旋挖钻机在滇南山区高速公路桩基施工中的应用

旋挖钻机在滇南山区高速公路桩基施工中的应用

夏平

中铁五局集团成都工程有限责任公司，四川 成都 610091

摘要：本文对滇南山区高速公路桩基础工程中的旋挖成孔施工技术进行了介绍，并对其施工步骤及注意事项进行了全面的阐述，为今后在类似工程中的推广应用提供了参考。

关键词：旋挖钻机；高速公路；桩基

引言：近几年，随着施工技术的不断完善，逐步形成了冲击、旋挖等多种成孔技术，成孔直径超过3米，桩长超过100米。旋转钻孔施工技术因其噪音低、振动低、钻孔速度快、施工场地内可移动就位方便、占地面积少等特点而被广泛推广，特别是在一些工期紧、桥梁分布较分散的城市道路上。

1. 工程概况

勐绿高速公路属于沿边高速的重要部分，是云南省“十三五”“十四五”重点建设项目。项目主线全长210.72km，起于西双版纳勐醒，止于红河州绿春县。

本工区起止里程范围为K215+867～K220+801.607，正线长4.934km，其中桥梁长度占比76%，路基长度占比24%；沿线桥涵路基均有分布，具有桩径类型多（φ1.3～φ2.2m共8种合计716根）、桩长短不一（25～64m）的特点；典型桥梁如下：①者俄洛巴3号大桥(桥长643m、最长桩基64m）、②阿东特大桥(桥长1126m、最长桩基60m）、③窝迷小寨大桥(桥长466m、最长桩基45m）、④阿者洛马大桥(桥长706m、最长桩基39m)。

桥梁施工大部分沿河流、沟谷两岸斜坡展布，走廊带空间狭小，山势较陡，地形起伏较大，或跨既有道路。绿春县地处哀牢山南出支脉西端，为中山峡谷地貌，主要出露地层第四系冲洪积层（Qal+pl）和坡残积层（Qel+dl），由粘土、粉质粘土、碎石土等组成。

2. 旋挖钻机的基本特点

2.1采用电、液结合的设备操作控制，提高了设备的操作稳定性，增加了操作的灵活性。

2.2使用大扭力油顶动力头和可伸缩钻杆，该钻杆是一种特殊的钻具，并根据不同的地质条件，适时选用合适的钻具。

2.3施工时振动小、噪声低、转矩大、钻孔速度快、不产生泥浆回流、机械装置简易、机械搬运、较好地发挥桩侧摩阻力等优点。

2.4在粘性强的土壤中施工，易发生泥浆，影响作业效率。在砂质地层中，当泥浆的比重不合适时，会出现塌孔现象。在此类地质条件下，必须通过改变钻斗的形式、泥浆比重等方法来解决[1]。

3　施工技术

3.1旋挖钻机施工工艺流程

图1　旋挖钻机施工工艺流程

旋转式钻井设备的施工技术主要有两类：一是干式钻井，二是螺旋式泥浆护壁。这两种方法适用于不同的环境，当地下水位较低时，或在钻孔深度以下没有地下水时，采用干法进行钻孔施工是较为理想的。该泥浆起到保护孔壁、排出土渣的功能，并起到冷却、润滑钻头的作用。根据滇南地区的水文地质特征，采取了钻井法，并在此基础上进行了钻井成孔[2]。

3.2场地平整

旋转钻机半径大，钻杆高，为保证施工的安全性，必须对架空电线、通信线路等进行清扫。此外，旋转钻机的自身重量很大，所以要确保地面的平整，并且要有一定的硬度，防止塌方。

3.3钻机就位

在钻机就位后，用控制器调节钻杆的角度，保证了钻机的垂直。它的调节范围是：前倾10°，后倾6°，左右8°。若钻井时，井口倾角不超过0.30，则可自动调整。

3.4护筒埋设

护筒由δ=6 mm厚的钢板制成，护筒长2～6米，直径比设计桩大20厘米，护套底部高度高于地下水位1.5米，高于地面40厘米，护套与桩中心线一致，允许平面偏差不超过50 mm，垂直偏差不超过1%。护筒应竖直，桩中心误差不得超过2厘米，倾角不得超过1%。

