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【摘 要】近年来，随着我国基础设施建设的不断发展，桩基础已经广泛使用于各种基础设施建设工程。在进行高等级公路桥梁基础、风电场基础工程中，特别是地形条件复杂，施工期限紧等原因。因此，旋挖钻灌注桩干桩基础已广泛使用，以发挥成孔速度快、安全的优点。
【关键词】高原铁路桥梁；旋挖钻干法；成孔技术
引言
随着钻孔灌注桩在桥梁基础中广泛应用，快速、高效、质优的钻孔成孔施工技术一直在不断发展，而旋挖钻机成孔施工就是其中一种较为先进的桩基施工技术，该工程有效地结合工程地质状况，充分发挥旋挖钻機成孔施工的优点，取得非常理想的进度、质量、经济的综合效益。
1、干法钻孔概述
护筒埋设完成后，进行正式钻进，旋挖钻进是利用旋挖钻头杆顶的液压马达往下压，同时利用旋挖钻头旋转切入土体，土被挤入料斗中，再提出孔外，钻进过程中，根据地质情况选用不同的钻头，一般粘土和砂性选用筒式钻头，碎砾石土选用平底钻头，岩性地层选用尖底钻头。钻孔过程中，先低挡慢速钻进，钻至护筒下1m后，再以正常速度钻进。及时填写钻进记录，绘制出地质剖面图，验证与设计是否相符。
为确保工程质量，当进尺深度达到设计标高时，在原位正向空转数圈，然后停止，提升钻杆。钻孔施工要连续进行如因故停机，应将钻头提离孔底5m以上或提出孔外。
2、旋挖钻机优点
（1）环保卫生。
干法成孔时，不会对现场和周遍环境造成污染。即便采用静态泥浆成孔时，相对于冲击钻机和回转钻机的污染，旋挖钻机对现场产生污染要少。
（2）成孔速度快。
在一般地层，旋挖钻机成孔速度是普通钻机的4～6倍。按照在一般地层和桥梁桩长30米以内估算，按照正常的桩基成孔的质量控制要求，成孔一根合格的桩基，回转钻机大约是24～36小时。而熟练的旋挖钻机操作手再配备技术员指导钻孔，桩基成孔则只需要6～9个小时。在这方面旋挖钻机的优势明显。
地质概况：
根据P9#墩位处地质勘察资料，原地面地貌较为平缓，地面标高为164.92～167.01m，平均地面标高为165.965m左右，地表面有砂卵石层覆盖，厚度约0.7～3.8m，平均厚度约2.3m左右，卵石直径5～10cm。以下为泥质砂岩和砂岩互层，岩石以下4～6m左右为强风层，局部泥质较重，裂隙较为发育，岩层倾角较小，接近于水平状态。地勘时其涌水量为13.24立方米/天，但在基坑开挖过程中或受江水水位增高的影响，其涌水量将大大增加，为可挖状态。
3、旋挖桩施工技术
3.1场地的布置
旋挖桩机的作业半径较大，整机重量很大，在行走和施工时对场地面的承载力要求较高，在场地布置时，应根据设计要求，进行合理规划：（1）场地不宜占地过多，但应保证机械布置不显局促，同时机械有移位的空间。（2）现场原材料准备充足，并码放整齐、标识明确。水泥、砂、石、水运输到位。（3）旋挖机、搅拌机、吊车、发电机、抽水机、专用水箱及下料套筒运输到场，布置到位，支垫牢靠，用电设备安装可靠接地。调试所有施工机具。（4）检查、确认到位的原材料符合规范要求，作业机具和安全、防护用具满足使用并符合安规要求。
3.2设备选择与成孔原理
