旋挖钻机在嵌岩桩成孔中的施工技术

旋挖钻机在嵌岩桩成孔中的施工技术　

■党泽恒　

本文根据在建的某高速公路桥梁段穿越城市居民区，为　了减少嵌岩桩成孔施工中的噪音、震动及泥浆污染，降低高　

速路基础桩施工对当地居民的干扰前提下，决定对桥梁工程　

基础嵌岩桩采用旋挖钻机进行成孔施工，这样就较好地解决　

了在居民区不得使用冲击钻和不允许爆破的难题。本文介绍　

了桥梁工程嵌岩桩旋挖钻机成孔施工技术、工艺流程，为类　

似建筑环境下的工程提供借鉴经验。　

１．工程概况　

某在建的高速公路广州段为双向六车道，以其中　

Ｋ７＋１９０一Ｋ９＋０９０段桥梁工程的形式穿越城市居民区，全桥宽　

３３米，其中穿越城市居民区段剩余１４４根桩（３１２５ｍ，约　

４４４７ｍ。）未施工，桩基均为嵌岩桩，桩长为１Ｏｍ～４４ｍ不　

等，桩基直径有：１ｌ２ｍ、１．３ｍ、１．５ｍ、１　８ｍ、２．０ｍ、　

２－２ｍ等多种。　

２．地质情况　该段桥址区位于广州市经济技术开发区东区，主要属珠　

江三角洲沉积区及珠江三角洲边缘剥蚀残丘沉积区地貌，地　

形西高东低，地形高度一般海拔为１０～５０米，经过１０７国　

道、南岗居民区（含珍贵鱼塘）及富南路，公路交织、交通　

便利。　

桥址区地层为第四系坡残积、坡洪积、海陆交互地层及　

基岩白垩系上统含砾砂岩及燕山期花岗岩，部分花岗岩受侵　

蚀、构造作用，局部节理裂隙发育，少量裂隙面已有绿泥石　

等变质矿物。桩基穿越地质构造层时，约桩长的７０％穿越各　

种土层及全风化带岩层：约桩长的３０％穿越砂砾岩（或花岗　

岩）强风化带、中风化带及弱风化带等各种岩层，弱风化含　

砂砾岩天然单轴极限抗压强度为１　５ＭＰａ，弱风化花岗岩天然　

单轴极限抗压强度为２０ＭＰａ；并要求每条桩基的桩底进入岩　

层弱风化带至少２．Ｏｍ，一般为２．５ｍ～４．５ｍ。　桩基施工场地特点：（１）沿线两侧为稠密居民区，居民　

房为城中村多层房屋，一般为３～６层。（２）沿线居民区夹　

杂有几处珍贵鱼塘、沟渠等，采用当地的红黏土回填，红黏　

土遇水软化，车辆行走较困难。（３）居民区拆迂后遗留在房　

屋地坪之下的暗沟、暗涵、地下水道、管网密集。　３．旋挖钻施工方案的确定及特点　

３．１旋挖钻施工方案的确定　

由于桥梁路线穿越城市居民区，桩基全部为嵌岩桩，在　

居民房屋附近进行桩基施工，国内目前普遍采用的嵌岩桩成　

孔工艺为冲击钻成孔或人工挖孔爆破成孔，但这两种施工工　

艺，无论哪种都无法做到减少噪音污染和震动、对附近建筑　

物的安全使用不产生影响的目的。最终研究确定采用噪音　

小、震动小及成孔速度快的旋挖钻机施工。　

３．２旋挖钻机成孔施工的特点　成孔速度快、可满足嵌岩桩成孔要求、可满足减小施工　

震动的要求、可满足减小施工噪音的要求、可满足环保及文　

明施工的要求等。　

４．旋挖钻成孔的施工技术　

４．１旋挖钻机对场地的要求　旋挖钻机自重大，钻杆高度高，必须按照“预先探明，　

安全第一”的原则，做到将施工场地内所有的暗沟、地下水　

道、软基薄弱层提前探明，进行处理后，方可进场作业；防　

止出现钻机倾覆事件，对周围建筑物及居民造成严重伤害。　

４　２旋挖钻机作业原理（见下图）

　４ｌ２．１主机：履带自行式柴油发动机及卷扬机、高压油泵　

及自动化控制、操纵系统。　

４＿２．２动力头：经高压油管将压力；Ｅｉａ输入，驱动液压马达　

变速系统驱动钻杆旋转。　４．２　３钻杆：有六键式、三键式可伸缩的机锁钻杆和摩擦　

钻杆两种形式，靠主卷扬利用钻头的自重实现钻头、钻杆的　上下运动，载荷大时，可利用动力头进行加压和上拔作业。　

４．２＿４钻头：为适应不同的地层，钻机可配备多种形式的　

钻头。一般地层为斗齿钻头；有裂隙软岩石地层采用岩石钻　

头：硬岩石地层采用牙轮钻头加螺旋钻头再加斗齿钻头等组　

成。干法成孔或软岩地基承载力（单轴抗压强度小于　

２０Ｍｐａ时）用螺旋钻头效率较高。　

４＿２＿５护筒：一般情况下要求护筒的厚度不低于８ｍｍ，当　

桩径大于　１５００ｍｍ１］，ｌ－要求护筒厚度以１０～１６ｍｍ为宜。护　

筒长度以３～６米为最佳。　

４＿２．６桅杆调整油缸：通过调整油缸可调节孔的斜度，以　

适应垂直度或斜桩等要求。　

钻７Ｌａ＇ｌ－，驱动液压马达，使钻头作顺时针旋转，钻头与　

