1、旋挖钻机在岩质较硬的石灰岩地层钻孔桩施工工法摘要：随我国近年来工业水平发展，旋挖钻机功率和扭矩也在增大，从而能够满足进行岩石钻进的需要，本文重点介绍，大功率旋挖钻在石灰岩地质条件下钻进成孔的施工方法。从而减少冲击钻及人工钻孔桩爆破的噪声、泥浆等对施工现场环境的影响，增加施工科技含量。 关键词：旋挖钻 石灰岩 中图分类号：F470.1 文献标识码：A 1 前言 旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，近年在中国的桥梁施工中，已经成为桩基施工的主力军，旋挖钻机配合不同钻具，适应于干式(短螺旋)、湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，
2、施工效率高及多功能等特点。旋挖钻机的额定功率一般为 125450kW，动力输出扭矩为 120400kNm，最大成孔直径可达 1.54m，最大成孔深度为6090m，可以满足各类大型基础施工的要求。 在地质坚硬地区桥梁施工中，常用桩基施工方法为人工挖孔桩法和冲击钻法。人工挖孔法由于桩基施工周期较长，技术落后，而且由于需要进行爆破作业，危险隐患较大，逐渐被淘汰；采用冲击钻进行施工也存在一定问题，主要体现为在地质较硬的岩层冲击钻成孔速度极慢，甚至出现全天不进尺现象，如果地质溶岩较发育，经常出现卡钻情况，一但出现卡钻情况，一根钻孔桩的施工经常需要 1-3 个月的时间，甚至更长。采用旋挖钻机进行桩基施工，
3、不仅施工速度大幅提高，施工成本大幅降低，在施工质量方面也体现出明显的优越性，如哈大高铁沈阳段，中铁九局桩基施工 95%以上的工程量是由旋挖钻完成的，在因动迁原因严重制约开工时间的情况下，桥梁主体施工工期提前一年完成。 旋挖钻机与桩基工程及施工工艺结合的非常密切，由于旋挖钻机的大量应用只是在近几年，我国当前尚未有较完善的旋挖钻机施工规范，尤其对地质坚硬的岩层钻孔桩施工，没有开展较系统的工法研究。 本文以由中铁九局集团大连建设有限公司承建的大连市甘南路、棋南线 BT 工程子项目甘南路立交桥及延伸工程为依托，重点介绍旋挖钻机在岩质较硬的中风化、微风化石灰岩（强度在 30-50MPa 之间）地层钻孔桩
4、施工工法，为同类地层的旋挖钻机钻孔桩施工提供参考。 2 工法特点 2.1 成孔速度快 旋挖钻机岩石取芯钻头的钻齿布置及钻齿结构是结合岩石破碎理论进行设计而成的，可直接对岩层进行钻进入岩，故成孔速度快，施工效率大为提高。 2.2 质量控制优势突出 旋挖钻机一般配备 2m 左右的孔口护筒(如孔口回填土较厚可加长)，而且钻机本身可埋设护筒，这样可尽量避免由孔口回填土对钻孔桩的影响；旋挖钻机采用较成熟的水下导管灌注混凝土的灌桩工艺，可避免孔口掉泥、灌注过程中产生的沉渣带来的不利影响；旋挖钻机是集现代先进的科学技术于一体的桩基施工机械，在成孔施工过程中，垂直度、孔底岩层检验、桩长控制等方面的精确度高，同
5、时由于孔底沉渣少，易于清孔，故桩基施工质量得到了充分的保证。 2.3 适应地层能力强 旋挖钻机配备不同钻头，即可用于沙层、土层、卵砾石、岩层等不同地质，不受地域限制。 2.4 移动方便、机动性强 旋挖钻机底盘采用履带式挖掘机底盘，可自行行走。此外，旋挖钻机能独立作业，机动性强，适应复杂地形，钻机的安装、拆卸无需辅助设施来完成，占用空间小，能靠墙操作。 2.5 施工现场环保、干净 旋挖钻机在岩石地层可以采用无泥浆条件下作业，不仅减少了水资源的浪费，还避免了泥浆都周边环境的污染。因而，旋挖钻机施工现场整洁，对环境造成的污染小。 3 适用范围 本工法主要适用于岩质较硬的中风化、弱风化岩石地层旋挖钻机
6、钻孔桩施工。 4 工艺原理 4.1 设计原理 根据旋挖钻机成孔工作原理，结合岩石的力学特性及旋挖钻机破碎岩石基础理论，对岩质较硬的中风化石灰岩地层钻孔桩进行试桩，统计旋挖钻机采用不同成孔工艺的相关技术参数及经济指标，通过系统的技术经济比对、分析，最终确定旋挖钻机在岩质较硬的中风化石灰岩钻孔桩施工工法。 4.2 旋挖钻机在岩层成孔工艺原理 通过旋挖钻机配备不同型号的钻头对岩质较硬的地层进行分级扩孔，为旋挖钻机钻头构造孔底自由面，提高旋挖钻机入岩能力，最终实现旋挖钻机高效入岩，同时节约工程施工成本。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 管桩施工工艺详见施工工艺流程图 5.1。 图 5.1
