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1、（泥漿護(hù)壁）旋挖成孔灌注樁的施工 中鐵十四局集團(tuán)三公司 梁釗 周長進(jìn) 王建文 272000 摘要： 本文扼要介紹了旋挖鉆機(jī)泥漿護(hù)壁成孔混凝土灌注樁施工。概述中簡明 的歷史性比較闡明了旋挖成孔的原理，也寓意于傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合 方向。文中較大篇幅系結(jié)合工程實(shí)踐，對旋挖鉆成孔工藝特點(diǎn)做了介紹，特 別是重點(diǎn)提出控制鉆斗升降速度，關(guān)注鉆斗與孔壁間水動力狀態(tài)，減少泥水 對孔壁的豎向沖刷及粘附作用，從而確保成孔質(zhì)量。文中結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，提 出了部分參數(shù)參考值，有可借鑒之處。 主題詞： 旋挖 灌注樁 施工 1．概述 旋挖鉆成孔施工法， 又稱鉆頭施工法或土鉆施工法。 據(jù)筆者了解它在國內(nèi)有 著悠

2、久的歷史， 它在上世紀(jì)六十年代應(yīng)用時： 是采用人力推動十字扭杠作為旋挖 動力，采用滑輪升降鉆斗鉆桿。下鉆鉆進(jìn)時，增接鉆桿節(jié)段，達(dá)到一定深度；提 鉆卸土?xí)r，減卸鉆桿節(jié)段，使鉆斗出地表。因而成孔速度慢，施工效率低。而正 反循環(huán)泥漿護(hù)壁鉆孔施工法作為新技術(shù)， 具有主導(dǎo)地位還是后來的事情。 現(xiàn)時隨 著機(jī)械技術(shù)的巨大進(jìn)步， 傳統(tǒng)的工藝得到了繼承發(fā)展， 正是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的巨大 進(jìn)步使它獲得了新的生命力。 現(xiàn)時采用的旋挖鉆成孔施工法， 其成孔原理是在一個可閉合開啟的鉆斗的底 部及側(cè)邊，鑲焊切削刀具，在伸縮鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動下，旋轉(zhuǎn)切削挖掘土層，同時使 切削挖掘下來的土渣進(jìn)入鉆斗內(nèi)， 鉆斗裝滿后提出孔外卸土， 如

3、此循環(huán)形成樁孔。 現(xiàn)時一般認(rèn)為：該方法成孔施工具有低噪音、低振動、扭距大、成孔速度快、無 泥漿循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是在粘性較大的粘土、淤泥土層中施工，回轉(zhuǎn)阻力大，鉆 進(jìn)效率低，容易糊鉆。該施工法適用于填土、硬土、粉土、砂性土、砂卵礫石層、 軟一中硬基巖等地層，樁孔沉渣少，孔壁泥皮薄，樁側(cè)摩阻力發(fā)揮好。 常用的旋挖鉆斗有圓錐底（鍋底）式、多刃切削式、抓巖式等。它又分為泥漿護(hù)壁成孔灌注和干作業(yè) 成孔灌注兩類工藝。干作業(yè)成孔灌注工藝系采用套管跟進(jìn)干式旋挖成孔，并邊拔套管邊灌注混凝土，施工 工藝控制一般認(rèn)為比較容易。相對而言，泥漿護(hù)壁旋挖成孔灌注工藝較復(fù)雜一些，筆者根據(jù)江蘇宿（遷） 淮（安）高速公

4、路淮安南樞紐立交工程現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，特做總結(jié)分析如下，以期同行指正。 2.工程事例 淮安南樞紐互通式立交工程位于江蘇淮安市清浦區(qū)武墩鎮(zhèn)北側(cè)，該標(biāo)段長 2.02Km，為宿淮高速公路與寧淮公路交叉，并與寧連高速、 205國道相接而設(shè)置 的。橋梁基礎(chǔ)①1200mm①1500mm鉆孔灌注樁共590根。該地區(qū)為平原河網(wǎng)區(qū)， 處黃泛區(qū)平原和淮河沖湖積平原地貌內(nèi)，地勢總體上較為平坦，屬于黃淮平原中 東部，是黃河沖積平原地貌的主要組成部分。 工程址區(qū)人工河流、溝渠縱橫交錯, 池塘星羅棋布，水田比鄰。地表土質(zhì)主要為河湖沖積、淤積形成，地表土質(zhì)多為 高液限粘土，具有膨脹性，局部路段有淺層軟土，地下水位高。典