钻杆在其自重作用下旋转进入待钻地层，将土体转入钻头后　

提升钻头到地面，再驱动钻头作逆时针旋转排除钻头中碴　土。如此反复作业，完成设计桩（孔）的成孔工序。　

４．３旋挖钻成孔的施工工艺　施工准备一场地硬化一桩位放样一配制泥浆一埋设钢护　

筒一钻机就位与钻进一成孔检查。　

施工准备阶段及场地硬化阶段的注意事项：　

（１）施工准备阶段：探明场地内地下情况，仔细对照地　质资料及现场实际，采用开挖、触探等手段，将场地内存在　

的暗沟、暗涵、地下水道（管道）、坑穴、薄弱土层等探明　

标示，并采用可靠的处理方法后，旋挖钻机方可进场作业。　

（２）场地硬化阶段：做到场地需要满足旋挖钻机行走、　

钻进、回旋及调头等作业要求，必要时施工钢板桩、铺设石　

渣、铺设行走钢板等措施，确保施工安全，防止机械倾覆事　

件的发生。　４－４嵌岩桩旋挖钻钻进的施工技术　

４ｌ４．１配制泥浆　

化学泥浆调制的好坏是钻孔桩施工是否顺利的一个关键　性指标，经过反复实验，本段桩基施工用泥浆采用优质膨润　

土、烧碱、纤维素制成，其各组成成分性能和用量如下：　

（１）膨润土：主要成分为蒙脱石，分钙土和钠土，使用　

ｉ］，１－Ｎ入纯碱改造成钠土用于配浆。　

（２）烧碱（Ｎａ，ＣＯ　）：调整泥浆的ＰＨ值，使其保证在　

８～１　１的偏碱性范围内，以保证水化膜的厚度，提高泥浆的胶　

体率（稳定率）和稳定性。　

（３）纤维素（ＣＭＣ）：增加泥浆粘性，使土层表面形　

成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。　（４）泥浆池：采用集中式砖砌泥浆池，泥浆池的位置、　

容积大小根据桥墩桩位、钻孔进度、钻孔的容积等确定，泥　

浆量必须大于钻孔的容积。　４－４．２埋设钢护筒　护筒采用钢护筒，高度为５．４ｍ，其内径比桩径大　

２０ｃｍ，厚度１２ｍｍ。护筒埋设前将桩位表层杂填土挖除　

２ｍ，换填含水量适宜的粘土，并分层夯实，以利于保持钢护　

筒的稳定。　在钢护筒的位置上，利用螺旋式钻头初钻１—２ｍ，然后　

用旋挖钻机自各的副卷扬或起重机将护筒放在已钻１～２ｍ的　

孔中，利用钻机加压系统压入护筒，压入过程中，要严格对　

中，并保持护筒的竖直度，护筒周边用黏土分层夯实。如果　

没有黏土建议使用干水泥拌和砂再浇水稳定护筒。　４．４．３钻头的配置　

与设计单位及业主单位协商，确定旋挖钻钻头配置　

１－２ｍ、中１．５ｍ、中１．８ｍＺ．种，对未配置相应桩径大小钻头　

的桩基，计划调整桩径大小后施工。小桩径的桩基均采用大　

一级的钻头进行施工，即①１．３ｍ桩径按照０　１．５ｍ桩径的桩基　

施工，中１．６ｍ桩径按照中１．８ｍ桩径的桩基施工。对于未施工　

的中２．Ｏｍ、　２＿２ｍ两种大桩径的桩基，按照变更流程全部变　更成中１．５ｍ桩径。以上三种桩径的钻头每套包括：斗齿钻　

（取土及取碴）、岩石钻（取芯）、牙轮钻（切边）、螺旋　

钻（破碎）、清底钻（清底）。　

５．旋挖钻成孔速度　

两台旋挖钻机自进场至桩基施工完成，共配置　１．２ｍ钻　

头２套、①１．５ｍ钻头１套、　１．８ｍ钻头１套，共完成１４４条　

桩，跨时１３Ｏ天。在桩底要求嵌入岩层弱风化带至少２．Ｏｍ，　

一般为２．５ｍ～４．５ｍ的情况下，在岩层最大天然单轴极限抗压　

强度为２０ＭＰａ等条件下，两台旋挖钻机共跨时１３Ｏ天，其中　

桩径１．２ｍ桩长２４．２４米桩基自钻机就位至终孔用时长约１　４／ｊ＇，　

时，其中穿过各种土层约２／Ｊ＇，时，入岩至终孔约１２／Ｊ＼时：桩　

径１．５ｍ桩长侣１７米桩基自钻机就位至终孔用时长约２０／Ｊ＇，　

时，其中穿过各种土层约２１Ｊ＼Ｂ，－＇ｊ＂，入岩至终孔约１８ＪＪ＼时；桩　

径１．８ｍ桩长１７．２３米桩基自钻机就位至终孔用时长约４０小　

时，其中穿过各种土层约３／ｊ＇，时，入岩至终孔约３７小时。　

６．结语　旋挖钻机施工嵌岩桩是在新的施工环境下产生的新应　用，在嵌岩桩施工中无法采用冲击钻机及人工爆破挖孔的施　

工工艺时，具有噪音小、震动小、成孔速度快、环保文明等　

优点，较好地解决了施工扰民而阻挠施工等影响社会和谐的　现象；在新时代的变革下，嵌岩桩采用旋挖钻成孔的新技　

术，具有较强的推广和借鉴意义。　

（作者单位：永昌路桥集团有限公司）