旋挖钻在钻孔灌注桩中的应用
关键字：旋挖钻，灌注桩，铁路桥梁，施工
1、 引言
大丽铁路是国家中长期铁路网规划中滇藏铁路的一段，是建设西南进出境国际通道的重要一段。它的建设对于完善云南铁路网和扩大我国与东南亚、南亚国家的联系具有重要意义。沿线设大理、上关、鹤庆、仁和、丽江等十三个车站，大丽全长164公里，设计时速160km/h。
DK正线红山特大桥是大丽铁路重点控制工程之一。此桥位于云南省大理市，施工里程为DK05+238.06至DK06+587.05，全长1348.99。本桥为正线单线桥与联络线单线桥合并为双线桥，位于直线、缓和曲线及圆曲线上。本桥墩台共计43个。全桥桩基334根，桩基础为直径1.5m的摩擦桩，桩长最深为67米。
2．旋挖钻孔的工作原理及特点
2.1旋挖钻孔的工作原理
旋挖钻孔首先转动底门镶嵌斗齿的钻斗切削岩土，并将岩土装入钻斗内，然后由利用钻机卷扬机以及伸缩钻杆提出卸土，如此循环往复，不断削土、取土、卸土，直至钻至设计深度为止。对粘结性较好的岩土层，可采用干式钻进工艺，不需泥浆护壁。而对于松散易坍塌土层，或有地下水存在导致孔壁不稳定时，必须泥浆护壁钻进工艺。
2.2旋挖钻孔的特点
①成孔速度快、效率高，可有效保证施工进度。施工时提钻以及换钻的时间短，平均钻进速度可达到5～8m／h。
②孔壁不产生泥皮。在成孔过程中孔壁受到钻斗的刮擦，在钻孔壁上形成明显的螺旋线，这加大了桩基成型后的摩擦力。
③钻机安装拆卸简单。钻机能自身行走，移位就位都较快，在施工场地能快捷到达指定地点。
④机械化程度高。钻机设备性能较好，电脑能精确定位钻孔坐标及显示钻孔垂直度和钻孔深度，成孔质量高。
⑤对施工现场污染小。旋挖钻既可干式钻进作业，亦可在水中钻孔，孔内沉渣较少，施工现场整洁，噪声低，并对施工环境的适应能力强。
3. 旋挖钻头的类型及应用
3.1旋挖钻头的类型
在灌注桩施工过程中，选用合适的钻头对减少钻头消耗、提高成孔速度和质量、节约能源以及提高施工效率都起着至关重要的作用。旋挖钻头实际上是个盛土的筒式容器，只是在下侧焊接切削土层的刀片。在施工中遇到硬岩基层以及卵砾石层等复杂地层时，应根据不同地质情况选用合适的钻头。钻头的类型有很多，常用的钻头可分为两大类：回转钻头，包括单底土斗和双底捞砂斗；嵌岩钻头，包括短螺旋钻头、嵌岩筒钻和牙轮钻头。
3.2旋挖钻头的应用
施工时要求钻头具有一定的刚度，在钻进过程中，钻头不产生移动或摇晃，其安装应符合生产厂家标准。在施工前，应详细勘察施工处的地质情况，并根据具体岩层合理选用钻头。回转钻头主要用于处于地下水位以上的粘性土、粉土、中等密实砂土、填土以及全风化岩层；岩心回转斗主要用于风化岩层以及有裂纹的岩石；嵌岩螺旋钻头主要用于碎石土、中等硬度岩石及半风化岩层。对于一般土层，可配用摩擦钻杆和回转钻头；而对于坚硬岩层，可选用岩心回转斗、嵌岩钻头等。
4. 旋挖钻在钻孔灌注桩中的应用
4.1工艺流程
灌注桩是一项施工工序多、质量要求高、施工时间短、精度要求高、工作不间断的地下隐蔽工程。要保证灌注桩的质量，就必须在施工前根据相应的地质情况，合理安排施工流程，以便指挥现场施工。旋挖钻在钻孔灌注桩中的具体施工工艺流程如下图所示：
4.2施工准备
在进行施工前要合理布置施工现场，清理影响施工的障碍物，地势较低处用土回填，达到“三通一平”的要求。妥善保护好引入施工场地水平高程的控制点，并在施工中应经常复测，以确保其准确性。根据设计图纸进行排桩，并在图纸上标出围护桩位置及编号。内业复核无误后，到现场进行放线定桩，并做好桩位的轴线标记。
接下来就是调配泥浆，在调配过程中应对泥浆的相对密度、胶体率、粘度等指标进行检测，当泥浆的各项指标都符合要求后方可投入使用。在泥浆循环使用前，应对其各项指标再进行检测，做到循环一次检查一次，以保证泥浆的含砂率不宜超过0.4%。
4.3成孔作业
