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[摘要] 根据现场施工实际，对旋挖钻机施工中的关键技术进行综述，对类似地质条件的旋挖钻桩基施工具有一定参考价值。
[关键词] 钻孔桩旋挖钻技术
1、工程概况
五里坡特大桥全长1238.00米, 是宝鸡至陕甘界重点控制工程，集大跨、高墩于一体，号称“西北第一高桥”。桥址位于千阳县崔家头镇下潘洞村东南，为路线跨越五里坡河的一座特大桥，基础设计为摩擦型群桩基础，桩径Φ2.0m,桩长70m。技术含量高，施工难度大。
2、工程地质
施工现场地质情况，直接影响到成孔设备的选型和施工工艺的选择。本桥位为典型的U型河谷，两岸黄土岸坡陡峭，河底平坦。地质情况大体为粉质粘土、黄土卵石、泥岩砾岩和白云质灰岩。桥址区地层主要为粉质粘土，黄土卵石、泥岩砾岩、白云质灰岩，其中粉质粘土相对较厚，实际施工中发现两层灰岩带，钻进困难，分别位于桩体中部和中下部位。其地质柱状图大致如图1所示；
图1地质柱状图
3、成孔
3.1钻机选型
鉴于现场主要为粉质粘土和泥岩，目前，常用的旋挖钻机和回旋钻机均能满足施工需要，故两种钻机同时进场施工。施工中发现回旋钻机作业，劳动强度大、程序繁琐、速度慢；又因现场处在冯家山水库河道区，土体承载能力较低。钻机的垂直度难以保证，尽而影响成孔质量；但是其单桩施工费用较低。反观旋挖钻机施工，速度快、劳动强度低、机体及钻杆的垂直度通过电子监控元件控制，操作手可直接读取，操作起来简易方便，成孔质量较好，但單桩费用较高。两种钻机的主要不同点对比见表1。
为了保证工程质量，加快施工进度，减小人工的劳动强度，最终选择用了目前较先进的上海电气SD28L旋挖钻机和德国BG28旋挖钻机施工，同时，为进一步加快成孔速度，最大限度地发挥机械效率，降低费用，根据不同地质情况选用了挖土钻头、筒钻、螺旋钻头分别钻进，其结构图见图2所示。
图2旋挖钻机结构图
表2对应不同钻头类型适应地层表
钻头类型 适用地层及其它
挖土钻头 黄土、粉质粘土
挖砂钻头 砂、卵石土及成孔后清孔
筒钻、螺旋钻配合使用 整体性较好的胶结砂岩层
3.2 泥浆护壁
钻孔灌注桩在施工的过程中，容易出现缩径、塌孔等现象，因此要采用泥浆护壁措施。护壁泥浆主要由膨润土和水拌制而成，掺加适量的纯碱、纤维素等以改善泥浆的特性。护壁泥浆在桩基钻进的过程中有三大作用：
①作为一种液体支撑，在保持必要的水头压力下平衡桩孔周边土压力。
②在孔壁形成一层薄泥皮，使孔壁胶结，有效防止塌孔。
③钻孔时有携渣、润滑钻头、降低钻头温度、减少钻头阻力的作用。
故护壁泥浆调制的好坏是十分重要的，其质量的优劣是钻孔桩是否顺利施工的一个关键因素，经过施工现场反复试验，本桥桩基护壁泥浆采用优质膨润土、纯碱、纤维素制成，其各组分用量见表3。
表3 泥浆原材料用量一览表
膨润土（T） 纯碱（㎏） 纤维素﹙㎏﹚ 水﹙m3）
1 5 0.5 13
表4成品泥浆性能指示一览表
相对密度 粘度 PH值 胶体率(％) 水（m3）
1.08-1.20 19-23 8-10 ≧95 6-8
旋挖钻施工时，对护壁化学泥浆需求量相对较小，根据经验，常规回旋钻机施工用泥浆量的3倍左右，对环境污染较严重。另外，旋挖施工中使用的化学泥浆，经过净化处理后重复利用，节约成本，降低了单桩费用。现代施工对环境要求较高，旋挖钻机施工能满足对环境的要求，有“绿色施工工艺”之称。
4、水下混凝土的灌注
钻孔灌注桩质量如何，水下混凝土的灌注工作是关键环节之一。为了防止出现缩径、塌孔等现象，原则上要求成孔后及时吊装钢筋笼、下导管，然后根据孔内你泥浆指标和沉淀层厚度进行二次清孔，以确保混凝土灌注工作的顺利进行。从施工角度讲，混凝土的灌注速度应尽量可能快些，并保持连续性。尤其是混凝土的初灌即所谓的封底时，要有足量的混凝土快速灌注到位，封底后保证灌注导管有1 m以上的埋深，且导管内有一部份混凝土填充。混凝土首灌量(封底量)的计算如下：
V =ΠD2/4×(H1＋H2) ＋πd2/4×h2
