旋挖鉆機施工工藝及質量控制

要彥波

【摘要】隨著我國社會經濟的快速發展和技術的不斷進步，大型工程建項目建設不斷竣工，工程建設技術含量越來越高，橋梁施工技術得到極大的發展，大橋、特大橋的不斷涌現，以往的施工機械及技術顯然已不能滿足需要，近年來出現的旋挖鉆機施工，較沖擊鉆、循環鉆等顯現出了極大的優越性；現結合紹興濱海產業集聚區錢清至濱海工業區公路工程第1標段橋梁樁基工程，就旋挖鉆機的施工工藝、特點、注意事項及優越性進行簡要闡述。

關鍵詞：旋挖鉆；工藝；優越性；注意事項

中圖分類號：K928文獻標識碼： A

引言：隨著我國社會經濟的快速發展和技術的不斷進步，大型工程建項目建設不斷竣工，工程建設技術含量越來越高，橋梁施工技術得到極大的發展，大橋、特大橋的不斷涌現，樁基施工越來越多，以往的施工機械及技術顯然已不能滿足需要，近年來出現的旋挖鉆機施工，較沖擊鉆、循環鉆等顯現出了極大的優越性；現結合紹興濱海產業集聚區錢清至濱海工業區公路工程第1標段橋梁樁基工程，就旋挖鉆機的施工工藝、特點、注意事項及優越性進行簡要闡述。

一、工程概況

1、工程概況

紹興濱海產業集聚區錢清至濱海工業區公路工程第1標段，主線起訖樁號K0+000~K5+300，除主線外另含一條連接線，即連接線I。主線起點杭金衢連接線與柯袍線平交處，起點K0+000，路線自南向北，跨越東小江，經遺風村、蜀風村東側穿過，利用規劃稽山路北延走廊北至徐家畈后，路線走向轉向由西向東，跨越盛陵江后，于李家溇北側至合同設計終點，樁號K5+300，合同段主線長5.3km。

連接線I起點位于紹興縣安昌鎮徐家畈北側與主線平交處，起點LIK0+000，路線自東向西，跨越九墩直江，至安昌鎮鼎豐鋁業南側村道，終點樁號LIK1+098.246，全長1098m。

工程由路基、路面、橋梁涵洞組成，其中橋梁8座，大橋5座，中橋2座，小橋1座，東小江大橋為本工程的關鍵工程；路基由軟基工程和路基填筑組成；路面由水穩層、瀝青路面及附屬工程組成。工程總造價4.227億元。

2、工程地質

本合同段位于海積平原區，為軟土路段，表層為硬殼層，厚度0.5～4.7m，局部夾海積粉土層，厚度較薄，沿線地表填土分布較為廣泛；下伏為厚層海積淤泥質土層，流塑，厚度6.4～35.9m，近山前厚度急劇變小，壓縮性高，性質差；中部為厚層海積淤泥質土層，流塑～軟塑，厚度2.8～28.5m，壓縮性高，性質差，其下為海積流塑～軟塑粉質黏土，局部夾沖湖積硬土層；下部為沖湖積硬土層、沖積粉細砂、礫砂、含黏性土圓礫（卵石）層，性質較好。

二、工程試樁及方案比選

工程正式開工之前，項目部從保證工程建設工期、工程建設質量、工程實施安全等方面進行了充分的準備工作；由于整個標段地質變化不大，為避免試樁過程中相互干擾，致使數據采集失真，因此試樁選擇在蜀風2#橋和九墩直江大橋分開進行，蜀風2#橋和九墩直江大橋分別采用正循環鉆機和旋挖鉆機進行了試樁。

試樁數據對比

三、旋挖鉆機的應用

旋挖鉆機是一種適合建筑基礎工程中成孔作業的施工機械。旋挖鉆機適用于粘性土、沙類土，含量較小的礫石、卵石層，軟石層，強風化巖層、等地質情況，地勢平坦的地理環境條件下作業，近年來隨著材料科學的進步，已經在更廣泛的地質中使用，在灌注樁、連續墻、基礎加固等多種地基基礎施工中得到廣泛應用，旋挖鉆機的額定功率一般為125～450kW，動力輸出扭矩為120～400kN·m，成孔直徑可達0.8～4m，最大成孔深度為60～90m，可以滿足各類大型基礎施工的要求。

