论文部分内容阅读
【摘 要】 以旋挖钻在实际工程中的应用状况为基础资料，分析比较了其与人工挖孔桩、冲击钻成孔工艺的区别，应用具体实际项目，分析比较了人工挖孔、冲击钻成孔、旋挖钻成孔的实际成本，表明了旋挖钻在黄土高原地区桥梁桩基采用干法成孔优势明显。
【关键词】 黄土高原；旋挖钻；干法成孔；经济优势
1 工程概况
铜黄高速公路TH-C03标K75+460泉沟大桥、K75+685冲沟大桥长度分别206m和146m，泉沟大桥上部结构采用10-20m预应力混凝土连续箱梁，中心里程为K75+685；冲沟大桥上部结构采用7-20m预应力混凝土连续箱梁，中心里程为K75+685；基础均采用钻孔磨擦桩形式。泉沟大桥共有桩基48根，其中直径1.2米桩基12根，平均深度21米，直径1.8米桩基36根，平均深度40米；冲沟大桥共有桩基36根，其中直径1.2米桩基12根，平均深度20米，直径1.8米桩基24根，平均深度31米.
2 工程施工
2.1施工方案确定
铜黄高速公路TH-C03标K75+460泉沟大桥、K75+685冲沟大桥地貌位于渭北黄土台塬沟壑、低山地貌区。地形起伏，山体上植被稀少。地质情况从上至下主要由新黄土、老黄土、中厚层砂岩夹灰黑色泥岩组成，桩基础设计为摩擦桩基础。另外工程所处地水文情况主要为发育黄土孔隙裂隙水及基岩裂隙水，主要受大气降水补给，富水较弱，地表水基本为降水收集水，属于典型的缺水地区。考虑到项目所处位置缺水严重，制备泥浆及泥浆循环用水量大、两座大桥远离项目变压器、施工用电负荷大以及经济成本等因素，项目比选后最终确定采用旋挖钻干法成孔工艺方案。
2.2施工准备
开工前，将地上、地下障碍物都处理完毕，达到“三通一平”。施工用临时设施准备就绪，达到旋挖钻就位、安设钢护筒、吊车支垫、罐车就位等条件。测量组根据图纸放出轴线及桩位点，布设抄水平标高木桩，选择和确定钻孔机进出路线和钻孔顺序，制定合理的施工方法。本工程采用干法成孔，施工准备至关重要的是场地要平整，减少旋挖钻在钻进过程中的不平衡导致成孔质量达不到要求。
2.3施工工艺
测量放线及定桩位→开挖地面表层土埋设钢护筒→检查桩中心轴线→钻机就位→钻孔→成孔检查→孔口盖板→移钻孔机→移盖板测孔深、垂直度→吊放钢筋笼→安装混凝土导管→浇筑混凝土→桩成品检测、验收。
3 旋挖钻在施工中与人工挖孔、冲击钻成孔相比的优点
在工程施工中，由于部分桥梁的地质原因或者是地貌原因，旋挖钻无法就位，部分岩层无法钻进，仍旧采用传统的工艺方法进行施工。旋挖桩成孔与人工挖孔桩及冲击钻成孔相比较，旋挖桩成孔在施工进度、安全、分包成本上均具有较大优势。
3.1组织简单、操作方便、施工进度快
旋挖钻型号选用的是220型迈特钻机，钻机配备了电脑操作系统，钻进过程中钻头垂直度、深度等数据在仪表盘上可以清楚显示，便于全程监控。行走系统为履带式自行行走，移动就位快速方便，而冲击钻移动则要借助吊车或者装载机拖动就位。因旋挖钻机是实现了机、电、液压一体化高度集中的设备，在施工过程中可以节约大量的人力消耗，且该项工程采用的是干法成孔，在成孔过程中无需泥浆护壁，还可以节省泥浆制备的时间，施工时只需调直机架挺杆，对好桩位（用对位圈），开动机械钻进、出土，干作业施工达到控制深度后停钻、提钻即可，施工组织简单，操作便捷，循环作业时间短，施工进度快。
3.2节约材料、降低成本