3.5防渗泥浆

护壁土的水化速度快，造浆能力强，粘度大，其主要技术指标应达到：①胶体含量不小于95%；②含沙量不超过4%；③纸浆强度不小于2.5升/千克；④塑性指数在17以上（砂质粘土为15以上，超过0.1 mm的颗粒为6%）。护墙泥浆原料的选用和比例：水∶膨润土：碱： CMC=1∶0.1∶0.01∶0.001，并满足下列指标(见表1)。

表1：泥浆材料选择配比表

3.6钻孔

在桥墩基础上，采用旋挖钻机进行钻孔，其施工程序如下：

(1)在开凿之前，要检查各机械设备的状况，准备好的泥浆，保证水力管道的畅通。

(2)在正式钻井之前，首先要启动泥浆泵，并准备好相应的泥浆。

(3)钻头落地，转动开钻，利用钻头自身重量和压力进行钻进，然后转动、挤压钻头，使钻头注满泥浆后，再将钻头抬起，在钻头抬起时，及时给钻头注入泥浆，并维持井口。在钻进后，将钻头内的泥沙排出。关掉钻头的阀门，把钻头转向钻进位置，把旋转体的上端紧固住，然后再下钻。

(4)钻孔完毕后，进行首次清孔，将孔底部的泥沙清理干净。

(5)钻井工作必须持续进行，不能有任何间断。如停止钻井，应在钻孔上加保护罩，并将钻头顶出钻孔通道，防止被埋钻，同时保证泥浆表面的高度和泥浆比重和粘度符合要求。

(6)在钻进之前，将孔位的地质剖面画出来，悬挂在钻台上，以供选用合适的钻头、钻压、钻速、钻速、钻进比例。同时，时时留意土壤的变化，从土壤的变位中捞出渣样，识别出土层，并将其记录在表格中，与设计层进行对照。

(7)在钻井期间，及时补充损失、渗漏的泥浆，以确保井眼内的泥浆浓度，避免塌孔、缩孔等质量事故。

(8)在打孔期间，使用检孔机对井眼进行检测，以避免出现弯孔等意外。

(9)在钻探距离设计标高1 m时，应注意对钻进速度及深度的控制，避免过钻。

(10)在钻深达到设计要求的情况下，检查孔深，孔径，孔形，确定符合设计要求后，再进行清孔[3]。

3.7清孔和其它

清孔工作的实施主要遵循下列几个步骤：

(1)在钻孔深度满足设计要求后，应及时清除，防止沉渣沉淀，导致清孔的难度。

(2)清孔采用捞渣法，在钻孔达到设计高度后，将钻头缓慢提起，取出钻头，更换捞沙桶，捞出孔中沉淀的淤泥，然后注入经纯化的泥浆（相对密度1.03～1.10，粘度为17 S～20 S，含砂量不超过2%）。

(3)在清孔过程中，应使井眼泥浆表面的高度保持在地下或河道水位以下1.5～2.0 m，并保证泥浆的比重适当，防止塌孔和缩孔。

(4)在将泥浆（孔底，孔中，孔口）从孔中取出时，其平均值与纯化泥浆相当，待测到孔底沉积物厚度不超过设计指标时，立即停止清孔，将钢筋笼放入水中，根据情况进行二次清孔并进行水下混凝土的灌注，后续工作与传统的钻孔灌注桩相同[4]。

4. 结论

根据现场实践，旋挖钻机在勐绿高速的桩基施工中发挥了重要且及时的作用，满足施组工期及质量要求。与传统的循环钻机相比，采用旋转钻机可以大幅度地加快施工速度，以40米以下的单根直径小于1.50米的钻孔桩，其正常钻孔耗时3小时至4.5小时，比普通循环钻机可节省30小时。由于钻出的钻渣可以通过装载机和车辆直接倒出工地，既能保证工地的良好施工状态，又能达到环保的目的。同时，它的履带式机械结构不需要太高的场地处理，机动性强，场地内可以做到自行移动到位，可以极大地减少机械的搬运及转场时间，缩短工序搭接时间，节省建设成本，对同类工程具有很好的参考和借鉴意义。

参考文献：

[1]林观权.旋挖钻机在桥梁工程桩基施工中的应用探析[J].四川水泥,2020(11):344-345.

[2]喻文远.高速公路工程旋挖钻孔灌注桩施工技术[J].交通世界,2020(28):73-74+89.

[3]张彦伟.旋挖钻机成孔灌注桩技术在高速公路工程中的应用[J].工程建设与设计,2020(11):214-216.