7、 施工工艺流程图 5.2 施工操作要点 1.桩位控制 为确保桩位质量，采取精密测量方法，即用全站仪定位，护筒埋设完，再次进行复测，并采用焊制的坐标架校正护筒中心同桩位中心保持一致。 2.桩斜控制 埋设护筒采用护筒内径上下两端十字交叉法定心，通过两中心点，能确保护筒垂直。钻进中及时测定孔斜，保证孔斜率小于 1%。发现孔斜过大，立即采取纠斜措施。 3.桩径控制 根据地层情况合理选择钻头直径，对桩径控制有重要作用，孔径可比钻头直径大 1020cm。 4.桩长控制 施工中对护筒口高程与各项设计高程要正确进行换算。机具长度丈量要准确，正确丈量钢绳长度，并考虑负重后的伸长值，发现错误及时更正。 5.桩顶控
8、制 当混凝土灌注至最后一斗时，准确探明浮渣厚度，计算调整末斗混凝土容量。灌注完以后再复查桩顶高度，达到设计要求时将导管拆除，否则补料。 6.桩身结构控制 制作钢筋笼不能超过规范允许的误差，包括主筋的搭接方式、长度。钢筋笼的全部数据都按隐蔽工程进行验收、记录。确保导管密封良好，灌注时活动导管时提高不能过多，防止夹泥、断桩等质量事故发生。 7.原材料控制 对每批进场的钢筋、水泥、外加剂等原材料，严格检查标号、出厂日期和出厂实验报告等材质证明文件并抽样检查，各项性能指标均符合设计要求才能使用，严禁使用不合格或过期硬化水泥。 5.3 主要施工过程 1.桩位测量放样 采用全站仪来进行桩的中心位置放样，放
9、样后四周设护桩并复测，误差控制在 5mm 以内。根据设计所提供的控制点，采用全站仪现场布置控制网并复核。依据桩基中心轴线坐标值，用坐标法放样桩基中心线、桩基中心点等，并打入标桩，中心线的放样误差控制在 5cm 范围内，并设置十字形控制桩，便于校核，桩上标明桩号。 2.场地平整 钻机底盘不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷，对于施工场地为旱地而且在施工期间地下水位在原地面以下时，将场地平整夯实，清除杂物；场地位于浅水时，采用筑岛后在顶面安置钻机，筑岛顶面高出施工水位 1.0m 左右。 3.钻机就位 将钻机行驶到施工桩位，钻机就位时与平面最大倾角不超过 4，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻
10、头中心与钻孔中心对准，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直。 4.护筒埋设 护筒埋设采用挖埋法，即用专用钻斗挖除所要埋护筒的土层后，将护筒放入其中。埋设准确、水平、垂直、稳固，护筒的四周回填粘土并夯实。钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线保持在同一直线。护筒中心与设计桩位中心的偏差不得大于 20mm，钢护筒垂直度偏差不允许大于 0.5%，保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作。 5.旋挖钻机成孔 旋挖钻机成孔过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。钻孔桩成孔采用分级扩孔的施工方法：首先选用小钻径筒式取芯钻头配合捞砂斗钻至设计孔深，然后使用较大钻径钻头并配合捞砂钻头进行下一级
11、扩孔作业，直至钻孔桩的孔径、孔深满足设计要求，最终实现旋挖钻机成孔。 6.成孔检查 成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。成孔检查方法根据孔径的情况来定，当钻孔为干孔时，可用重锤将孔内的虚土夯实，采用直接用测绳及测孔器测，若孔内存在地下水，可采用泵吸反循环抽浆的方法清孔，则采用水下灌注混凝土施工的方法进行钻孔的测孔工作。 7.清孔 将沉淀物清出孔位。浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度，柱桩不大于5cm，摩擦桩不大于 20cm。 8.钢筋骨架的运输与现场吊装 钢筋骨架在转运至桩位的过程中必须保证骨架不变形。采用汽车运输时要保证在每个加劲筋处设支承点，各支承点高