采用旋挖钻相对人工挖孔工艺可以节约大量混凝土，特别是在护壁混凝土上是纯节省，另外在成孔的质量上存在很大的优势，人工成孔控制不精确，导致混凝土超耗。例如直径1.8m、桩长40m设计混凝土用量為102m3，如采用人工挖孔成桩工艺，在护壁上需要投入34.5m3混凝土，在施工中的扩孔系数上要投入8m3混凝土左右，而旋挖钻干法成孔不需要混凝土护壁，而且在成孔精度上可以通过电脑精确控制，成孔的直径误差可以控制在5cm以内，混凝土超耗量控制在5.7m3以内，仅仅一根桩都要节省混凝土36.8m3左右，直接节约材料费用36.8m3×254元/m3=9347.2元。
3.3安全事故可控，安全成本投入少
采用旋挖钻成孔全过程属于设备作业，不存在人工孔内作业，在安全控制上排除了人工上下孔、孔内有毒气体、孔内窒息、孔壁坍塌等安全隐患。在安全成本投入上只需要制作一块孔口盖板，在成孔后将盖板盖上以防止人员坠孔即可。但采用人工挖孔桩施工要密切注意以上各种安全隐患，并加大对安全的投入，如人工上下孔的软梯、人员在孔内的通风设备、人工挖空作业时在孔口的守备人员等。因为人工开挖进度比较慢，所有的安全设备及工具必须定期进行检查更新，排除安全隐患，以确保安全方面的可控。
3.4减少泥浆制备，环境污染少
该项目处于缺水地区，水资源十分宝贵，而且在项目的下方是铜川地区70万人口的饮用水源地---桃曲坡水库水资源保护区，为加强水资源保护，必须对施工过程的污水排放要严格控制，同时这也是业主的要求。项目采用旋挖钻干法成孔不需要配置泥浆，旋挖钻钻孔提钻后的土渣可以用于场地平整或者用装载机运走，施工过程中有效避免了由于污水和泥浆造成的环境污染，极大地改善了施工环境，非常有利于对铜川水源地的保护。
4 旋挖钻在黄土地区成孔与人工挖孔、冲击钻成孔在费用方面相比的优势分析
泉沟大桥以1.8米直径桩基居多，旋挖钻干法成孔诸多优势在施工中得到充分体现，现将本工法的经济效益与人工开挖成孔、冲击钻成孔对比分析如下。
4.1旋挖钻成孔成本
（1）同等地质情况、相同机械状况下，旋挖钻要比其他普通钻机成孔速度快，在黄土地质条件下成孔速度平均为8-10米/小时，成孔一根40米深的桩基包括准备时间在内平均为7个小时，工作效率较其它普通钻机成孔明显提高，工期节约是最大的效益，同时也节省了很大一部分间接费用。 （2）目前市场环境价格，桩基成孔单价按照每立方米进行分包，分包价格在220元/m3左右，分包内容包括成孔费用、设备费用、燃油费用、灌注混凝土人工费用（不包含吊车费用），折算成每米的成孔费用为559.5元/米。
4.2人工挖孔成本
（1）同等地质情况人工挖孔桩速度，每个桩口配置3个人，黄土地质条件下平均每天4米左右，成孔一根40米深的桩基时间需要10天。
（2）目前市场环境价格，按照每立方米进行分包，分包价格在265元/m3，分包内容包括孔桩土方开挖、装碴、运碴、弃碴10m外，抽水，锁口、20cm厚护壁混凝土模板安装，混凝土拌和、浇注、养护、拆模，防护（不含桩基混凝土浇注，单价一般在30元/m3以内），折算成每米的成孔费用为674元/米。
（3）人工挖孔方法成桩工艺，在护壁上每米需要投入1.26m3混凝土进行护壁施工，以保证人员安全，混凝土材料费用1.26m3×254元/m3=320元。
（4）人工挖孔桩成孔还需要配置一部分卷扬机等小型机具，平均每立方分摊在6元/立方左右，折合在每米成孔费用中15.3元/米。