1、旋挖鉆機的發展以及國內現狀

旋挖鉆機在二戰以前首先在美國卡爾維爾特公司問世，二戰之后在歐洲得到發展，1948年意大利邁特公司首先開始研制，接著意大利、德國開始發展，到了70～80年代在日本得到快速發展，當時日本稱之為回轉斗成樁，也叫阿司特利工法（EarthDriII），在德國、日本這類工法相當普遍。中國在80年代初從日本引進過工作裝置，配裝在KH-125型履帶起重機上。1984年，天津探礦機械廠引進美國RDI公司的旋挖鉆機并進行消化吸收。1987年在北京展覽館首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）產品，1988年北京城建機械廠根據土力公司的樣機開發了1.5m直徑的履帶起重機附著式旋挖鉆機。

2、應用

目前旋挖鉆機在土建、市政、高鐵等方面已經廣泛應用，如京滬高鐵、滬杭高鐵的施工中各主要施工單位在橋梁樁基中得到大規模使用，并取得的不錯的效果；廣州地鐵建設中地鐵站中也得到了廣泛應用，主要用于圍護結構的施工，如地鐵小北站、五羊邨站等。紹興地區的公路工程中使用的案例較少，據了解在紹諸高速中使用過，并取得不錯的效果。

四、旋挖成孔樁的工藝特點與循環鉆機成孔樁工藝區別

1、旋挖鉆成孔工藝原理

泥漿旋挖鉆機施工是通過旋挖鉆機的液壓系統及自重給筒式鉆頭或螺旋式鉆頭施加壓力，鉆頭在負載條件下通過鉆桿的旋轉使其旋挖鉆進，當筒式鉆頭或螺旋式鉆頭盛滿鉆渣后，鉆桿收縮，將筒式鉆頭或螺旋式鉆頭提出孔外，打開筒式鉆頭底部封蓋或通過鉆桿帶動螺旋鉆頭旋轉以清除鉆頭內的鉆渣。同時用泥漿泵向孔內注入泥漿，在孔壁快速形成一層薄膜，保持孔內的水頭高度。

2、濕孔作業法旋挖成孔灌注樁工藝流程

3、與循環鉆機成孔樁工藝區別

1）、成孔速度快、效率高。旋挖鉆機平均鉆進速度為：8m—15m/h。循環鉆機平均鉆進速度為0.5米/h（本工程中蜀風2#橋采集的數據）。

2）、既可干孔作業 ，亦可水中鉆孔。干孔作業主要適用于地質條件好、地下水匱乏、樁長較短的條件下作業，主要適用地區在北方。本工程中的地質條件適用于濕孔作業（泥漿作業）。

3）、成孔內沉渣少，鉆孔時用泥漿量少。循環鉆鉆機施工中的泥漿主要功能為浮渣、護壁（保持孔壓）；循環鉆機成孔中泥漿以護壁保持孔壓為主要目的。由于成孔內的沉渣少，大幅降低了樁基清孔時間。

4）、旋挖鉆機成孔中，由于成孔位于鉆機外側，旋挖鉆機自重大于循環鉆機，因此對于樁孔產生的測壓大于循環鉆機對于樁孔產生的側壓力，為保證樁基成孔質量，護筒深度不同于循環鉆機，循環鉆機的護筒深度為5～8m，循環鉆護筒深度為2～3m。

五、旋挖鉆機成孔操作要點

1、場地平整：將旋挖鉆機位置夯實、現場整平，適宜施工機械旋挖鉆機、吊車、混凝土罐車出入施工現場。施工現場水、電、路三通，達到施工要求。

2、測量定位：開工前對圖紙提供的所有樁基坐標進行復合，測量儀器應按規定進行檢驗合格后使用。測量其地面標高，根據施工需要定出施工平臺標高。準確測量定出樁基中心位置。護筒埋設好后應復核樁位，設置十字護樁。

3、鉆機就位對中：履帶式旋挖鉆機有自動行走系統，旋挖鉆機行走就位對中，對中完成后設置并鎖定樁基中心相對坐標，設定樁基中心護筒頂坐標為（0，0，0），并將其輸入旋挖鉆機電腦系統。用全站儀或經緯儀復核鉆桿垂直度。

4、埋設護筒：護筒宜用10—12mm的鋼板制作，內徑大于樁徑30—40cm，護筒高200—250cm，用旋挖鉆機將護筒壓入土層中，使護筒中心與樁設計中心一致，中心偏差不大于5cm，傾斜度偏差不大于1%護筒頂面標高宜高于地下水位1.5～2.0m高出地面0.3m。