5、型地質(zhì)柱狀圖 描述如下： 深度（m 地質(zhì)情況 0 —1.5 粘土 棕黃色，含鈣質(zhì)結(jié)核 1.5 — 7.5 粘土 棕黃色，含鈣質(zhì)、鐵錳質(zhì)結(jié)核 7.5 —10.5 粘土 硬塑一半堅(jiān)硬 10.5 — 21 粘土 棕黃色，鐵錳結(jié)核增多，堅(jiān)硬 21 — 25.2 粘土 灰褐色，結(jié)核豐富，出現(xiàn)砂質(zhì) 25.2 —27.4 粘土 棕紅色夾淡蘭色條紋，結(jié)核豐富，含砂量增大，堅(jiān)硬 27.4 — 29 姜石層：巖石肉紅色，堅(jiān)硬，巖石間夾雜粘土 29 —29.7 細(xì)砂層：褐黃色，主要成分為長石、石英，含少許礫石 29.7 — 31.6 中粗砂：褐黃色、灰黃色，含礫石

6、 31.6 — 35 砂粘土：灰白色，夾褐色條紋，硬塑一半堅(jiān)硬，含礫石 35 — 39.7 砂粘土：灰白色，質(zhì)地均勻，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，堅(jiān)硬，含礫石 根據(jù)工期要求與地質(zhì)情況，現(xiàn)場共投入了 TH14-35、HR180兩種共5臺全液 壓旋挖鉆機(jī)。從現(xiàn)場使用效果看：設(shè)備易操作性突出、整機(jī)移動方便，施工進(jìn)度 快，旋挖成孔質(zhì)量好，全部灌注樁均達(dá)到了 A類樁標(biāo)準(zhǔn)。與同現(xiàn)場、同時施工的 循環(huán)鉆機(jī)相比較：單樁總能耗低；無（需要做處理的）大量廢泥漿；特別是鉆進(jìn) 速度快，是國產(chǎn)200型循環(huán)鉆機(jī)的20倍以上。 3.施工工藝 全液壓旋挖鉆機(jī)整機(jī)自動化程度高，其水平、垂直度和鉆孔中心由指示燈

7、控制，操作室配置鉆進(jìn)深度指示儀。由于其工作效率高，施工過程自始至終，均 應(yīng)做好各方面協(xié)調(diào)配合，確保工藝流程的連續(xù)均衡。并應(yīng)根據(jù)旋挖成孔的成孔原 理及其工藝要點(diǎn)，抓好關(guān)鍵工藝過程控制。 3. 1旋挖成孔（泥漿護(hù)壁）灌注樁施工工藝流程 （見下圖）： ■嘉興互通也交橋平面圖 3. 2鉆斗升降速度 旋挖成孔與循環(huán)鉆孔的成孔原理明顯不同：循環(huán)鉆孔的成孔是依靠泥漿循 環(huán)護(hù)壁，依靠泥漿攜帶渣土沉淀于地表而實(shí)現(xiàn)； 而旋挖成孔則靠鉆斗挖裝巖土直 接提升卸到地表，護(hù)壁采用穩(wěn)定液（泥漿）或套筒（主要是干挖工藝采用）。穩(wěn) 定液（泥漿）護(hù)壁情況下，問題的要點(diǎn)在于鉆斗的升降運(yùn)動會帶動漿水運(yùn)動，從 而沖刷

8、與粘附作用于孔壁。從水動力學(xué)的角度而論，邊壁（水力學(xué)意義的，而非 指孔壁）急劇變形發(fā)生邊界層分離，引起能量損失，且邊壁變形程度不可改變的 情況下，即鉆斗大小、形狀無法可變，則控制鉆斗升降速度，是很自然的選擇。 鉆斗鉆進(jìn)截面積A與鉆斗外側(cè)切削刀具回轉(zhuǎn)的截面積 a之比例A/a,隨樁 徑增大而增大，提升鉆斗時，泥漿在鉆斗與孔壁之間的流動速度加快， 并產(chǎn)生壓 力激動，易造成孔壁坍塌。因此需要根據(jù)不同樁徑控制鉆斗升降速度， 且樁徑愈 大愈應(yīng)加強(qiáng)控制。 樁 1$ 0 8m 0.9m LOm 1.2m 1.5m 鉆斗截面積A與外切刀回轉(zhuǎn)面積a之比A/a 鉆斗升降速度參考值 樁徑 (mrh