V-灌注首批混凝土所需数量（m3）
D-桩孔直径（m），取D-1.5 m
H1-桩孔底导管底端距离（m），取H1 =0.3 m
H2-导管初灌埋深（m），取H2 =1.0 m
d-导管内径（m），取d =0,3m
h1-桩孔内混凝土达到埋深深度1.0 m时，导管内混凝土柱平衡导管外压力所需的高度，按保守取h1 =30 m
则：V≧π1.52/4×﹙0.3＋1.0﹚＋π×0.32／4×30
V≧4.4 m3
在灌注时，用汽车吊的主钩吊着与导管相连接的储料斗，把隔水栓堵放在其底部，向料斗内注入不小于初灌量的混凝土后，用吊车副钩快速提出隔水栓，使混凝土在很短时间内降落到孔底，完成封底工作，之后混凝土应连续进行灌注，原则上禁止中途停止。
在灌注混凝土的过程中，每灌注一盘后，及时用测线检测混凝土面的上升高度，计算导管在混凝土中的埋深，一般情况下导管埋深控制在2-6 m，即拆管前埋深不大于6 米，拆管后埋深不小于2米。拔管时应遵循“勤拔少拔”的原则，严禁通过增加导管埋深而一次性拔多根导管来达到减少拔管次数的目的。当前混凝土灌注到距离桩顶设计标高还有4.5 m左右时，现场技术人员及时算出还需要的混凝土数量，通知拌合站按需要量生产以减少浪费。
为保证桩顶混凝土质量，在施工中要求超灌80㎝，同时用“掏筒”探测混凝土质量，确定合格后方可提出导管，结束混凝土的灌注工作。
5、工艺流程
以上所述是钻孔灌注桩施工中较关键的环节，有关其它环节本文没有涉及到，为了读者对旋挖钻施工钻孔灌注桩的全过程有个比较清晰地了解，现将钻孔灌注桩施工工艺流程图附后，钻孔灌注桩施工工艺流程见图3。
图3钻孔灌注桩施工工艺流程图
6、结语
五里坡特大桥在钻孔桩的施工过程中，通过合理选择施工设备和进一步优化施工方案，顺利完成了320根桩基的施工任务。为了检测桩基的质量，随机对其中一根桩进行了现场静压承载力试验，其它采用超声波或钻芯取样法对桩的完整性及其质量进行了测试，结果全部满足设计要求，取得了良好的技术经济效益和社会效益。
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
[关键词] 钻孔桩旋挖钻技术
1、工程概况
五里坡特大桥全长1238.00米, 是宝鸡至陕甘界重点控制工程，集大跨、高墩于一体，号称“西北第一高桥”。桥址位于千阳县崔家头镇下潘洞村东南，为路线跨越五里坡河的一座特大桥，基础设计为摩擦型群桩基础，桩径Φ2.0m,桩长70m。技术含量高，施工难度大。
2、工程地质
施工现场地质情况，直接影响到成孔设备的选型和施工工艺的选择。本桥位为典型的U型河谷，两岸黄土岸坡陡峭，河底平坦。地质情况大体为粉质粘土、黄土卵石、泥岩砾岩和白云质灰岩。桥址区地层主要为粉质粘土，黄土卵石、泥岩砾岩、白云质灰岩，其中粉质粘土相对较厚，实际施工中发现两层灰岩带，钻进困难，分别位于桩体中部和中下部位。其地质柱状图大致如图1所示；
图1地质柱状图
3、成孔
3.1钻机选型
鉴于现场主要为粉质粘土和泥岩，目前，常用的旋挖钻机和回旋钻机均能满足施工需要，故两种钻机同时进场施工。施工中发现回旋钻机作业，劳动强度大、程序繁琐、速度慢；又因现场处在冯家山水库河道区，土体承载能力较低。钻机的垂直度难以保证，尽而影响成孔质量；但是其单桩施工费用较低。反观旋挖钻机施工，速度快、劳动强度低、机体及钻杆的垂直度通过电子监控元件控制，操作手可直接读取，操作起来简易方便，成孔质量较好，但單桩费用较高。两种钻机的主要不同点对比见表1。
为了保证工程质量，加快施工进度，减小人工的劳动强度，最终选择用了目前较先进的上海电气SD28L旋挖钻机和德国BG28旋挖钻机施工，同时，为进一步加快成孔速度，最大限度地发挥机械效率，降低费用，根据不同地质情况选用了挖土钻头、筒钻、螺旋钻头分别钻进，其结构图见图2所示。
图2旋挖钻机结构图
表2对应不同钻头类型适应地层表
钻头类型 适用地层及其它
挖土钻头 黄土、粉质粘土
挖砂钻头 砂、卵石土及成孔后清孔
筒钻、螺旋钻配合使用 整体性较好的胶结砂岩层