5、泥漿池、沉淀池開挖及泥漿調制

（1）、泥漿池、沉淀池開挖：施工前選定泥漿池及沉淀池的位置，泥漿池宜低于沉淀池，泥漿經過沉淀后流入泥漿池，以便泥漿能循環利用。根據樁基的直徑及孔深 確定泥漿池及沉淀池的大小，泥漿池的體積宜為井孔體積的1.5倍。沉淀池宜位于易清理沉淀物的位置，其體積宜大于井孔體積。在水源不方便的位置，應開挖清水池。

（2）、泥漿調制：根據地質條件盡可能使用原土配置，在原土不能滿足泥漿要求時，選擇泥漿護壁速度快、效果更好膨潤土進行配置。配置參數通過試驗取得。

在造漿過程中對泥漿池中的相對密度、粘度、酸堿度、膠體率等性能指標進行檢測，泥漿的各項指標符合上表中的要求后投入使用，泥漿池中的泥漿循環使用前適檢測其含砂率、相對密度、粘度、酸堿度膠體率等性能指標，泥漿池中泥漿的含砂率不宜超過0.5%。否則泥漿應經過沉淀后將沉淀物清理干，對泥漿池中的泥漿重新進行調配。砼灌注過程中快速聚集、分層而加速沉淀，沉淀后的泥漿用泥漿泵抽到泥漿池中，經調制后再循環使用。

6、鉆孔

（1）、用全站儀或經緯儀復核鉆桿垂直度，開始旋挖鉆進時，在護筒刃腳處，宜低檔慢速鉆進，使刃腳處有牢固的護壁。鉆至刃腳下1m后可按土質以正常速度鉆進，旋挖鉆機挖出的鉆渣等用裝載機裝車清理出施工現場。

（2）、每鉆進5m或地層變化處應從鉆筒取樣查明土質并記錄，與設計資料核對。

（3）、樁基在旋挖鉆進過程中要對樁位進行復測，在孔深1/2及終孔時，用檢孔器（檢孔器用鋼筋做成，其外徑為鉆孔樁鋼筋籠直徑加100mm，長度等于孔徑的4～6倍）檢查垂直度、孔徑，以便及時調整鉆頭直徑。

（4）、在鉆進過程中，宜檢測泥漿的主要指標，主要是檢測泥漿的比重和含砂率。

（5）、邊旋挖鉆進邊用泥漿泵從泥漿池中向孔內注入泥漿，保持孔內的水頭高度。

7、成孔檢測：樁基成孔后，用檢孔器檢查孔的中心位置、孔徑，用筒式鉆頭清除孔底沉淀，用測繩查測孔深，同時宜用鋼尺復核測繩的長度。

8、清孔：檢孔完成后用筒式鉆進行掏渣清孔，清孔過程中速度不宜過快，同時保持孔內的水頭高度。

9、鋼筋籠制作、焊接安裝

（1）鋼筋籠制作：首先對施工圖中各種規格的鋼筋長度、數量核對，其次對圓盤條鋼筋進行調直，鋼筋表面應保持潔凈和平直。鋼材進場后用墊木或其他方法墊起，工地臨時保管鋼筋時，應選擇地勢高，地面干燥的露天場所，根據天氣情況，在雨雪天氣，必要時加蓋雨棚布。鋼筋加工時，按照施工設計圖紙結合鋼筋原材料尺寸進行配料、加工、制作、安裝、不得隨意改變鋼筋長度和構造形式，所有鋼筋加工、焊接都應符合《公路橋梁工程驗收標準》要求。鋼筋焊接前根據具體施工條件（特別是對焊施工）進行試焊，然后進行大批量施工。

（2）鋼筋籠焊接安裝：鋼筋籠安裝前應檢查鋼筋根數、直徑、間距、鋼筋籠是否變形，焊接點、焊接長度、寬度、厚度滿足規范要求。為避免鋼筋籠起吊過程中局部受力發生變形。在吊車安放鋼筋籠時，每節鋼筋籠保證有三個吊點，且吊車大小鉤配合使用將鋼筋籠吊起。在孔口焊接，采用搭接焊，確保其上、下成一直線，均勻入孔，并隨時調整鋼筋籠位置，避免碰掛孔壁及發生塌孔現象。

（3）檢測管安裝：檢測管安裝在鋼筋籠內側，成等邊三角形分布。鋼管下端與樁底平齊，上端要露出鉆臺作業平面。檢測管安裝順直、牢固，接縫無接茬，用套管焊接密封，不漏漿，套管長度不小于20cm.檢測管兩端用3mm鋼板焊接密封。

