旋挖机钻孔施工方案
1、前言
桩基础是目前桥梁工程中常用的重要基础形式之一，其中钻孔灌注桩由于施工工艺成熟、安全性高、地层适应性强等优点，被广泛应用于从中小型桥梁到特大型桥梁工程施工中。但由于传统的钻孔机械主要为回转循环类钻机和冲抓类钻机，受钻机自身结构特点及施工工艺特点，钻进速度较慢，并且在施工过程中循环泥浆、噪声等的污染较大。近年来，在许多工期要求较紧的项目或者环保要求较高的市区桥梁施工中，一种新型的钻机――旋挖钻机正逐步取代传统钻机，在桥梁基础施工中发挥着重要的作用。
旋挖钻机是一种高度集成的桩基施工机械，源于国外矿山机械，采用一体化设计、履带式360°回转底盘及桅杆式钻杆，一般为全液压系统。特殊的桶型钻头直接取土出渣，不需接长钻杆，钻孔时孔口注浆以保持孔内泥浆高度即可，因而能大大缩短成孔时间。由于带有自动垂直度控制和自动回位控制，成孔垂直度和孔位等能得到保证。桶钻取土上提过程中对孔壁扰动较小，桶钻周边设有溢浆孔，溢出泥浆可起到护壁作用。旋挖钻机一般适用粘土，粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层。对于具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩层的钻孔施工，目前旋挖钻机最大施工孔径已达4.0m，深度在达到90m。 2、工程概况
工程下部基础全部为钻孔灌注桩基础，共有φ1.5m桩基 76根、φ
1.2m桩基283根，共计359根；设计桩长：φ1.5m桩基桩长为52.65m～60.15m，φ1.2m桩基桩长为50.65m～61.15m。全部桩基按摩擦桩设计，桩基持力层为强风化砂质泥岩、弱风化砂质泥岩，要求孔底沉渣不大于10cm。
桥址范围内地质勘探资料汇总如下： 编号 地层名称 层厚（m） 层顶标高（m） 1 素填土 4.00~12.00 21.04~22.60 2 淤泥 1.00~8.10 11.40~18.51 3 粘土 1.10~6.10 9.69~17.51 4 淤泥质粘土 1.70~9.60 7.52~13.55 5 粘土 1.00~5.90 3.43~6.25 6 粘土 0.60~7.00 -2.90~9.98 7 粘土 0.5~16.5 -6.76~5.20 8 亚粘土 0.20~12.10 -7.42~10.81 9 亚砂土 0.95~5.10 -9.99~-1.36
10 含砾、碎石亚粘土 1.20~12.40 -14.04~-2.30 11 粘土 2.00~5.30 -18.60~-5.60
12 含粘性土粉细砂 1.10~6.80 -11.01~-10.60 13 碎石土 0.80~5.00 -19.10~-10.90 14 残积粘性土 0.80~5.00 -22.80~-14.52
15 强风化砂质泥岩 揭露厚2.50~18.00 -26.57~-17.60 16 弱风化砂质泥岩 揭露厚3.40~26.60 -39.07~-21.71
17 强风化砂质泥岩 揭露厚1.80~13.00 -47.25~-30.79
由于桩基全部位于原中环线既有道路上，且施工时不中断社会交通，施工场地狭长；工期要求不超过3个月。为了保证工期及既有道路通行等要求，施工单位选用了旋挖钻机进行桩基施工，高峰期为5台。除了受旧桥拆除影响而无法正常施工的8根桩基之外，其余351根桩基在78天内顺利完成；全部桩基经超声波检测，合格率100％，其中Ⅰ类桩354根，Ⅱ类桩5根，Ⅱ类桩率仅为1.4％；按设计要求进行随机抽取2根桩基作高应变检测，检测结果表明，桩基承载力均超出设计承载力极限值40％以上。 3 旋挖钻机施工工艺