（5）小计人工挖孔桩每米成孔直接费用约1009.3元。
4.3冲击钻成孔成本
（1）同等地质情况冲击钻成孔速度，黄土地质条件下平均每天10m左右，成孔一根40m深的桩基时间需要4天。
（2）目前市场环境价格，按照每米进行分包，分包价格在800元/m，分包内容包括钻机及钻具安拆、移位、造浆、钻进、提钻、换浆、清孔、清除废浆碴等沉淀物，泥浆池建造及泥浆外运，清孔、量孔深、配合灌注桩身砼、1.5m以内的空钻、人工配合桩基检测、协助钢筋笼的起吊、运输、安装施工等工完料清及文明施工等。
（3）冲击钻成孔方法，需要制备泥浆，泥浆制备数量约为桩孔体积的3倍，则每米需要泥浆数量为7.6m3，每立方泥浆制备以及外运费用在35元左右，则泥浆费用7.6m3×35元/m3=266元。
（4）小计冲击钻成孔桩每米成孔直接费用约1066元。
4.4比较分析
（1）经济效益：从数据统计分析中可以看出1.8米直径旋挖钻比人工开挖每米节约直接费用449.8元/米，比冲击钻成孔每米节约506.5元/米，经济效益显著。
（2）环境效益：冲击成孔钻施工桥梁桩基础要制备大量的泥浆以及对泥浆进行处理，通常情况下钻孔所产生的渣土以及泥浆是桩孔体积的三倍，泥浆外运十分不方便，且对周遍环境以及水源保护区存在污染，而旋挖钻可以不用泥浆护壁，对环境的影响很小。
（3）安全效益：经统计，人工挖孔钻安全事故发生比例在施工单位中大约占总安全事故的10%，安全风险较大，在目前建筑行业安全形式下，保证安全就是最明显的效益，采用旋挖钻干法施工就可以有效减少孔内安全隐患，降低安全事故发生率。
（4）进度效益：在同等地质情况下，旋挖钻施工比冲击钻施工完成一根桩要节约3天的工期，比人工挖孔桩要节约8天的工期，工作效率明显提高，施工进度明显加快，节省了项目很大一部分间接费用，真正实现向进度要效益，向安全要效益的目标。
5 结束语
综上所述，黄土高原地区桥梁桩基采用旋挖钻干法成孔施工工艺，从操作性、经济性、安全性、环保性角度与其它普通成孔施工工艺相比都具有明显的优势。铜黄高速公路TH-C03标段项目的施工经验及成果非常值得类似项目借鉴和推广。
参考文献：
[1]肖滨，高德强，李士敏。旋挖钻在滇池地区桥梁基础工程中的应用[期刊论文]。哈尔宾职业技术学院，2010（03）
[2]边耀旭。旋挖钻在黄土层钻孔灌注桩施工中的应用[期刊论文]。甘肃科技2008（6）
[3]付國平，闵峰，周望。大直径深长钻孔桩旋挖钻机施工方法。中国公路建设行业协会
作者简介：刘绍恩，男，汉族，广西桂林人，2001年毕业于中南大学工程管理专业，本科，工程师，主要从事现场技术及管理工作，现从事合同管理工作。
【关键词】 黄土高原；旋挖钻；干法成孔；经济优势
1 工程概况
铜黄高速公路TH-C03标K75+460泉沟大桥、K75+685冲沟大桥长度分别206m和146m，泉沟大桥上部结构采用10-20m预应力混凝土连续箱梁，中心里程为K75+685；冲沟大桥上部结构采用7-20m预应力混凝土连续箱梁，中心里程为K75+685；基础均采用钻孔磨擦桩形式。泉沟大桥共有桩基48根，其中直径1.2米桩基12根，平均深度21米，直径1.8米桩基36根，平均深度40米；冲沟大桥共有桩基36根，其中直径1.2米桩基12根，平均深度20米，直径1.8米桩基24根，平均深度31米.
