摘  要：旋挖鉆機作為基礎工程機械中的新型機種，經過十幾年的推廣應用，目前已被大量應用于公路及鐵路、橋梁、水利工程、城市建筑工程等樁基工程之中。本文結合具體工程項目詳細闡述大直徑旋挖鉆孔樁施工工藝控制要點及質量控制指標，供讀者借鑒。

關鍵詞：旋挖鉆孔樁,施工技術,泥漿,水封混凝土
1、前言
    旋挖鉆是通過動力頭轉動底門鑲嵌斗齒的桶式鉆斗切削巖土，并將原狀巖土裝入鉆斗內，然后再由鉆機提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設計深度。
由于其高效、節能、低噪聲、低污染、地層適應性較廣等優點、受到越來越多施工單位的青睞。 
2、工程概況
    新建山西中南部鐵路通道湯陰東(不含)至日照南(含)段工程線路西起湯臺線湯陰東站，東至日照南站。將軍渡黃河特大橋起點位于河南省臺前縣，跨越黃河主河槽后結束于山東省梁山縣。橋跨布置為74-32m簡支T梁+1-128m鋼桁梁+7-48m簡支箱梁+1-100 m鋼桁梁+10-128m鋼桁梁+50-48m簡支箱梁+1-128m鋼桁梁+81-32m簡支T梁+3-24m簡支T梁+7-32m簡支T梁。中鐵大橋局一公司負責將軍渡黃河特大橋0#臺～74#墩基礎及下部結構，74#～93#墩基礎及下部結構、48m簡支箱梁施工、128m簡支鋼桁梁架設、橋面系及附屬結構施工。主橋鉆孔樁直徑2米，樁長77～86米不等，樁基穿越土層主要為粉土、粉質粘土、粉砂、細砂、中砂，其中砂層厚度約占樁長一半。樁基主要位于黃河岸灘屬旱地鉆孔樁。
3、主要施工工藝
3.1 鉆機選型及主要工藝部署
    鉆孔樁施工應根據地質情況、設計樁長、樁徑以及施工條件選擇鉆機類型，同時兼顧工期、經濟成本等影響因素。綜合各方因素，本工程主橋鉆孔樁采用三一重工機械有限公司生產的SR360C型旋挖鉆機。本機型最大鉆孔直徑可達2.5米，最大鉆深超過100米。鉆孔施工采用靜態泥漿護壁，直升導管法灌注水下混凝土。兩個墩位交替連續作業，縮短建設工期。
3.2 場地布置
根據設計要求結合現場實際情況合理布置施工場地，做到四通一平。規劃行車路線時，使便道與鉆孔樁的位置保持一定的距離，以免影響孔壁穩定。場地布置尚應考慮鉆機作業移位；泥漿循環系統布置；混凝土澆筑作業；排水系統等情況。
3.3 樁位放樣
按“從整體到局部的原則”進行樁基的位置放樣。使用GPS或全站儀準確放樣各樁位，使其誤差在規定范圍內。
3.4 護筒的制作與埋設
    護筒直徑2.3米，長6米。采用12mm厚鋼板分節制作，焊接連接。焊接時保證接頭圓順。
在準確放樣的前提下埋設護筒，如果鉆孔樁在陸地上進行，一般采用挖坑法。在易縮徑的淤泥質粘土和易垮孔的松散雜填土地層和沙層宜采用振動錘下護筒和動力頭驅動器下護筒，必要時可采用導向架輔助施工。
護筒頂面宜高出施工水位或地下水位2米，并高出施工地面0.5米。沉設到位的護筒，頂面允許偏差為50mm，傾斜度允許偏差為    1％。
3.5 泥漿的制備與泥漿池的設置
    泥漿調制原料盡可能選用膨潤土，普通粘土塑性指數應大于25。材料缺乏時，可用略差的粘土增加30％的塑性指數>25的粘土；使用亞粘土時，其塑性指數≥25，大于0.1mm的顆粒≤6％，所選粘土中應不含石膏，石灰或鈣鹽類化合物。當性能指標難以滿足要求時，則應加入外參劑，外參劑量的確定按JTJ041-2000的規定試驗確定。