根据桥址区域工程地质、水文地质及水文情况，P9#墩基础施工需在3～6月枯水期完成施工，而且需在承台外先组织土围堰施工，在土围堰保护下进行承台基坑开挖和桩基础施工，考虑到承台基坑处岩层裂隙较发育，采用人工挖孔桩排水困难，而采用冲击钻孔速度较慢，进度难以保证，而旋挖钻孔进度快，安全性能好，但墩位基础处岩层强度较高，设计桩径较大，小型旋挖钻机难以钻进。对此，经多方对比、论证，最后决定采用400吨大型旋挖钻机进行桩基旋挖造孔。该钻机由机身主体、液压杆、导向架、钻杆、钻头等组成，每台钻机自重约80吨。可完成自行行走、对中、调整垂度、钻进、出碴、清孔等全部成孔动作。其造孔原理是采取钻杆的旋转带动钻头的旋转，将桩孔内岩体进行切削磨碎，对磨碎的岩体碎碴通过进入钻头套筒内，随钻杆提升孔外后进行卸碴，如此反复钻进、出渣等施工循环，最后形成桩基的造孔。
3.3旋挖造孔
旋挖钻机布置就位后应稳定牢靠，防止位移沉降，确保钻孔质量。钻机位置定位准确后，在桩孔中心位置上安装钻头。针该墩位处岩层整体情况，P9#墩先采用Φ1.5m齿板筒钻头进行套孔钻进及出碴，当钻孔深度距设计孔底0.5m时可停钻，然后采用Φ2.0m齿板筒钻头进行钻进及出碴，再采用Φ2.5m齿板筒钻头进行钻进及出碴，最后采Φ2.8m齿板筒钻头进行钻进及出碴，最后完成0.5m深度桩孔形成。旋挖造孔的成孔孔径和垂直度，全部由机械自身进行控制，通过操作室内的水平垂直仪观察到钻孔垂直度情况。
成孔钻进过程中密切进行目测观察，发现问题好及时纠正。在造孔过程中，跟踪检查碴样以确定各种岩石层厚度和标高，及时记录整理完善隐检资料。经工艺性生产试验，每孔桩基造孔从开始到结束共需两天时间，完全满足施工进度计划要求。
3.4钢筋笼的制作与安装
钢筋骨架在钢筋加工场下好料，然后根据桩长将骨架分一节加工或多节加工，钢筋搭接采用双面焊，饱满焊缝长度不少于5倍的钢筋直径，钢筋接头要错开，长度不小于50cm，同一断面上钢筋接头不能超过50%。钢筋笼吊入孔内必须绑垫块，以保证保护层厚度，钢筋笼顶焊接挂环，挂于孔口横向钢管上，使钢筋笼顶面标高、平面位置满足设计要求。钢筋上不得有锈斑及泥土，钢筋的规格与尺寸必须符合设计并经监理工程师检查认可。在井顶还要采取措施固定钢筋笼，在钢筋笼底端，将部分钢筋接长到底，并弯成向心的直角弯勾以防止钢筋笼上浮。
3.5灌注混凝土
桩基成孔后，应尽快安放钢筋笼，进行混凝土灌注，减少成孔的闲置时间。干法成孔的采用垂直导管法灌注混凝土，靠混凝土反压出导管形成的扰动产生振捣作用。导管为直径250mm钢管，导管接头为法兰盘加锥形活套式，要求导管内壁圆顺，内径一致，使用前先要试拼试压，不得漏水，并根据不同孔深编号及自下而上标示尺度，导管在吊入孔内时，用管夹将其位置固定在孔中心，防止卡挂钢筋骨架。桩基混凝土应连续浇注，灌注过程中要有技术人员经常检测孔内混凝土面的位置，及时调整导管的埋深，要保证导管的埋置深度在任何情况下不得小于1m，一般控制在2～4m左右，桩顶加灌0.6m即可，并指定专人做好灌注记录。灌注完成后应在桩顶覆盖棉被，起到养生的作用。 4、旋挖钻机施工过程预防措施
4.1编制专项施工技术、安全方案
由于旋挖钻机施工工艺、控制质量和安全环节多，一有不慎，会导致事故发生。尤其是在透水性强的粉砂层和强度低、含水量高淤泥质的软土地质条件下，地基施工时更为突出，因此，在施工前须编制专项施工技术和安全控制方案，并组织专家论证后实施，以确保工程顺利进行。
4.2机械设备