2 工程施工
2.1施工方案确定
铜黄高速公路TH-C03标K75+460泉沟大桥、K75+685冲沟大桥地貌位于渭北黄土台塬沟壑、低山地貌区。地形起伏，山体上植被稀少。地质情况从上至下主要由新黄土、老黄土、中厚层砂岩夹灰黑色泥岩组成，桩基础设计为摩擦桩基础。另外工程所处地水文情况主要为发育黄土孔隙裂隙水及基岩裂隙水，主要受大气降水补给，富水较弱，地表水基本为降水收集水，属于典型的缺水地区。考虑到项目所处位置缺水严重，制备泥浆及泥浆循环用水量大、两座大桥远离项目变压器、施工用电负荷大以及经济成本等因素，项目比选后最终确定采用旋挖钻干法成孔工艺方案。
2.2施工准备
开工前，将地上、地下障碍物都处理完毕，达到“三通一平”。施工用临时设施准备就绪，达到旋挖钻就位、安设钢护筒、吊车支垫、罐车就位等条件。测量组根据图纸放出轴线及桩位点，布设抄水平标高木桩，选择和确定钻孔机进出路线和钻孔顺序，制定合理的施工方法。本工程采用干法成孔，施工准备至关重要的是场地要平整，减少旋挖钻在钻进过程中的不平衡导致成孔质量达不到要求。
2.3施工工艺
测量放线及定桩位→开挖地面表层土埋设钢护筒→检查桩中心轴线→钻机就位→钻孔→成孔检查→孔口盖板→移钻孔机→移盖板测孔深、垂直度→吊放钢筋笼→安装混凝土导管→浇筑混凝土→桩成品检测、验收。
3 旋挖钻在施工中与人工挖孔、冲击钻成孔相比的优点
在工程施工中，由于部分桥梁的地质原因或者是地貌原因，旋挖钻无法就位，部分岩层无法钻进，仍旧采用传统的工艺方法进行施工。旋挖桩成孔与人工挖孔桩及冲击钻成孔相比较，旋挖桩成孔在施工进度、安全、分包成本上均具有较大优势。
3.1组织简单、操作方便、施工进度快
旋挖钻型号选用的是220型迈特钻机，钻机配备了电脑操作系统，钻进过程中钻头垂直度、深度等数据在仪表盘上可以清楚显示，便于全程监控。行走系统为履带式自行行走，移动就位快速方便，而冲击钻移动则要借助吊车或者装载机拖动就位。因旋挖钻机是实现了机、电、液压一体化高度集中的设备，在施工过程中可以节约大量的人力消耗，且该项工程采用的是干法成孔，在成孔过程中无需泥浆护壁，还可以节省泥浆制备的时间，施工时只需调直机架挺杆，对好桩位（用对位圈），开动机械钻进、出土，干作业施工达到控制深度后停钻、提钻即可，施工组织简单，操作便捷，循环作业时间短，施工进度快。
3.2节约材料、降低成本
采用旋挖钻相对人工挖孔工艺可以节约大量混凝土，特别是在护壁混凝土上是纯节省，另外在成孔的质量上存在很大的优势，人工成孔控制不精确，导致混凝土超耗。例如直径1.8m、桩长40m设计混凝土用量為102m3，如采用人工挖孔成桩工艺，在护壁上需要投入34.5m3混凝土，在施工中的扩孔系数上要投入8m3混凝土左右，而旋挖钻干法成孔不需要混凝土护壁，而且在成孔精度上可以通过电脑精确控制，成孔的直径误差可以控制在5cm以内，混凝土超耗量控制在5.7m3以内，仅仅一根桩都要节省混凝土36.8m3左右，直接节约材料费用36.8m3×254元/m3=9347.2元。
3.3安全事故可控，安全成本投入少
采用旋挖钻成孔全过程属于设备作业，不存在人工孔内作业，在安全控制上排除了人工上下孔、孔内有毒气体、孔内窒息、孔壁坍塌等安全隐患。在安全成本投入上只需要制作一块孔口盖板，在成孔后将盖板盖上以防止人员坠孔即可。但采用人工挖孔桩施工要密切注意以上各种安全隐患，并加大对安全的投入，如人工上下孔的软梯、人员在孔内的通风设备、人工挖空作业时在孔口的守备人员等。因为人工开挖进度比较慢，所有的安全设备及工具必须定期进行检查更新，排除安全隐患，以确保安全方面的可控。
3.4减少泥浆制备，环境污染少
该项目处于缺水地区，水资源十分宝贵，而且在项目的下方是铜川地区70万人口的饮用水源地---桃曲坡水库水资源保护区，为加强水资源保护，必须对施工过程的污水排放要严格控制，同时这也是业主的要求。项目采用旋挖钻干法成孔不需要配置泥浆，旋挖钻钻孔提钻后的土渣可以用于场地平整或者用装载机运走，施工过程中有效避免了由于污水和泥浆造成的环境污染，极大地改善了施工环境，非常有利于对铜川水源地的保护。
4 旋挖钻在黄土地区成孔与人工挖孔、冲击钻成孔在费用方面相比的优势分析