調制泥漿粘土用量可按下式計算：
         q=vρ1={(ρ2﹣ρ3)/( ρ1-ρ3)}×ρ1
  式中：  q-每m3泥漿所需的粘土質量  kg;
         v-每m3泥漿所需的粘土質量   m3
         ρ1-粘土的密度       kg/ m3
             ρ2-要求泥漿的密度   kg/ m3
            ρ3-水的密度    ρ3=1000kg/ m3
    泥漿的各項技術指標應因地層的情況不同做不同的調整。針對本工程的地質狀況經實踐泥漿比重控制在1.1～1.2；黏度18s～24s較為合適。
旋挖鉆孔樁中泥漿池的合理設置也是鉆孔作業中較為關鍵的工作之一。根據需要應設置制漿池、儲漿池、沉淀池、循環槽、泥漿分離器等。兩個墩位共用一個制漿池，制漿池的容積應不小于樁身體積的2.5倍。儲漿池通過設置在制漿池中的泥漿泵注漿。儲漿池與孔口之間設補漿槽；孔口與沉淀池之間設回流槽。沉淀池與制漿池之間亦通過沉淀槽相連，沉淀槽長度10～20米沿途設濾砂網，同時在沉淀池口制漿池口設置濾砂網，防止砂粒進入泥漿循環系統，必要時可采用泥漿分離器凈化泥漿。鉆孔時回流槽關閉泥漿通過補漿槽自動向孔口補漿。灌注水下混凝土時補漿槽關閉泥漿通過回流槽進入沉淀池沉淀。
3.6 鉆機就位
    鉆機就位時要檢查鉆機的性能狀態是否良好，檢查回轉半徑內是否有障礙物影響回轉。鉆機地盤不宜直接置于不堅實的填土上，以免產生不均勻沉陷；鉆機安置尚應考慮鉆孔施工中孔口出土清運的方便。
3.7 成孔
在施工中應根據不同地質情況，選用合適的鉆頭和施工方法。鉆頭的類型很多，常用的分為兩大類：回轉鉆頭，嵌巖鉆頭。
回轉鉆頭，適用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密實以上的砂土、風化巖層。嵌巖鉆頭，適用于碎石土、中等硬度的巖石及風化巖層。
對于相同的地層使用同一鉆進扭矩，不同的斗齒刃前角度，鉆進效率不同。經過大量的試驗：對于硬度較小的第四地層、強風化層和少冰凍土層，選取45°～65°為宜；鉆比較硬的地層時斗齒刃前角應稍小些，選取25°～45°為宜。
成孔前必須檢查鉆頭的保徑裝置，鉆頭的直徑、鉆頭的磨損情況，施工過程中對鉆頭磨損超標的及時更換。
旋挖鉆開孔施工應輕壓慢進，鉆頭轉速不宜大于10r/min，待主動鉆桿全部進入孔后，方可逐步加速進行正常鉆進。
成孔中,按試施工確定的參數進行施工,設專職記錄員記錄成孔過程的各種參數,如鉆進深度、地質特征、機械設備損壞、障礙物等情況。記錄必須認真、及時、準確、清晰。
旋挖鉆機配備電子控制系統顯示并調整鉆進時的垂直度,通過電子控制和人工觀察兩個方面來保證鉆桿的垂直度,從而保證了成孔的垂直度。
鉆孔過程中根據地質情況控制進尺速度:由硬地層鉆到軟地層時,可適當加快鉆進速度;當軟地層變為硬地層時,要減速慢進;在易縮徑的地層中,應適當增加掃孔次數,防止縮徑;對硬塑層采用快轉速鉆進,以提高鉆進效率;砂層則采用慢轉速慢鉆進并適當增加泥漿比重和粘度。
3.8 成孔檢查
鉆至設計孔深后，應對孔位中心、孔徑、孔深、傾斜度等進行檢查。孔深可用經校核過的鋼絲測繩測量，孔徑及傾斜度可用籠式檢孔器檢測。