钻孔前应先根据设计要求测算出孔深，以便当钻机达到设计标高时能采用测绳测量，确保钻孔深度。在利用旋挖钻钻孔时应先在护筒内注入泥浆，并开始缓慢钻进，当钻进深度达到护筒下2m后，方可按正常速度钻进。循环钻机在施工时随钻进深度不断拆接钻杆，在这过程中必须要随时注意垂直控制仪表，以保证钻杆垂直度。并要随时监测泥浆的各项指标，尤其是泥浆中含砂情况，保证泥浆沉淀后能回收循环再利用。并在钻进过程中记录有关参数及地质情况，以便核对地质资料，为下个相邻桩基的施工做好准备工作。
清孔是保证灌注桩质量的重要环节，通过清孔能确保桩孔的质量、孔底沉渣厚度、孔壁泥垢以及循环液中含渣量等符合桩孔要求。当钻孔达到设计孔深后，应将钻斗留在设计深度处机械旋转数圈，尽量将孔底沉渣装入斗内。起钻后仍需对孔底沉渣进行再次清理，一般利用沉渣处理钻斗排出沉渣，若沉淀时间长，则采用水泵进行浊水循环。
4.4吊装钢筋笼
旋挖钻孔灌注桩的显著特点就是成孔快，且成孔后孔底沉渣少。因此在钢筋笼制作和安装时应当采取合理措施，避免安装钢筋笼时刮伤孔壁，这样可以大大降低沉渣厚度，并有效防止塌孔的发生。这就要求严格控制钢筋笼的制作质量，重点是控制钢筋笼外径和直线度，且主筋搭接以及纵横筋交叉点的焊接质量必须满足要求，要做到同一根主筋不得有两处驳接接头，同区段内接头数不超过钢筋总数的50％。在制作钢筋笼过程中，要有足够的混凝土垫块保护层厚度，这样既可避免钢筋笼在安装时碰撞孔壁，又可保证混凝土保护层厚度均匀以及钢筋笼在灌注桩体内的位置正确。钢筋笼的吊装应采用3点起吊，并保持笼轴线重合，钢筋笼要缓慢落入桩孔就位。
4.5灌注混凝土
在混凝土浇筑前，应按照具体情况拟定浇筑计划，并根据导管布置以及混凝土浇灌量，确定导管与混凝土高度上升量的关系，预先拟定好泵送混凝土量以及拔出导管的时间，保证钢筋笼在灌注过程中不出现上浮和下沉的现象。混凝土开始浇筑后，应保证混凝土连续灌注，随着桩中混凝土不断上升，做好灌注记录，并缓慢将导管向上提升。在浇筑过程中禁止将导管拔出混凝土面，并保持导管做幅度为30cm的上下运动，且不宜过剧。浇筑过程中要根据规范要求，对混凝土抽样检查，以保证灌注桩的抗压强度满足规范要求。
5. 本工程采取的方案
本工程桥梁桩基地质情况复杂，经过勘察得知该处土层依次为淤泥质粘土、粉质粘土、粉细砂、中细砂、砾岩。该处地质条件差，在基坑开挖时，粉细砂层容易形成管涌，造成安全事故。根据本工程具体情况，在进行桩基施工时采用旋挖钻机开挖灌注桩孔。在地表以下20m内为淤泥质粘土、粉质粘土，此时采用摩擦钻杆和回转钻头。在20m以下土质较硬，此时采用岩心回转斗、嵌岩钻头，并针对其具体的地层情况制定不同的斗齿焊接角度。在本次施工中，由于桩基较深，下层岩石坚硬，因此，钻斗的筒体和底板采用强度高、耐磨好的合金Mn板制作。本工程在施工过程中，出现钻孔桩清孔时沉渣厚度超过规范的现象，针对这个状况，在灌注混凝土前，采用高压水枪对孔底进行高压射水，在保证孔底沉渣达到规范要求后，立即灌注混凝土。通过这个方法很好的解决了这一现象，使得施工能够正常进行。
6. 结论
近年来，灌注桩在我国铁路桥梁桩基中的应用越来越普遍，其整个施工过程都是隐蔽的，每道施工工序都必须从严要求，其中任何一道工序出现问题都会带来严重的后果。旋挖钻孔克服了机械成孔时孔底沉渣较多，桩侧摩阻力小，泥浆管理差的缺点，以其成孔速度快、效率高、适应强、污染小的优点成为了灌注桩成孔设备中的佼佼者，越来越受到同行的认可，是一种理想的施工工艺。
参考资料
[1]JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范[s]．
[2]GY204-1996.泥浆护壁回转钻孔灌注桩施工工艺标准[s]．
[3]刘南昌．旋挖钻进施工钻具的选用[J].探矿工程，2005．
[4]史佩栋．实用桩基工程手册．中国建筑工业出版社，1999.5．
[5]郭玉文．旋挖钻机在北京城市铁路高架桥桩基施工中的应用[J]．铁道建筑技术，2001(12)：5-7．