12、度相等。 钢筋笼入孔时，由吊车吊装。在安装钢筋笼时，采用两点起吊。第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分之一点之间。应采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不致变形。吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后应徐徐下放，不宜左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。严禁高提猛落和强制下放。 骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，为防止钢筋笼掉笼或在灌注过程中浮笼，钢筋笼的定位采用螺纹钢筋悬挂在钢护筒上。钢筋笼中心与设计桩中心位置对正，反复核对无误后再焊接定位于钢护筒上，完成钢筋笼的安装。钢筋笼定位后，在
13、6h 内浇注混凝土，防止塌孔。 9.二次清孔 钢筋笼下放到位固定后，立即安放导管，用吊车逐段吊装接长、下放，导管下端距孔底的距离为 500mm。混凝土导管安放完后，若孔底沉碴厚度不满足设计要求，利用导管进行二次清孔，经监理工程师现场检验合格后，立即拆除吸泥弯头，方可开始浇筑水下混凝土。 10.钻孔桩混凝土灌注 灌注混凝土一旦开浇后，连续进行，不得中断。 每隔 30min 测量一次桩孔内混凝土面深度（浇筑后期和浅孔缩短间隔时间至 515min)，并及时填绘混凝土浇筑指示图及混凝土浇筑量随深度的理论曲线和实际变化曲线，指导导管的拆卸工作。当浇筑方量与混凝土顶面位置不相符时，应及时分析原因，找出问题
14、所在，及时处理。 5.4 劳动力组织 劳动力组织见表 5.3。 表 5.3 劳动力组织表 序号 人员 数量 备 注 1 技术负责人 1 施工技术指导 2 技术员 12 技术工作；质量监督、检查 3 班组长 2 指挥现场作业 4 工人 45 现场作业 合计 810 6 材料与设备 6.1 所需主要材料 钻孔桩主要材料有钢筋、混凝土。 6.2 机具设备 根据钻孔桩工程数量和地质条件，进行旋挖钻机成桩工艺性试验，合理选择旋挖钻机型号和主要设备参数，同时，根据施工进度安排配备合适的设备数量，具体见表 6.1。 表 6.1 旋挖钻成孔主要配套设备 序号 设备名称 规格型号 数量 用途 1 旋挖钻机 TR
15、360D 1 台 钻孔 2 旋挖钻机 TR400C 1 台 钻孔 3 挖掘机 1m3 1 台 清理平整场地、装弃渣 4 自卸汽车 5T 2 台 运弃渣 5 吊车 25T 1 台 下钢筋笼、吊装导管、协助灌注砼 6 电焊机 BX400-1 3 台 焊接钢筋笼 7 全站仪 莱卡 1 台 桩位放样 8 水准仪 莱卡 1 台 高程测量 7 质量控制 7.1 执行标准 相关的行业标准： 1.建设工程质量管理条例 （国务院【2000】279 号） 2.公路工程质量管理办法 （交公路发【1999】90 号） 3.公路工程质量检验评定标准 （JTG F80/1-2004） 4.公路桥涵施工技术规范 （JTG/T F50-2011） 7.2 质量检验标准 7.2.1 钢筋笼制作及安装质量检验 钻孔灌注桩钢筋骨架制作和安装质量应符合表 7.1 的规定。 表 7.1 钻孔灌注桩钢筋骨架制作和安装质量标准 项目 允许偏差（mm） 主筋间距 10 箍筋间距 20 外径 10 倾斜度 0.5 保护层厚度 20 中心平面位置 20 顶端高程 20 地面高程 50 7.2.2 混凝土质量检验标准 1.原材料质量控制 (1)水泥：水泥采用业主指定的 42.5MPa 普通硅酸盐水泥或硫酸盐，