对于钻孔设备而言，通常采用的是200型或者250型规格的全液压旋挖钻机。就相关的配套机械设备而言，主要有挖掘机、吊车以及装栽机和钻渣运输车；对于安全设备而言，准备过程中应当配备防水照明灯、安全带、安全帽以及防护网等；对于混凝土灌注机械设备而言，主要包括混凝土拌和站、导管以及混凝土运输车和下料斗等：对于钢筋加工以及相应的安装机械设备而言，主要包括钢筋笼成套加工机械设备以及电焊机等，而试验检测机械设备主要有三组抗压强度试模、两只温度计以及一套坍落度筒即可。
4.3预防孔位偏移、孔身倾斜
施工过程中，钻机工作平台由于受地基不良、振动及自重等影响，往往钻机产生不均匀的下沉移位，从而导致孔位偏移、孔身倾斜等现象发生，造成返工现象；（1）对工作平台软质地基应进行换填夯实加固处理，在钻机履带底部铺设枕木或钢板等加强措施，确保施工平台能够满足钻机工作需要的承载力，以使钻机作业时保持稳定；（2）施工过程中及时清除地面遗漏的渣土，避免渣土散落孔内及雨水污染，保持平台周边整洁；（3）测量放样时做好桩位控制网点，在施工过程中要随时观察其桩基中心的平面位置和孔身的垂直度、孔壁的变化情况，一旦发生变化，及时作出有效的校正措施。
4.4预防塌孔
旋挖钻机成孔处于静态泥漿护壁，尤其砂卵地层孔壁泥皮形成比较薄，孔壁土层稳定性差；又旋挖钻机成孔速度快，出渣方式通过钻斗旋挖后直接出渣，钻进时抗扰动能力差，在钻进和出渣提升或沉入过程中会扰动泥浆波动产生孔壁土体脱落、变形和坍塌，应根据不同的土质控制相应的钻进转速并须匀速进行。钻进速度控制在8～10m/h，每斗钻进深度在50cm以内。（1）根据地层地质情况选择合适的钻头；（2）施工时选用中、高粘性化学泥浆；（3）在开钻前检查护筒四周土层是否密实稳定，埋设深度、平面位置、垂直度是否符合要求，护筒周边土体是否密实，钻机定位是否达到要求；（4）禁止堆放与桩基施工作业无关机械、材料在孔口周围，杜绝外部物体直接作用在护筒上；施工过程中尽量避免钻斗和钢筋笼擦伤孔壁；（5）由于钻机旋转半径小，钻斗倾卸钻渣离井口距离近，应避免钻渣就地堆方或重型车辆运渣，受侧压力影响而引起塌孔。
5、旋挖钻机钻孔施工中注意事宜
（1）及时填写现场检查情况和施工记录，严格交接班制度。
（2）在钻进过程中，随时检查泥浆稠度、比重等指标，如不符合要求应及时进行调整，判明土层地质情况，并做好记录。
（3）为防止钻斗内的土砂掉落到孔内而使泥浆性质变坏或沉淀到孔底，斗底铁门在钻进过程中始终保持关闭状态。钻进过程中及时排除钻渣和及时补充浆料。
（4）保持孔内具有规定的水位和泥浆稠度，防止意外塌孔。
（5）根据不同的土质评估钻进阻力和扭矩的大小，控制钻进转速。
（6）在桩端持力层中钻进时，由于钻斗的吸引现象使桩端持力层松弛，应缓慢上提钻斗，遇桩端持力层倾斜时，稍加压钻进入，以防止倾斜。
结束语
总而言之，随着我国社会经济的快速发展，铁路桥梁工程施工建设的机械化程度不断提升，而干成孔旋挖桩施工技术以其自身的优势和特点，广泛应用在挖桩施工过程中。在未来的应用和发展过程中，应当不断创新技术，这样才能为我国建筑行业的发展，提供技术保障。
参考文献：
[1]朱卫东.高原高寒多年冻土区铁路桥涵施工技术研究[D].天津大学，2006.
[2]王猛，霍鹏.风化岩层中桩基旋挖成孔施工工艺[J].公路交通科技（应用技术版），2012，08：53-56.
[3]张杰.旋挖钻机在多年冻土区桥梁桩基施工中的应用[J].山西建筑，2012，28：59-60.
