浅谈旋挖钻机在岩溶地区的施工工法

浅谈旋挖钻机在岩溶地区的施工工法

朱蔚

中铁六局集团有限公司路桥分公司  410000

摘要 通过介绍革井溪1号大桥桩基础施工，阐述了旋挖钻机成孔工艺及特点，旋挖钻机在岩溶地层中的施工工艺以及工程桩的质量控制。

关键字 桥梁桩基础 旋挖钻机 工法

一、工程概况

1.1 工程概况

利川至咸丰高速交通公路，简称利咸高速。发起于利川城西天鹅池，和已建的沪渝高速交通公路交叉，向南经利川市忠路镇、沙溪乡，咸丰县小村乡、唐崖镇，止于咸丰县高乐山镇小模村附近，和恩黔高速交通公路交叉，同时对接在建的宣咸高速交通公路。是连接湖北利川至湖北咸丰的快速通道，其中湖北恩施利川段采用旋挖钻工法占比70%，该段地层溶洞广泛分布，地质极其复杂。革井溪1号大桥共174根桩基，其中φ1.8m桩基72根，φ2.0m桩基94根，φ2.2m桩基8根，最大桩长40m，最小桩长14.5m，全部为嵌岩桩。

1.2 工程地质特征

地表层为素填土，以棕红色为主，松散、稍湿，其有效组分为粉质黏土，包含少量碎石颗粒及绿色植被根系，粒径0.1cm~0.4cm；表层素填土以下开始是卵石层，卵石含量65%左右，粒径2cm~15cm，个别达到20cm，母岩成分为砂岩、间隙充填黏土及砂砾石；卵石层以下开始是中风化石灰岩，主要成分为方解石，节理裂隙更为成长发育，岩芯主要是柱状，少许裂开呈块状，一般节长5~35cm；中风化灰岩以下开始是第一层溶洞，为全填充状态，充填成分主要是黏土夹灰岩碎屑；第一层溶洞以下接着是第二层溶洞，也是全填充状态，充填成分主要是黏土夹灰岩碎屑，由多个15~25cm小洞组成，期间有灰岩间隙，呈串珠状；溶洞以下接着是中风化石灰岩，浅灰色，层状组成结构、节理裂隙成长发育，裂隙多被方解石填充，岩芯主要是碎块状，局部溶蚀较强烈，岩芯破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

二、旋挖钻机的成孔作业流程

2.1 施工准备

2.1.1 技术准备

熟悉和分析施工现场的地质条件以及水文资料以及设计图、综合设计资料文件、项目施工建设专业技术标准规范和质量需求、使用的施工方法和材质要求等，对上述材料分别对相关现场负责人及技术员进行交底：

⑴、合约里，针对项目施工建设专业技术综合管理和监理方法，合约条文要求的法律法规、经济法定责任和建设工期.

⑵、综合设计资料文件、施工设计图纸以及说明要点等主要信息.

⑶、分部、分项项目工程的建设施工特征，质量需求.

⑷、施工技术方案.

⑸、项目工程合约专业应用技术标准规范、运用的工法或者工艺技术操控管理标准章程.

⑹、物质材料的特征、专业应用技术需求及节省举措手段.

⑺、季节周期性建设施工举措手段.

⑻、各单位在建设作业里的相互配合、设施组合、交叉作业及特别关注.

⑼、测试实验建筑工程投资项目的专业应用技术参考标准，以及应用的标准章程.

⑽、满足适合项目工程具体内容的科学探究项目、四新项目和先进专业应用技术、宣传推广使用的专业应用技术需求.

⑾、安全、文明、环保施工具体要求.

由实际现场主管专业应用技术员，可以配合分工程项目部向实际现场建设施工班组、施工作业者展开专业应用技术、操控管理、安全、环境保护交底， 充分保障项目施工作业流程的综合质量和人身自由安全.

2.1.2 机具准备

280型、360型、400型全液压旋挖钻机，20吨级挖机，25吨级吊车等。

2.1.3 材料准备

原生产加工材料：水泥、金属钢筋等由分指测试实验工作者，按照规定要求展开检测，并且报驻地办监理工程技术责任人检测，充分保障原生产加工材料质量，满足相对应的参考标准.

