。中风化泥质粉砂岩处施工，该地址岩石强度大，存在打滑问题，为解决这一问题对旋挖钻机钻头调整，以短螺旋钻头破碎硬度大的岩石，之后更换为回转钻头钻进，达到施工设计深度后停止作业。

5 结束语

综上所述，旋挖钻机自身效率快、施工质量高、环境适应力强，文章结合工程实例进行分析，在市政高架桩基施工中采用旋挖钻机施工，针对不同地质采取不同钻进方式，并做好每一步施工步骤，最终高架桥桩基质量稳定可靠，提高了桥梁的整体建设质量。