[4]杨睿，侯靖东，李卫锋.旋挖钻机在市政桥梁桩基中的施工工艺及质量控制[J].考试周刊，2009，48：176-177.
【关键词】高原铁路桥梁；旋挖钻干法；成孔技术
引言
随着钻孔灌注桩在桥梁基础中广泛应用，快速、高效、质优的钻孔成孔施工技术一直在不断发展，而旋挖钻机成孔施工就是其中一种较为先进的桩基施工技术，该工程有效地结合工程地质状况，充分发挥旋挖钻機成孔施工的优点，取得非常理想的进度、质量、经济的综合效益。
1、干法钻孔概述
护筒埋设完成后，进行正式钻进，旋挖钻进是利用旋挖钻头杆顶的液压马达往下压，同时利用旋挖钻头旋转切入土体，土被挤入料斗中，再提出孔外，钻进过程中，根据地质情况选用不同的钻头，一般粘土和砂性选用筒式钻头，碎砾石土选用平底钻头，岩性地层选用尖底钻头。钻孔过程中，先低挡慢速钻进，钻至护筒下1m后，再以正常速度钻进。及时填写钻进记录，绘制出地质剖面图，验证与设计是否相符。
为确保工程质量，当进尺深度达到设计标高时，在原位正向空转数圈，然后停止，提升钻杆。钻孔施工要连续进行如因故停机，应将钻头提离孔底5m以上或提出孔外。
2、旋挖钻机优点
（1）环保卫生。
干法成孔时，不会对现场和周遍环境造成污染。即便采用静态泥浆成孔时，相对于冲击钻机和回转钻机的污染，旋挖钻机对现场产生污染要少。
（2）成孔速度快。
在一般地层，旋挖钻机成孔速度是普通钻机的4～6倍。按照在一般地层和桥梁桩长30米以内估算，按照正常的桩基成孔的质量控制要求，成孔一根合格的桩基，回转钻机大约是24～36小时。而熟练的旋挖钻机操作手再配备技术员指导钻孔，桩基成孔则只需要6～9个小时。在这方面旋挖钻机的优势明显。
地质概况：
根据P9#墩位处地质勘察资料，原地面地貌较为平缓，地面标高为164.92～167.01m，平均地面标高为165.965m左右，地表面有砂卵石层覆盖，厚度约0.7～3.8m，平均厚度约2.3m左右，卵石直径5～10cm。以下为泥质砂岩和砂岩互层，岩石以下4～6m左右为强风层，局部泥质较重，裂隙较为发育，岩层倾角较小，接近于水平状态。地勘时其涌水量为13.24立方米/天，但在基坑开挖过程中或受江水水位增高的影响，其涌水量将大大增加，为可挖状态。
3、旋挖桩施工技术
3.1场地的布置
旋挖桩机的作业半径较大，整机重量很大，在行走和施工时对场地面的承载力要求较高，在场地布置时，应根据设计要求，进行合理规划：（1）场地不宜占地过多，但应保证机械布置不显局促，同时机械有移位的空间。（2）现场原材料准备充足，并码放整齐、标识明确。水泥、砂、石、水运输到位。（3）旋挖机、搅拌机、吊车、发电机、抽水机、专用水箱及下料套筒运输到场，布置到位，支垫牢靠，用电设备安装可靠接地。调试所有施工机具。（4）检查、确认到位的原材料符合规范要求，作业机具和安全、防护用具满足使用并符合安规要求。
3.2设备选择与成孔原理
根据桥址区域工程地质、水文地质及水文情况，P9#墩基础施工需在3～6月枯水期完成施工，而且需在承台外先组织土围堰施工，在土围堰保护下进行承台基坑开挖和桩基础施工，考虑到承台基坑处岩层裂隙较发育，采用人工挖孔桩排水困难，而采用冲击钻孔速度较慢，进度难以保证，而旋挖钻孔进度快，安全性能好，但墩位基础处岩层强度较高，设计桩径较大，小型旋挖钻机难以钻进。对此，经多方对比、论证，最后决定采用400吨大型旋挖钻机进行桩基旋挖造孔。该钻机由机身主体、液压杆、导向架、钻杆、钻头等组成，每台钻机自重约80吨。可完成自行行走、对中、调整垂度、钻进、出碴、清孔等全部成孔动作。其造孔原理是采取钻杆的旋转带动钻头的旋转，将桩孔内岩体进行切削磨碎，对磨碎的岩体碎碴通过进入钻头套筒内，随钻杆提升孔外后进行卸碴，如此反复钻进、出渣等施工循环，最后形成桩基的造孔。