（4）安裝完鋼筋籠后宜量測孔底沉淀厚度，根據沉淀后計算此階段的沉淀速度。

10、二次清孔：導管安裝完成后，宜進行二次清孔，用揚程不小于20m的泥漿泵配導管進行正循環清孔，以降低泥漿比重及含砂率，二次清孔時間以1—2小時為宜。在泥漿比重及含砂率符合施工要求（泥漿比重1.08—1.10之間、粘度18-22S、含砂率≤2%）后立即進行樁基水下砼灌注。

11、灌注混凝土

（1）砼拌和供應：澆注混凝土前檢查水泥、砂石料質量和數量，混凝土拌和嚴格按試驗室提供配合比進行，混凝土拌和前檢修拌和設備，檢查計量系統的準確性，特別要經常檢查用水計量系統，否則將會影響混凝土強度。同時混凝土拌和前精確測量骨料含水量，以調整拌和用水量?；炷恋某霰P坍落度應符控制在180—220mm之間，混凝土坍落度每10m3—20m3測定一次。澆注混凝土的數量由現場技術人員作記錄，并隨時測量并記錄導管埋置深度和混凝土的表面高度。

（2）首批砼灌注數量：用混凝土罐車連續將砼送入儲料斗，首灌混凝土方量不小于應使首灌混凝土后導管埋置深≥1.5m。

（3）連續灌注

A、混凝土澆注過程中，提升儲料斗和導管的鋼絲繩以及吊車的吊裝能力不小于16t，吊車靠孔口安放。

B、砼運送至灌注地點時，由現場技術員對每一車混凝土的均勻性、坍落度進行檢測，符合要求后進行砼灌注。砼灌注開始后，應連續進行，并盡可能縮短拆除導管的時間。當導管內砼不滿時，應徐徐地灌注混凝土，防止在導管內形成高壓空氣囊。

C、在灌注過程中拆卸導管時，用測深錘測井孔內砼混凝土面位置，及時調整導管埋深，導管埋深在2-6m范圍內。

D、當灌注至樁頂時，適當用吊車提升導管（提升時導管在混凝土內埋深大于2m）。

E、灌注的樁基頂標高預加0.5m-0.1m。預加高度在開挖完承臺基坑后鑿除，鑿除時防止損壞樁身。在水下混凝土灌注完畢后24小時內，距離樁位5m以內不進行鉆孔樁施工或其他具有振動性的作業，以保護新澆注的砼。

12、樁基無破損檢測：混凝土澆注完成15天后即讓有相應資職的檢測單位進行樁基無破損檢測。然后進行下道工序承臺、系梁的施工。

六、質量控制

(1)樁位放樣

在進行場地整平后，組織有資格的測量放樣人員將所有樁位放出，釘好十字保護樁，做好測量復核，并記錄放樣數據備案。

(2)成孔

采用鉆頭鉆進，根據不同層次的土質結構選擇不同的轉盤轉速和進尺進行控制。在砂層鉆進和進入強風化層后，因土層太硬會引起鉆錐跳動及偏斜、加大鉆桿擺動，故應選擇低檔慢速，轉盤轉速參數取值 13～40v/ min,成孔深度按設計要求進行控制。

(3)孔內事故預防措施

①選擇有經驗、責任心強的施工隊伍，保證操作人員的素質。

②加強鉆具檢查，對加工不良的鉆具嚴禁使用。

③對孔內水頭高度，泥漿的相對密度和粘度經常觀察和檢測，發現問題及時解決，尤其在鉆孔排渣、提錐除土或因故停鉆時應保持孔內規定水位和規定的泥漿性能指標，以防坍孔。

④鉆孔作業應分班連續進行，在土層變化處撈取渣樣判明土層，并與地質資料核對，根據土層情況采取相應措施，保證施工質量。

⑤升降鉆錐須平穩，鉆錐提出井口應防止碰撞護筒或孔壁,防止鉤掛護筒底部，鉆桿的拆裝應迅速。

六、旋挖鉆機在施工中遇到的問題及解決辦法

旋挖鉆機施工作為一種新興的施工工藝，是一種適合建筑基礎工程、橋梁樁基、維護結構中成孔作業的施工機械。在建筑行業中應用越來越廣泛，施工中遇到問題也越來越多，為保證成樁質量，為后期施工奠定基礎，我們需要了解鉆機施工中遇到的問題，知道如何解決，總結分析了旋挖鉆機在施工遇到的各種不良的成因及其防治措施。