3.9 鋼筋籠制作與安裝
    鋼筋籠在鋼筋加工廠內分節制作，利用平板車運輸至孔口處，履帶吊機吊裝，直螺紋套筒連接。
3.10 導管安裝
    導管使用前應試拼試壓，導管內壁應光滑，內經一致，接口嚴密；直徑可采用30～35cm，中間長度宜為3m等長，底節可為4m；漏斗下可用0.5m/1m長導管。
    導管通過卡箍固定于工作平臺上。導管長度可根據孔深和孔口工作平臺高度等因素確定。導管應位于鉆孔中央，導管吊裝升降設備能力應與全部導管充滿混凝土后的總重量和磨阻力相適應，并留有一定的安全儲備。
    導管懸空宜為30～50cm。清孔完畢后澆筑混凝土前，可用卡導管方法精確測量。
3.11 清孔
    導管安裝完畢后，利用導管采用正循環換漿法清孔或在導管內下風管利用氣舉反循環清孔。
當孔底無沉渣或沉渣量較少時，可用換漿法清孔，清孔時間較長；孔底沉渣較厚時，可采用氣舉反循環清孔，清孔速度較快，但由于旋挖鉆孔樁泥漿護壁效果較差，注意防止孔壁坍塌。
清孔前需制備合格的泥漿。清空后應滿足孔內排出或抽出的泥漿手摸無2～3mm的顆粒。泥漿比重不大于1.1、含沙率小于2％、黏度17～20s，孔底沉渣符合設計要求。
3.12 灌注水下混凝土
    水下混凝土灌注用儲料斗宜采用鋼制儲料斗，其容積應滿足首批混凝土灌注量的要求。首批混凝土灌注量按下式計算：
          V≥πD2（H1+H2）/4+πd2h1/4
式中 ： V— 首批混凝土所需方量(m3); 
        D— 實鉆孔直徑(m)；
H1— 樁孔底至導管底端間距，一般為0.4米；  
H2— 導管初次埋置深度（m）；
d—  導管內徑(m)；
h1—  樁孔內混凝土達到埋置深度H2時，導管內混凝土柱平衡導管外（或泥漿）壓力所需的高度（m），即h1=Hwγw/γc
Hw—樁孔內混凝土面至樁孔內泥漿頂面高度;
γw—泥漿比重；
γc—混凝土比重。
首批混凝土灌注完成后，導管埋置深度不得小于1m，并不得大于3m。
水下混凝土灌注應連續作業，中途不得停頓。拆除導管的時間盡量縮短，每根樁的澆筑時間宜安排在8h內完成。
混凝土澆筑過程中應經常測探孔內混凝土面高程，及時調整導管埋深。導管埋深宜控制在2～6米，最小埋深任何時候不得小于1m。當澆筑速度較快、導管堅固并有足夠起重能力時，可適當加大埋深至8～10m。
混凝土澆筑情況，澆筑數量、澆筑時間、混凝土面高程、導管埋深、導管拆除長度以及發生的異常情況等，應專人記錄。
樁頂混凝土面澆筑高程應高出設計樁頂1m為宜。
4、結語
旋挖鉆孔灌注樁成樁的關鍵在于泥漿質量的控制。選用優質膨潤土，嚴格按照泥漿配合比配置，建立良好的泥漿凈化系統是控制泥漿質量的關鍵因素。
建立補漿槽自由補漿，有效控制孔內水頭高度。是本工程又一亮點。
由于旋挖鉆采用靜態泥漿護壁，護壁質量較差，成孔后應迅速進行后續工作施工。一般自成孔后至水封混凝土灌注前不宜超過24h。

參考文獻:
[1] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范    人民交通出版社
[2] TZ 322-2010，鐵路橋梁鉆孔樁施工技術指南  中國鐵道出版社
[3] TZ 203-2010，客貨共線橋涵工程施工技術指南  中國鐵道出版社