3.3旋挖造孔
旋挖钻机布置就位后应稳定牢靠，防止位移沉降，确保钻孔质量。钻机位置定位准确后，在桩孔中心位置上安装钻头。针该墩位处岩层整体情况，P9#墩先采用Φ1.5m齿板筒钻头进行套孔钻进及出碴，当钻孔深度距设计孔底0.5m时可停钻，然后采用Φ2.0m齿板筒钻头进行钻进及出碴，再采用Φ2.5m齿板筒钻头进行钻进及出碴，最后采Φ2.8m齿板筒钻头进行钻进及出碴，最后完成0.5m深度桩孔形成。旋挖造孔的成孔孔径和垂直度，全部由机械自身进行控制，通过操作室内的水平垂直仪观察到钻孔垂直度情况。
成孔钻进过程中密切进行目测观察，发现问题好及时纠正。在造孔过程中，跟踪检查碴样以确定各种岩石层厚度和标高，及时记录整理完善隐检资料。经工艺性生产试验，每孔桩基造孔从开始到结束共需两天时间，完全满足施工进度计划要求。
3.4钢筋笼的制作与安装
钢筋骨架在钢筋加工场下好料，然后根据桩长将骨架分一节加工或多节加工，钢筋搭接采用双面焊，饱满焊缝长度不少于5倍的钢筋直径，钢筋接头要错开，长度不小于50cm，同一断面上钢筋接头不能超过50%。钢筋笼吊入孔内必须绑垫块，以保证保护层厚度，钢筋笼顶焊接挂环，挂于孔口横向钢管上，使钢筋笼顶面标高、平面位置满足设计要求。钢筋上不得有锈斑及泥土，钢筋的规格与尺寸必须符合设计并经监理工程师检查认可。在井顶还要采取措施固定钢筋笼，在钢筋笼底端，将部分钢筋接长到底，并弯成向心的直角弯勾以防止钢筋笼上浮。
3.5灌注混凝土
桩基成孔后，应尽快安放钢筋笼，进行混凝土灌注，减少成孔的闲置时间。干法成孔的采用垂直导管法灌注混凝土，靠混凝土反压出导管形成的扰动产生振捣作用。导管为直径250mm钢管，导管接头为法兰盘加锥形活套式，要求导管内壁圆顺，内径一致，使用前先要试拼试压，不得漏水，并根据不同孔深编号及自下而上标示尺度，导管在吊入孔内时，用管夹将其位置固定在孔中心，防止卡挂钢筋骨架。桩基混凝土应连续浇注，灌注过程中要有技术人员经常检测孔内混凝土面的位置，及时调整导管的埋深，要保证导管的埋置深度在任何情况下不得小于1m，一般控制在2～4m左右，桩顶加灌0.6m即可，并指定专人做好灌注记录。灌注完成后应在桩顶覆盖棉被，起到养生的作用。 4、旋挖钻机施工过程预防措施
4.1编制专项施工技术、安全方案
由于旋挖钻机施工工艺、控制质量和安全环节多，一有不慎，会导致事故发生。尤其是在透水性强的粉砂层和强度低、含水量高淤泥质的软土地质条件下，地基施工时更为突出，因此，在施工前须编制专项施工技术和安全控制方案，并组织专家论证后实施，以确保工程顺利进行。
4.2机械设备
对于钻孔设备而言，通常采用的是200型或者250型规格的全液压旋挖钻机。就相关的配套机械设备而言，主要有挖掘机、吊车以及装栽机和钻渣运输车；对于安全设备而言，准备过程中应当配备防水照明灯、安全带、安全帽以及防护网等；对于混凝土灌注机械设备而言，主要包括混凝土拌和站、导管以及混凝土运输车和下料斗等：对于钢筋加工以及相应的安装机械设备而言，主要包括钢筋笼成套加工机械设备以及电焊机等，而试验检测机械设备主要有三组抗压强度试模、两只温度计以及一套坍落度筒即可。