9、 空鉆斗升降（m/s） 裝滿渣土鉆斗升降（m/s） 粘土 砂層 粘土 砂層 1200 1.0 0.8 0.65 0.5 1500 1.0 0.8 0.55 0.4 3. 3穩(wěn)定液（泥漿） 旋挖成孔采用穩(wěn)定液（泥漿）護(hù)壁工藝時，為保證孔壁穩(wěn)定和孔底沉渣符 合設(shè)計要求，需采用優(yōu)質(zhì)化學(xué)泥漿護(hù)壁。旋挖作業(yè)時，保持泥漿液面高度，以形 成足夠的泥漿柱壓力，并隨時向孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿；而灌注混凝土?xí)r，宜適時做好泥 漿回收，以再利用并防止造成環(huán)境污染。 本工程配漿材料及配比為：水：膨潤土：碳酸納 =1： 0.04 : 0.0002 配制程序?yàn)椋核D膨潤土粉 酸納 性能：

10、粘度18—22秒，比重10.5 —11.5，含砂率＜2% PH=8- 9 成孔后泥漿指標(biāo)基本如下： a） 24小時后泥漿指標(biāo)： 底部 比重：1.07 粘度: 19 中部 比重:1.065 粘度: 19 頂部 比重:1.06 粘度: 19 b） 泥漿流失量： 終孔8小時泥漿面下降20— 25厘米；終孔 16小時泥漿面下降30— 35厘米。 c） 泥漿的粘著力：采用18米長螺紋鋼放入成孔泥漿中，24 小時后取出未發(fā)現(xiàn)有粘著泥漿 3. 4旋挖作業(yè)其他要點(diǎn) 盡可能根據(jù)地層正確選擇鉆斗類型結(jié)構(gòu)，軟土層選擇楔形齒、小切削角、小刃角、齒寬稍大；硬土層則選 用較大切

11、削角、較窄的彎曲齒套；粘土層的齒間距宜大些，以免糊鉆。 鉆進(jìn)硬層，回次進(jìn)尺深度太小，斗內(nèi)鉆渣太少時，可換用小直徑筒形齒狀鉆斗，先鉆一小孔，然后再用鉆 斗擴(kuò)孔鉆進(jìn)。也可換用短螺旋鉆鉆進(jìn)或松動硬巖土層，然后再下鉆斗撈渣?，F(xiàn)場鉆進(jìn)姜石層時，我們即采 用短螺旋鉆鉆進(jìn)又反轉(zhuǎn)回鉆，以減少對孔壁撓動，起松動作用。 鉆進(jìn)砂礫石層，為保證孔壁穩(wěn)定可事先向孔內(nèi)投入適量粘土球；下入孔內(nèi)的鉆斗，裝閉合閥板，以防 提鉆時砂礫石從底部漏落。 3.5 清孔 旋挖鉆進(jìn)至設(shè)計終孔標(biāo)高后，將鉆斗留在原處繼續(xù)旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，將孔底虛土盡量裝入斗內(nèi)，起鉆后仍需在孔 底虛土進(jìn)行清理。下入鋼筋籠后，再測孔底沉渣是否超標(biāo)，如超標(biāo)則進(jìn)行二

12、次清孔。從工程實(shí)際看，一般 成孔 24 小時后，沉渣厚度為 25 厘米左右。 4. 現(xiàn)場管理 誠然，全液壓旋挖鉆機(jī)設(shè)備自動化水平高，但同樣離不開有效的現(xiàn)場管理。首先要重視施工的前期準(zhǔn)備工 作。特別是由于設(shè)備自重較大，總動力大，現(xiàn)場樁位的地基加固是一個重要的問題。其次，應(yīng)重視現(xiàn)場的 各項(xiàng)檢測與記錄，特別是地質(zhì)層的判定與記錄。由于鉆進(jìn)快，而各種資料是迅速調(diào)整其各工藝細(xì)節(jié)的當(dāng)然 依據(jù)。另外，鉆斗升降速度的嚴(yán)格管理，穩(wěn)定液（泥漿）的管理，鋼筋籠及混凝土的作業(yè)管理都是現(xiàn)場管 理的重點(diǎn)。 5. 幾點(diǎn)體會 1．現(xiàn)時旋挖成孔法，不僅具有低噪音、低振動、扭矩大、成孔速度快、無泥漿循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)，硬土地質(zhì)條件 下，單樁總能耗也較小。由此，可推論其推廣前景極佳。 2．泥漿護(hù)壁旋挖成孔施工中，根據(jù)樁徑與地質(zhì)層情況，控制鉆斗升降速度是成敗的關(guān)鍵。 3．旋挖鉆機(jī)作為現(xiàn)時性能突出的新設(shè)備， 在使用時應(yīng)做好相配套的現(xiàn)場管理， 方可使其性能得到充分發(fā)揮。 4．旋挖成孔法，現(xiàn)時能再領(lǐng)風(fēng)騷，可謂是傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代科技結(jié)合的典范，確有方法論意義。