泉沟大桥以1.8米直径桩基居多，旋挖钻干法成孔诸多优势在施工中得到充分体现，现将本工法的经济效益与人工开挖成孔、冲击钻成孔对比分析如下。
4.1旋挖钻成孔成本
（1）同等地质情况、相同机械状况下，旋挖钻要比其他普通钻机成孔速度快，在黄土地质条件下成孔速度平均为8-10米/小时，成孔一根40米深的桩基包括准备时间在内平均为7个小时，工作效率较其它普通钻机成孔明显提高，工期节约是最大的效益，同时也节省了很大一部分间接费用。 （2）目前市场环境价格，桩基成孔单价按照每立方米进行分包，分包价格在220元/m3左右，分包内容包括成孔费用、设备费用、燃油费用、灌注混凝土人工费用（不包含吊车费用），折算成每米的成孔费用为559.5元/米。
4.2人工挖孔成本
（1）同等地质情况人工挖孔桩速度，每个桩口配置3个人，黄土地质条件下平均每天4米左右，成孔一根40米深的桩基时间需要10天。
（2）目前市场环境价格，按照每立方米进行分包，分包价格在265元/m3，分包内容包括孔桩土方开挖、装碴、运碴、弃碴10m外，抽水，锁口、20cm厚护壁混凝土模板安装，混凝土拌和、浇注、养护、拆模，防护（不含桩基混凝土浇注，单价一般在30元/m3以内），折算成每米的成孔费用为674元/米。
（3）人工挖孔方法成桩工艺，在护壁上每米需要投入1.26m3混凝土进行护壁施工，以保证人员安全，混凝土材料费用1.26m3×254元/m3=320元。
（4）人工挖孔桩成孔还需要配置一部分卷扬机等小型机具，平均每立方分摊在6元/立方左右，折合在每米成孔费用中15.3元/米。
（5）小计人工挖孔桩每米成孔直接费用约1009.3元。
4.3冲击钻成孔成本
（1）同等地质情况冲击钻成孔速度，黄土地质条件下平均每天10m左右，成孔一根40m深的桩基时间需要4天。
（2）目前市场环境价格，按照每米进行分包，分包价格在800元/m，分包内容包括钻机及钻具安拆、移位、造浆、钻进、提钻、换浆、清孔、清除废浆碴等沉淀物，泥浆池建造及泥浆外运，清孔、量孔深、配合灌注桩身砼、1.5m以内的空钻、人工配合桩基检测、协助钢筋笼的起吊、运输、安装施工等工完料清及文明施工等。
（3）冲击钻成孔方法，需要制备泥浆，泥浆制备数量约为桩孔体积的3倍，则每米需要泥浆数量为7.6m3，每立方泥浆制备以及外运费用在35元左右，则泥浆费用7.6m3×35元/m3=266元。
（4）小计冲击钻成孔桩每米成孔直接费用约1066元。
4.4比较分析
（1）经济效益：从数据统计分析中可以看出1.8米直径旋挖钻比人工开挖每米节约直接费用449.8元/米，比冲击钻成孔每米节约506.5元/米，经济效益显著。
（2）环境效益：冲击成孔钻施工桥梁桩基础要制备大量的泥浆以及对泥浆进行处理，通常情况下钻孔所产生的渣土以及泥浆是桩孔体积的三倍，泥浆外运十分不方便，且对周遍环境以及水源保护区存在污染，而旋挖钻可以不用泥浆护壁，对环境的影响很小。
（3）安全效益：经统计，人工挖孔钻安全事故发生比例在施工单位中大约占总安全事故的10%，安全风险较大，在目前建筑行业安全形式下，保证安全就是最明显的效益，采用旋挖钻干法施工就可以有效减少孔内安全隐患，降低安全事故发生率。
（4）进度效益：在同等地质情况下，旋挖钻施工比冲击钻施工完成一根桩要节约3天的工期，比人工挖孔桩要节约8天的工期，工作效率明显提高，施工进度明显加快，节省了项目很大一部分间接费用，真正实现向进度要效益，向安全要效益的目标。
5 结束语
综上所述，黄土高原地区桥梁桩基采用旋挖钻干法成孔施工工艺，从操作性、经济性、安全性、环保性角度与其它普通成孔施工工艺相比都具有明显的优势。铜黄高速公路TH-C03标段项目的施工经验及成果非常值得类似项目借鉴和推广。
参考文献：
[1]肖滨，高德强，李士敏。旋挖钻在滇池地区桥梁基础工程中的应用[期刊论文]。哈尔宾职业技术学院，2010（03）
[2]边耀旭。旋挖钻在黄土层钻孔灌注桩施工中的应用[期刊论文]。甘肃科技2008（6）
[3]付國平，闵峰，周望。大直径深长钻孔桩旋挖钻机施工方法。中国公路建设行业协会
作者简介：刘绍恩，男，汉族，广西桂林人，2001年毕业于中南大学工程管理专业，本科，工程师，主要从事现场技术及管理工作，现从事合同管理工作。