4.3预防孔位偏移、孔身倾斜
施工过程中，钻机工作平台由于受地基不良、振动及自重等影响，往往钻机产生不均匀的下沉移位，从而导致孔位偏移、孔身倾斜等现象发生，造成返工现象；（1）对工作平台软质地基应进行换填夯实加固处理，在钻机履带底部铺设枕木或钢板等加强措施，确保施工平台能够满足钻机工作需要的承载力，以使钻机作业时保持稳定；（2）施工过程中及时清除地面遗漏的渣土，避免渣土散落孔内及雨水污染，保持平台周边整洁；（3）测量放样时做好桩位控制网点，在施工过程中要随时观察其桩基中心的平面位置和孔身的垂直度、孔壁的变化情况，一旦发生变化，及时作出有效的校正措施。
4.4预防塌孔
旋挖钻机成孔处于静态泥漿护壁，尤其砂卵地层孔壁泥皮形成比较薄，孔壁土层稳定性差；又旋挖钻机成孔速度快，出渣方式通过钻斗旋挖后直接出渣，钻进时抗扰动能力差，在钻进和出渣提升或沉入过程中会扰动泥浆波动产生孔壁土体脱落、变形和坍塌，应根据不同的土质控制相应的钻进转速并须匀速进行。钻进速度控制在8～10m/h，每斗钻进深度在50cm以内。（1）根据地层地质情况选择合适的钻头；（2）施工时选用中、高粘性化学泥浆；（3）在开钻前检查护筒四周土层是否密实稳定，埋设深度、平面位置、垂直度是否符合要求，护筒周边土体是否密实，钻机定位是否达到要求；（4）禁止堆放与桩基施工作业无关机械、材料在孔口周围，杜绝外部物体直接作用在护筒上；施工过程中尽量避免钻斗和钢筋笼擦伤孔壁；（5）由于钻机旋转半径小，钻斗倾卸钻渣离井口距离近，应避免钻渣就地堆方或重型车辆运渣，受侧压力影响而引起塌孔。
5、旋挖钻机钻孔施工中注意事宜
（1）及时填写现场检查情况和施工记录，严格交接班制度。
（2）在钻进过程中，随时检查泥浆稠度、比重等指标，如不符合要求应及时进行调整，判明土层地质情况，并做好记录。
（3）为防止钻斗内的土砂掉落到孔内而使泥浆性质变坏或沉淀到孔底，斗底铁门在钻进过程中始终保持关闭状态。钻进过程中及时排除钻渣和及时补充浆料。
（4）保持孔内具有规定的水位和泥浆稠度，防止意外塌孔。
（5）根据不同的土质评估钻进阻力和扭矩的大小，控制钻进转速。
（6）在桩端持力层中钻进时，由于钻斗的吸引现象使桩端持力层松弛，应缓慢上提钻斗，遇桩端持力层倾斜时，稍加压钻进入，以防止倾斜。
结束语
总而言之，随着我国社会经济的快速发展，铁路桥梁工程施工建设的机械化程度不断提升，而干成孔旋挖桩施工技术以其自身的优势和特点，广泛应用在挖桩施工过程中。在未来的应用和发展过程中，应当不断创新技术，这样才能为我国建筑行业的发展，提供技术保障。
参考文献：
[1]朱卫东.高原高寒多年冻土区铁路桥涵施工技术研究[D].天津大学，2006.
[2]王猛，霍鹏.风化岩层中桩基旋挖成孔施工工艺[J].公路交通科技（应用技术版），2012，08：53-56.
[3]张杰.旋挖钻机在多年冻土区桥梁桩基施工中的应用[J].山西建筑，2012，28：59-60.
[4]杨睿，侯靖东，李卫锋.旋挖钻机在市政桥梁桩基中的施工工艺及质量控制[J].考试周刊，2009，48：176-177.