旋挖钻机施工工艺与常规钻机基本相同，但由于旋挖钻机自身的特点和成孔方式，在一些方面又有较大差别，施工基本流程如图1所示。 1）桩位放样。对设计图纸提供的坐标等有关数据进行复核，确认无误后采用SLT-210全站仪进行桩位放样，桩中心放样完毕后，沿桩中心拉十字线至1.5m左右，并作好护桩标记。
2）护筒埋设。护筒进场后，先进行检查验收。利用旋挖钻机自带的短螺旋开孔器或者人工采用风镐破除既有道路沥青面层及路基层，然后利用旋挖钻机的桶型钻头进行开孔，开孔完毕后，利用钻杆桅杆上的副卷扬机起吊护筒，辅助人工推移，进行护筒埋设，护筒顶口高出地面约30cm。沿护桩拉十字线复核护筒中心，符合要求后，将护筒外壁的空隙填压紧密。埋设完毕后，采用全站仪复测护筒中心偏位，在护筒口用红油漆作好标记，并检查护筒垂直度。
3）泥浆制备。根据施工场地实际情况、桩位分布情况等，选择合适的位置砌筑泥浆池，内外壁用水泥砂浆粉刷，保证浆池的稳固和抗渗性，容积为2～2.5倍单桩成孔体积。根据地层下淤泥质土及粘土层较厚的特点，确定钻孔泥浆性能指标：比重1.06～1.10，粘度18～22s，含砂率<2%，ph<8，胶体率≥96%。浆液材料以优质膨润土、纯碱为主，泥浆制备用水直接采用施工场地附近河流水。泥浆制备完毕后，进行各项性能指标的检测，不符合要求的重新调制。
4）导管水密试验。根据相关技术规范，按最大孔深进行计算，导管最大压力约0.8MPa，试验时取不小于1.0 MPa，稳定压力时间不小于10分钟，
图2.旋挖钻机施工流程图
导管全长不得有渗漏现象。每套导管在首次使用前均必须经水密试验，确认合格后方可使用；导管在使用一定次数后，须重新进行水密试验。
5）钢筋笼制作。1.5m桩基钢筋笼主筋为16/32根Φ25HRB335钢筋，1.2m桩基钢筋笼主筋为12/24根Φ25HRB335钢筋；螺旋筋为Φ8R235圆盘条，螺距15cm；每2m布置一道Φ20R235圆钢作加强箍筋，并对称分布4道定位保护层钢筋。钢筋笼采用标准长度节段后场预制，孔口现场起吊安装。后场制作时在固定胎架上进行，以保证钢筋笼的顺直；主筋接长采用双面搭接焊，特别注意搭接焊长度区段的弯折角度的检查和控制，保证主筋接长后的弯折角度和轴线偏位符合要求。
钢筋笼制作长度应注意将孔口单面搭接焊接头搭接长度计算在内，同样注意搭接长度范围的钢筋的预弯折。钢筋笼以每套成品作为一个验收批，检查合格后作好编号并标注合格标志。
因旋挖钻机成孔速度较快，正常情况下，8～10小时即可成孔，因此，强制要求钢筋笼必须在桩孔开钻前制作完成并验收合格，防止成孔静置时间过长出现坍孔等各种意外情况。
6）钻机定位。在既有沥青道路上的桩位无须对钻机站位进行处理，在道路两侧边坡上的桩位要进行填筑平整、稳固的钻机平台，保证足够的承载力。钻机行驶就位后，沿护筒口上复测定位时作的红油漆标记拉十字线，调整筒钻钻头位置，精确对中于护筒十字线中心，钻机记录对中位置。
7）钻进出渣。开钻前各项准备工作就绪后，即可开始钻孔施工。旋挖钻机钻孔施工中，泥浆为单向供应，在孔口注浆即可，与常规钻机泥浆循环系统有较大的区别，部分泥浆随筒钻出渣而排出，损耗较大，需要随时观察孔内泥浆标高，一般应高出护筒底口1m以上。由于旋挖钻机钻渣由筒钻直接取出孔口，需要装载机及运渣车辆配合，及时将钻渣转移至指定堆放场地。钻机操作手根据出渣土质情况及进尺情况合理控制钻进速度及提钻速度，可在很大程度上避免对孔壁的扰动，从而防止在钻进过程中发生坍孔事故。钻进至钻机显示深度在设计深度以上1m左右时，采用经检定过的钢丝测绳进行精确测量，避免出现后期超钻深度过大。到达设计孔深前，最后一次下钻时采用减压吊钻，并扫孔2～3圈，将孔底钻渣尽可能取出，并保证孔底大致