1、坍孔

在灌注過程中如發現井孔護筒漿內泥漿位忽然上升溢出護筒，隨即驟降并冒出氣泡，應懷疑是坍孔征象，可用測深錘探測。

坍孔原因可能是護筒底腳周圍漏水，孔內水位降低，不能保持原有靜水壓力，以及由于護筒周圍堆放重物或機器振動等均可引起坍孔。

發生坍孔后應查明原因，采取相應的措施，如保持或加大水頭、移開重物、排除振動等，防止繼續坍孔，然后用吸泥機吸出坍入孔中的泥土，如不繼續坍孔可恢復正常灌注。坍孔不嚴重時可回填至坍孔位置以上，并采取改善泥漿性能、加高水頭、埋深護筒等措施，繼續鉆進。坍孔嚴重時應立即將鉆孔全部用砂或小礫石夾粘土回填，暫停一段時間后查明坍孔原因，采取相應措施重鉆。坍孔部位不深時可采取深埋護筒法，將護筒周圍土夯實重新鉆孔。

2、孔身偏斜

遇有孔身偏斜、彎曲時應分析原因，進行處理。一般可在偏斜處吊住鉆錐反復掃孔，使鉆孔正直；偏斜嚴重時應回填粘性土到偏斜處，待沉積密實后再鉆進。

3、擴孔、縮孔

遇有擴孔、縮孔時應采取防止坍孔和防止鉆錐擺動過大的措施?？s孔是鉆錐磨損過甚、焊補不及時或因地層中有遇水膨脹的軟土、粘土泥巖造成的，前者應注意及時焊補鉆錐，后者應采用失水率小的優質泥漿護壁。已發生縮孔時宜在該處用鉆錐上下反復掃孔以擴大孔徑。

4、卡鉆

卡埋鉆具是旋挖鉆進施工中最容易發生的、也是危害較大的事故，因此在施工過程中一定要采取積極主動的措施加以預防，一旦出現事故，要采取有效措施及時處理。

發生的原因及預防措施：

①、較疏松的砂卵層或流砂層，孔壁易發生大面積塌方而造成埋鉆。在鉆遇此地層前，應提前制定對策，如調整泥漿性能、埋設長護筒等。

②、軟弱層一次進尺太深孔壁易縮徑而造成卡鉆。所以，在這類地層鉆進要控制一次進尺量，一次鉆進深度最好不超過40cm。

③、鉆頭邊齒、側齒磨損嚴重而無法保證成孔直徑，鉆筒外壁與孔壁間無間隙，如鉆進過深，則易造成卡鉆。所以，鉆筒直徑一般應比成孔直徑小6cm以上，邊齒、側齒應加長，以占鉆斗筒長的2／3為宜，同時在使用過程中，鉆頭邊齒、側齒磨損后要及時修復。

④、因機械事故而使鉆頭在孔底停留時間過長，導致鉆頭筒壁四周沉渣太多或孔壁縮徑而造成卡埋鉆。因此，平時要注意鉆機本身的及時保養和維修，同時要調整好泥漿性能，使孔底在一定時間內無沉渣。

5、掉鉆落物

掉鉆落物時宜迅速用打撈叉、鉤、繩套等工具打撈，若落體已被泥沙埋住，應按前述各條，先清除泥砂，使打撈工具接觸落體后再打撈。

在任何情況下，嚴禁施工人員進入沒有護筒或其它防護設施的鉆孔中處理故障。當必須下護筒或其它防護設施的鉆孔時，應檢查孔內無有害氣體，并備齊防毒、防溺、防坍埋等安全設施后方可行動。

對于旋挖鉆機施工這種新的工藝來說，我們還需要積累更多的經驗，特別是對于施工中遇到的各種問題，都需要我們認真的總結，分析，確保以后遇到相同情況不會茫然不知所措。相信隨著旋挖鉆機的深入推廣，我們學到的會越來越多，處理問題會越來越來簡單，工作也會越來越順利。

七、效益分析

利用旋挖鉆機施工將最大在限度地加快施工進度，從鉆機就位、埋設護筒、至開始鉆進只需30分鐘，對于一般化土層，平均每鉆進速度8～15m/小時，是一般沖擊鉆進尺速度的10～15倍。由于旋挖鉆機自帶動力，節省了大量的線路費用及電費，同時還節省了大量清除泥漿的費用。施工現場低泥漿污染，無噪音，現場整潔。施工進度快，成孔質量優良，有著較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻 :

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