2.1.4 作业条件

⑴、开钻前，活动场地应该实现三通一平，也就是路通、活动场地平滑，结构地基不好，将会对作业面用挖机换填全面处理，从而满足钻孔作业机器设备的稳定持续性需求。

⑵、在施工现场设置“四牌一图”,即工程概况牌（200×1500米米）,工程公示牌（2000×1500米米）,安全、质量、环保目标公示牌（2000×1500米米）,施工标识牌（800×600米米）及施工平面布置图（2000×1500米米）。

⑶、建设施工实际现场耗电应用三相五线制体系和三等级匹配电二级保护模式，接地额定工作电阻数值不可以高于4Ω；供应电源连接线路始端、终端需要做重复接地。耗电机器设备实施“一机一闸一漏一箱”制；严禁运用一个控制开关直接控制管理两台以上的耗电机器设备。

⑷、用挖机及时清理钻渣,保证施工现场道路畅通。

2.2施工工艺

2.2.1 护筒制作和埋设

护筒应用150毫米金属钢板设计制作，护筒高3m，护筒内径应该大于钻头的直径，护筒中心竖直线应该和桩中心对称轴线重合，桩位偏差不大于5cm，倾斜依靠度不高于1.0%，护筒埋设好以后，钢护筒埋置高于建设施工道路地面0.3米左右，并用旋挖钻钻头夯击密实，然后再用水准仪确定护筒顶固定点的标高，根据图纸桩底设计标高计算出钻孔深度。

2.2.2 泥浆制备

2.2.3钻机钻孔

⑴、开始钻孔作业，钻进作业时应该先慢后快，开始每一次进尺是40-50厘米，确定地下有没有不利地层，进尺5米后例如钻进作业正常，能够合理地增大进尺，根据不同地质选择不同进尺深度。

⑵、钻进作业过程里钻头部件起落应该平均，不得过猛或者骤然变速，钻孔作业分班交替作业时，交接班时应交代下一班注意事项，钻进过程中应当随时检查孔的稳固、垂直度，以防造成孔的偏移或者倾斜、塌孔等不良现象的出现。因故停钻时，钻机应当将钻头提至地面安全处，孔口加护盖。

⑶、钻进期间应对泥浆的基本指标展开监测，重点检测含砂率和比重，在掘进的同时，泥浆泵根据孔内泥浆高度实时开启或者关闭，避免因加注过多、溢出孔外，导致环境污染；或者因加注过少，导致缩孔或者塌孔。

2.2.4 成孔检测

⑴、桩基成孔以后，通过经纬仪或者GPS全站仪复测桩中心孔位置以及护筒标高，用测绳测量孔的实际深度。

⑵、沉渣厚度检查：

沉渣厚度不大于5cm。

2.2.5 清孔

⑴、一次清孔

成孔达到设计要求时，调试泥浆参考指标，发现超过标准及时迅速修改调整。然后将钻头部件放入孔底扫孔，清孔必须彻底，清孔结束，测量孔深，作为是第2次清孔后测沉淤的参考依据。

⑵、二次清孔

导管吊放结束之后，用参考标准测锤测沉淤数值，调试进、对外出口泥浆参考指标，使用水泵或加气的模式二次清孔，孔底沉渣一般控制管理在≤50mm作用范围里。

2.2.6 钢筋笼制作和下放

⑴、钢筋笼的制作执行《钢筋加工及安装作业指导书》。

⑵、金属钢筋笼应用炮车交通运输、吊车安放：起吊金属钢筋笼的时候，吊钩处用滑轮和金属钢丝绳链接钢扁担，钩挂金属钢筋笼，起吊用双吊点，第1吊点设置分布在骨架的上端，运用主钩起吊.第2吊点设置分布在骨架的中心点到三分点相互之间，在起吊的时候，先起吊第1吊点，将骨架稍提出，再和第2吊点同时起吊.待骨架离开道路地面之后，第2吊点暂停起吊并且松金属钢丝绳，持续到骨架和道路地面垂直后第1吊点暂停起吊，解除第2吊点金属钢丝绳，迟缓移动金属钢筋笼。

⑶、以护筒顶面为基本标准面，量测金属钢筋笼，当金属钢筋笼到达综合设计具体位置的时候，当金属钢筋笼需接长的时候，先将第1节金属钢筋笼使用架立筋暂时固定安装到护筒位置，之后吊起第2节金属钢筋笼，对准具体位置用焊接加工或者套筒链接.焊接加工时能够运用数台电焊机同时焊接加工。

⑷、金属钢筋的固定，能够应用在金属钢筋笼结构主筋上焊定四根吊筋，将金属钢筋笼固定，金属钢筋笼安放结束之后，在金属钢筋笼对称金属钢筋上帮十字线，链接单桩护桩，用吊垂检测两十字交叉作用分布点是不是重合，在不满足需求的时候，应该修改调整穿杠上的金属钢筋笼吊筋，使其重合。

⑸、金属钢筋骨架的设计制作和吊放的许可误差是：

结构主筋有效实际间距±10毫米；螺旋筋有效实际间距±10毫米；骨架有效实际外径±10毫米；骨架倾斜依靠度±0.50%；骨架安全保护层有效厚度±20毫米；骨架中心分布作用平面的具体位置20毫米；骨架顶端的实际高程+20毫米，骨架结构底面高程±50毫米。

