桥梁桩基旋挖钻施工新技术的应用

桥梁桩基旋挖钻施工新技术的应用

白媛

山西路桥第一工程有限责任公司山西太原030006

摘要：旋挖钻施工作为一种环保、绿色的新型施工技术，具有施工速度快、效率高与污染低的优点。特别是随着桥梁工程规模的不断壮大与桥梁项目的不断增多，桥梁桩基的施工受到越来越多的关注，技术的规范性与技术的开发成为主要研究方向。

关键词：桥梁；桩基；旋挖钻

引言：随着桥梁项目的不断增加，桥梁的桩基数目也逐渐增加，当前桥梁的规模逐渐增加，桩基的直径也越来越多，对施工技术的要求也越来越高。传统的桩基施工技术利用冲击钻与转盘回转进行钻孔，往往施工效率有限，孔位间的转移难度大，而且施工的成本高，还会造成环境的污染。当前旋挖钻设备自动化程度高，机械化程度高，可以实现灵活的转位，不仅施工的质量高，成孔效率也较高，此外在深度上还优于传统施工方法。因此在桥梁的桩基施工中越来越多的倾向于旋挖钻机械。

1.旋挖钻机工作原理及特点

旋挖钻机械设备的结构形式基本相同，都包含液压行进系统、钻架、动力部分、履带式底盘与卷扬机等结构。旋挖机的工作原理为：全液压动力头向设备提供扭转力，之后在钻架上油缸的驱动下将压力传递到伸缩式钻头上，向其提供持续向下钻孔的压力，钻取的杂物经过钻头处的吸取装置吸入，在卷扬机的作用下排出到孔外。

旋挖机的主要特点有：结构紧凑，操作简单，具有较高的集成化与自动化，钻杆为伸缩式结构，可以大幅降低钻孔时间，节约人力，降低劳动强度；旋挖机的自由度较高，可以进行自由移动，工作部分在履带地盘上进行旋转作业，可以进行灵活施工，对孔精度高，降低辅助钻孔消耗的时间；与传统钻机相比，具有较大的扭矩，转矩可以根据地质需要进行调整，在各种环境中具有较强的适应性，同时钻孔效率高；履带底盘可以延展开，在钻孔过程中增加设备的稳定性，在移动过程中可以收回，增加运输过程的便利性；钻架上往往配有垂直检测设备，可以对钻架的垂直度进行检测，提示垂直度是否满足要求；该设备可以在不同深度、不同桩基与不同地质下进行多工艺的钻进，不仅满足钻进要求，还可以与跟管钻进钻头配合，实现与不同钻机形式的结合，用于切割桩、震动沉拔桩的挖掘钻进；但旋挖钻往往配件要求高，设备造价高昂，因此多数机组配置有限，限制了施工的开展。

2.桥梁桩基旋挖钻施工新技术的表现

作为桥梁施工的基础，桩孔发挥了重要的作用。桥梁桩基旋挖钻的施工工艺与钻孔流程不同于常规的挖孔作业，桩孔的形成依赖于封闭的钻杆与底部的一侧，地层的切割主要借助于伸缩杆头部的旋转装置，切削的残渣达到钻头上部，在提出钻头时带出桩孔或吸取到孔外。旋挖钻扭矩的传递顺序为压力-液态油缸-动力头-钻杆-钻头-切刀，减速过程中的扭矩传递为：权力动力中心-钻杆-钻头切削特性。所以旋挖钻设备的主要参数是扭矩与压力，钻杆可以同时接收来自压力与扭矩的作用，因此钻杆的要求较高，切削过程中钻探效果可以通过改变切削刃角进行转换。大型的旋挖钻在钻孔过程中可以依赖钻取残渣的压力进行钻井推进，如果地质条件复杂，难以满足压力需求时，可以借助汽缸进行加压，保障钻孔效果。在钻孔过程中，除了压力应满足要求，还应同时提供扭矩，在滚筒与钻杆摩擦压力的一同作用下实现钻孔。除了钻孔设备，还可以配合钻斗起重机进行钻杆的提升，将残渣带出孔外。