平整。
8）成孔验收。钻进到位后，将孔口附近的钻渣及泥浆等全部清除干净。对成孔进行验收，主要检查泥浆性能指标、复核护筒中心偏位及标高、成孔深度、孔径、孔斜等。由于旋挖钻机的钻进是桶型钻头的上下往复的循环过程，孔内泥浆上下基本均匀，故取上部泥浆代替孔底泥浆进行测试，性能指标控制值同钻孔过程的泥浆性能指标。 采用全站仪对护筒原十字线中心进行复测，测量其中心平面偏位；采用水准仪复测护筒顶口标高，测量其下沉量，以成孔时的护筒口标高为准。用经过检定的钢丝测绳准确测量孔深，根据护筒口标高推算出孔底标高，要求不小于设计深度。孔径、孔斜采用4倍桩径长度的检孔器进行检查。成孔验收合格率100％。
9）钢筋笼隐蔽。成孔验收合格后，将后场制作好并经验收合格的钢筋笼按照吊装顺序转运至孔位附近，逐节段起吊、连接、下放安装。孔口采用单面搭接焊，桩基检测管灌水并焊接接长，全部桩基钢筋笼节段连接下放完毕后，根据护筒口标高及钢筋笼顶面高程来设置吊筋长度，并用全站仪复测钢筋笼骨架中心偏位。
10）导管安装。灌注平台搭设必须水平、稳固，以保证导管的垂直度。导管节段安装注意安装密封圈，并涂抹黄油润滑，便于节段丝口连接，节段连接牢固可靠，防止出现漏水或脱落等事故。安装完毕后，导管底口距孔底为0.4m左右。
11）清孔。孔内泥浆静置超过一定时间后，会出现离析、分层等现象，底部泥浆比重、粘度较大，或孔壁局部坍孔等造成孔底沉渣超标等，
需要进行清孔。根据孔内实际情况，选用不同的清孔方式来进行清孔作业。孔底情况较好时，采用泥浆置换进行清孔；孔底情况较差时，采用泵举反循环进行清孔。清孔结束后，检测孔内泥浆性能指标，达到灌注要求（公路桥规）。
12）沉渣测量。清孔完毕后，采用与成孔验收相同的方法复测孔深，与成孔验收时记录的孔深对比，二者差值即为沉渣厚度，应满足设计不大于10cm的要求。旋挖钻机正常情况下成孔孔底较干净，孔壁稳定性好，经适当清孔后，孔底沉渣大多能满足要求。
13）水下混凝土灌注。清孔完毕检查验收合格后，及时灌注桩基水下混凝土，尽量避免空孔静置过久。梅子路立交桥（一期）工程全部桩基采用商品混凝土，首灌封底混凝土方量经计算最大值为4.2m3，实际灌注时按4.5m3控制，采用5m3大斗，止水球采用充气橡皮球。首批灌注后，及时测量混凝土顶面高度，查看导管首次埋置深度，保证不小于1m。首批混凝土灌注后，连续灌注，勤测混凝土面高度、勤拔管，保证导管埋深控制在2～6m。
灌注结束前，改用竹蒿或其他工具，精确探测混凝土面高度，一般超灌不少于50cm，保证设计标高位置处桩基混凝土质量。
14）覆盖回填。桩基水下混凝土灌注完毕后，对孔位采取遮挡、防护措施，并设置醒目标示，防止施工人员、机械等坠入。待桩基砼有一定强度后，及时对桩孔进行回填，一般24h后即可。 4 结语
从梅子路立交桥（一期）工程桩基施工进度及施工质量来看，除了合
理的施工组织和有力的现场管理之外，旋挖钻机方便灵活、成孔速度快、扩孔率小、地层适应能力强等特点都发挥了重要的作用。 旋挖钻机直到近几年才逐步引入到桥梁工程的桩基施工中，由于钻机购置及运营、维修保养等费用较高，国内保有量远远少于传统钻机，市场份额增长较慢，并且现有各类施工规范、技术手册等并未将旋挖钻机列入其中，缺乏相应的施工工艺标准，目前仅能参照传统钻机的各种施工工艺、性能参数等进行施工，逐步在施工过程中摸索。但是，旋挖钻机具有一系列传统钻机无法比拟的优点，在桥梁工程施工中的推广和广泛运用势在必行。