2.2.7 安放导管

⑴、导管运用之前，运用气提升泵展开水密承压测试实验。在试压之前，将导管一头完全密闭，从另一端里将导管内注满水，用具有进气管的导管完全密闭端头将导管完全密闭，将气提升泵气管和导管进气管链接，加压作用到了0.6兆帕斯卡，持压两分钟，观测导管有无漏水问题实际现象。

⑵、检测导管外形，导管内壁应该圆滑，局部沾有灰浆的，都应该清洁处理干净，有局部性凸凹的导管不予运用。

⑶、导管应用吊车配合人力安装设置，导管安放的时候，眼观，人力配合扶稳使其位于金属钢筋笼的中心，之后稳定沉放、预防卡挂金属钢筋骨架和碰撞到了孔壁。

2.2.8 混凝土罐筑

⑴、混凝土由罐车运送到了实际现场之后，应用吊车吊储料斗运展开灌注。为充分保障灌注的全面推进，砼灌注前要第一步精确运算出第一批砼方量，埋置实际深度（大于等于1.0米）和填充导管底端的要求.具体见下表：

不同桩径首批混凝土方量计算表

⑵、灌注中,每车混凝土灌注实现或预计拔导管前量测孔内砼面具体位置，从而方便及时迅速修改调整导管有效埋深.导管有效埋深一般控制管理在4～6米相互之间。

⑶、钻孔作业灌注桩建设施工的全过程里,现场技术员应真实可靠地做好记录,登记最终结果应该经监理工程技术责任人认同，如钻孔作业登记、终孔作业检测登记、砼灌注登记。

三、施工过程中可能出现情况的处理措施

3.1 钻进过程中遇到溶洞处理方法

3.1.1 根据收集到的地勘报告作业,在距离其溶洞顶板500毫米以后,可以更换筒钻，采取研磨方式逐渐钻进,直到穿越顶板，地质勘查报告只能作为参考依据，操作时还需要仔细观察,判断地层实际情况，操控管理应用轻加压作用钻进作业，严禁大加压作用力钻进作业，从而有效预防产生斜孔问题实际现象而造成卡钻。

3.1.2 为防止偏孔和卡钻，将原来标配1.2m筒高的钻头改成1.8m，增强钻头的导向性。

3.1.3 因溶洞导致漏浆的成孔，可以先施工至溶洞处、停止钻进，然后用C20混凝土灌注或者水泥灰加黏性较强的黄土混合搅拌回填，回填超过溶洞位置往上2d（成孔直径的2倍）即可，待混凝土（混合水泥黄土）凝固24小时以后，继续钻进至施工深度。

3.2 斜岩处理方法

3.2.1 对于斜岩部分，先采用加长高度的筒钻掘进取芯，如果取芯不出来，再采用双底捞沙斗破碎掘进。

3.3红砂岩施工技巧

3.3.1 入岩旋挖钻机所应用钻斗，经过科学合理布齿，使齿间互相为对方创造自由面，为有效入岩创造基本条件。从岩石破碎理论可以得知，自由面有助于岩石破碎，而自由面还需要参考依据岩石有效硬度、脆性、分形分布维度和表层能全方位思考。针对相同地层运用同一钻进作业弯曲作用扭矩，应用不同的斗齿刃前角度，其钻进作业工作效率同时也是不同的。所以，选择恰当的刃前角，才可以提升进尺工作效率。

3.4 灰岩施工技巧

 基于岩石破碎机理，在钻进过程中，先采用小直径嵌岩筒钻（不取芯）钻进，增长岩层自由面，以减少其应力水平，使其有助于有效大直径筒钻逐渐钻进作业，提升其总体效率。换用嵌岩短螺旋钻头部件入岩，破碎岩芯以组成结构孔底自由面。换用有效大直径不取芯筒钻以逐渐松动矿石岩面，最终用嵌岩旋挖钻斗钻进作业取渣。重复以上步骤顺序，旋挖钻进作业到了综合设计实际标高。

3.4.1 旋挖钻进至硬岩基层时，应用小直径不取芯嵌岩筒钻钻进松动岩芯。

3.4.2 换用嵌岩短螺旋钻头入岩，破碎岩芯以组成结构孔底自由面。

3.4.3 更换使用大直径不取芯钻头部件（比桩径小30厘米）逐渐松动矿石岩面（本步骤视具体情况而定）。

3.4.4 最后采用嵌岩捞沙斗钻进取渣，重复以上步骤顺序，一直到钻进作业到综合设计实际标高。

四、结语

本次工程项目灌注桩测试应用了声波透射法、低应变法两大类模式。参考依据测试数据信息、地质参考资料和建设施工登记，本项目工程桩身混凝土组成结构是：Ⅰ类桩100.0%、桩身完整，由此可见：本文指出的建设施工专业应用技术及质量管理控制方法的时候，是能够执行的，可以为其它相似项目工程供应模仿参考。

参考文献

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