（1）桥梁桩基旋挖钻设备方面

旋挖钻新技术可以提升工作效率，搭配多种变幅机构，新型的设备可以实现与普通钻桶、砂转桶与短螺旋转的结合，应用在粘土层、卵石层与砾石层等的钻孔作业中。具有劳动强度低、适应性好与结构紧凑的优点。应用于高速公路立交桥桩基施工中时，可以在2-3H内完成20m桩基的挖孔，既方便位置转移，又可满足定位的精确性，基于液压伸缩履带底盘，在骨架上配合检测设备，提升对主机功率、定位、垂直度与钻孔深度等参数的检测水平，既保证了定位的精度，又可以在电脑设备的控制下实现自动调节，将指令传递到到各控制单元，实现人、机、电的协调配合。钻孔的质量远远高于传统钻孔设备，旋挖钻施工中可以增加杆件进孔后的摩擦力，加强对挖取泥浆的管理，保证成孔的质量。当前旋挖钻设备可以实现孔径3m、孔深度120m的桩基钻孔，钻井的最大扭矩高达620km，当前旋挖钻在钻头方面有很大的提升空间。旋挖钻的施工过程具有很好的环保性，可以降低噪音，同时可以配合减振措施，保护施工现场，降低对护壁的伤害。

（2）旋挖机工作参数方面

传统的钻床设备，旋挖转可以在履带底盘上进行360°的旋转，扭矩的可调整范围取决于机构的位移量，适用于土壤及砂砾层大直径的桩孔作业中。当前旋挖钻主要依靠进口，结构上相对紧凑，自动化程度高，便于操作，配合伸缩结构，可以大大降低作业过程中劳动强度。履带上方的伸缩结构展开后可以有效的提升钻井的稳定性，收缩时又可以增加运输上的便捷性。钻架上的垂直度检测仪可以实时采集钻架的垂直度信息，通过对比标准值，可以进行及时的报警，降低施工误差。设备的柔性大，通过改变配套设备的钻机，可以与BG25、R622HD等型号的结合，用于不同类型的桩基施工中。

3.桥梁桩基旋挖钻施工新技术应用中存在的问题及对策

（1）桥梁桩基坦孔的处理

桩基施工中出现坦孔主要来自：钻孔速度太快，钻杆上下移动幅度大，导致泥浆运动量大，增加了钻孔流量导致对侧壁冲刷力增加，还可能由于衬垫埋深位置的不合理导致。这种坦孔在河流区域内桥梁桩基的施工中比较常见，导致钻孔频频出现崩溃，这与参数的设置管理和护壁的处理有直接的关系。要改善此类问题，可以结合实际情况，将1：3的水泥砂浆注入到原孔内，保护结构降低伤害，恢复钻井时泥浆的比重保持在1.15~1.4之间，钻孔过程中忽略液位变化的影响，保持恒定的钻进速度，在提升过程中速度应保持在0.3~0.5m/s之间。

（2）桥梁桩基缩孔的处理

桥梁桩基的缩孔与孔壁的扩张有直接关系，如果泥浆性能差会造成水分流失，孔壁土壤吸收后，形成宽松的结构，造成一定程度的缩孔，此外桩施工过程中间距设置不当，也会导致土壤压力的异常，造成新的应力分布，导致孔壁出现软土蠕变形成缩孔。对某桥梁的桩基缩孔进行分析后，可以看出主要原因来自相邻两个桩基间土壤吸收壁扩展。要提升泥浆的比重，增加泥浆的粘度，减少水分的损耗，就需要保证钻孔的完整性，降低重复钻孔作业，提升混凝土的浇筑速度。如果缩孔情况严重，需要在收缩过程中灌注泥浆，保持4-5H后增加钻孔深度，在进行孔径的扩展，最终达到预期效果。

(3)加强对桩基钻孔的检查

近年来旋挖钻的施工项目中频繁出现各种事故，所以在工程施工过程中应加强对各个环节的检查，采用主动措施进行预防。造成旋挖钻施工事故的主要原因较多，可能是施工速度快，底部盖子密封性不好，也可能由于埋钻头数量多导致。因此地层特殊的区域可以利用钻斗挖掘或起重机直接提升法，清理干净钻柱周围的沉积物。

4.结束语

随着桥梁桩基项目的不断增多，桩基旋挖钻逐渐出现一批新技术，适应了社会的发展，弥补了国内钻孔技术的短板。施工单位要想促进企业效益的提升，就需要开发先进的施工技术，提升钻孔技术的科学性与合理性。

参考文献：

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