3.2 泥浆护壁
钻孔灌注桩在施工的过程中，容易出现缩径、塌孔等现象，因此要采用泥浆护壁措施。护壁泥浆主要由膨润土和水拌制而成，掺加适量的纯碱、纤维素等以改善泥浆的特性。护壁泥浆在桩基钻进的过程中有三大作用：
①作为一种液体支撑，在保持必要的水头压力下平衡桩孔周边土压力。
②在孔壁形成一层薄泥皮，使孔壁胶结，有效防止塌孔。
③钻孔时有携渣、润滑钻头、降低钻头温度、减少钻头阻力的作用。
故护壁泥浆调制的好坏是十分重要的，其质量的优劣是钻孔桩是否顺利施工的一个关键因素，经过施工现场反复试验，本桥桩基护壁泥浆采用优质膨润土、纯碱、纤维素制成，其各组分用量见表3。
表3 泥浆原材料用量一览表
膨润土（T） 纯碱（㎏） 纤维素﹙㎏﹚ 水﹙m3）
1 5 0.5 13
表4成品泥浆性能指示一览表
相对密度 粘度 PH值 胶体率(％) 水（m3）
1.08-1.20 19-23 8-10 ≧95 6-8
旋挖钻施工时，对护壁化学泥浆需求量相对较小，根据经验，常规回旋钻机施工用泥浆量的3倍左右，对环境污染较严重。另外，旋挖施工中使用的化学泥浆，经过净化处理后重复利用，节约成本，降低了单桩费用。现代施工对环境要求较高，旋挖钻机施工能满足对环境的要求，有“绿色施工工艺”之称。
4、水下混凝土的灌注
钻孔灌注桩质量如何，水下混凝土的灌注工作是关键环节之一。为了防止出现缩径、塌孔等现象，原则上要求成孔后及时吊装钢筋笼、下导管，然后根据孔内你泥浆指标和沉淀层厚度进行二次清孔，以确保混凝土灌注工作的顺利进行。从施工角度讲，混凝土的灌注速度应尽量可能快些，并保持连续性。尤其是混凝土的初灌即所谓的封底时，要有足量的混凝土快速灌注到位，封底后保证灌注导管有1 m以上的埋深，且导管内有一部份混凝土填充。混凝土首灌量(封底量)的计算如下：
V =ΠD2/4×(H1＋H2) ＋πd2/4×h2
V-灌注首批混凝土所需数量（m3）
D-桩孔直径（m），取D-1.5 m
H1-桩孔底导管底端距离（m），取H1 =0.3 m
H2-导管初灌埋深（m），取H2 =1.0 m
d-导管内径（m），取d =0,3m
h1-桩孔内混凝土达到埋深深度1.0 m时，导管内混凝土柱平衡导管外压力所需的高度，按保守取h1 =30 m
则：V≧π1.52/4×﹙0.3＋1.0﹚＋π×0.32／4×30
V≧4.4 m3
在灌注时，用汽车吊的主钩吊着与导管相连接的储料斗，把隔水栓堵放在其底部，向料斗内注入不小于初灌量的混凝土后，用吊车副钩快速提出隔水栓，使混凝土在很短时间内降落到孔底，完成封底工作，之后混凝土应连续进行灌注，原则上禁止中途停止。
在灌注混凝土的过程中，每灌注一盘后，及时用测线检测混凝土面的上升高度，计算导管在混凝土中的埋深，一般情况下导管埋深控制在2-6 m，即拆管前埋深不大于6 米，拆管后埋深不小于2米。拔管时应遵循“勤拔少拔”的原则，严禁通过增加导管埋深而一次性拔多根导管来达到减少拔管次数的目的。当前混凝土灌注到距离桩顶设计标高还有4.5 m左右时，现场技术人员及时算出还需要的混凝土数量，通知拌合站按需要量生产以减少浪费。
为保证桩顶混凝土质量，在施工中要求超灌80㎝，同时用“掏筒”探测混凝土质量，确定合格后方可提出导管，结束混凝土的灌注工作。
5、工艺流程
以上所述是钻孔灌注桩施工中较关键的环节，有关其它环节本文没有涉及到，为了读者对旋挖钻施工钻孔灌注桩的全过程有个比较清晰地了解，现将钻孔灌注桩施工工艺流程图附后，钻孔灌注桩施工工艺流程见图3。
图3钻孔灌注桩施工工艺流程图
6、结语
五里坡特大桥在钻孔桩的施工过程中，通过合理选择施工设备和进一步优化施工方案，顺利完成了320根桩基的施工任务。为了检测桩基的质量，随机对其中一根桩进行了现场静压承载力试验，其它采用超声波或钻芯取样法对桩的完整性及其质量进行了测试，结果全部满足设计要求，取得了良好的技术经济效益和社会效益。
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”