旋挖钻机成孔技术在桥梁桩基施工中的应用

龚佳斯

摘 要：桥梁工程建设对于桩基施工质量要求较高，如果施工质量不符合要求，会影响桥梁整体稳定性，缩短桥梁使用寿命，增加后期维护成本投入，也给行驶车辆带来了安全隐患。在桩基施工中应用旋挖钻机成孔技术，优化成孔技术流程，强化桩基承载能力，有利于延长使用时间，降低后续桥梁工程安全问题发生概率。基于此，对旋挖钻机成孔技术在桥梁桩基施工中的应用技术要点进行了分析，以期可以为桩基施工提供技术参考。

关键词：旋挖钻机成孔技术；桥梁；桩基施工

中图分类号：U445.551                              文献标识码：A                              文章编号：2096-6903（2024）02-0013-03

0引言

桩基成孔施工中旋挖钻机成孔技术因其精准度高、施工效率高以及振动干扰小的优势，成为了常用的施工方法，其不会给周围造成扬尘污染、噪声污染，符合绿色环保施工理念。在实际应用时，旋挖钻机是利用轴向压力进行打孔，可以通过桅杆变幅结构达到在短时间内移动的目的，缩短了钻机和桩位对接时间，保证钻头位置的正确性。

因此，要重视对旋挖钻机成孔技术要点进行分析，在桩基成孔施工中结合地质参数和施工环境调整钻机参数，保证成孔施工活动的有序开展，规避质量问题。

1 旋挖钻机成孔技术应用原理

在施工时，旋挖钻机会通过底部有活门的桶式钻头破碎岩土，将岩土装入钻斗内部，利用提升和伸缩装置将钻头提出后便可完成岩土卸载处理，逐渐完成钻孔作业。

在施工时，需要考虑到岩土层粘结性。粘结性较好的情况下选择干式钻进或者清水钻进，此时不需要通过泥浆施工。若地层施工时塌陷风险性较高，或者地下水含量较高，应当选择静态泥浆护壁钻进施工，通过泥浆对钻孔进行有效保护。成孔器和钻孔效率间联系紧密，它可以直接挤压多余土体，将其挤压到周围土层结构内，省去了二次提钻过程，也无需反复对土体进行装卸，优化了施工流程。旋挖钻机成孔技术具有成孔速度快、适应能力强、环保的优势，可以减少给周围环境带来的影响，满足多种地质环境的施工需求。

2 旋挖钻机成孔技术在桥梁桩基施工中的应用准备工作

2.1 确定钻孔工艺参数

钻孔工艺参数和后期成孔质量之间联系密切，在施工前相关人员需要对工艺参数进行精准计算和分析，以提升钻孔精准度以及施工质量。旋挖机作业压力属于轴向压力，在进行施工时要求施加压力和钻孔基底两者之间呈现为垂直状态，确保压力处于不偏移的状态。

施工人员应当结合岩层参数、单轴向抗压强度、钻机性能、钻斗直径对钻机压力参数进行调整。在转速设定中，需要以土层物理特性为基础进行调整。按照钻斗高度计算进尺长度，进尺长度为0.8倍的钻斗高度。旋挖钻机孔孔位和设计孔样间偏差控制在5 cm以内，钻孔孔径要求超出喷射管井2 cm，钻孔有效深度要超过设计深度0.3 mm，且保证每个孔位无漏浆问题。

2.2 钻头选择

钻头和成孔质量间关系紧密，需要考虑到地层实际状况对钻头进行合理选择。淤泥土质使用双层底旋挖钻头、通气孔钻头，并且增设导流槽，符合淤泥土层的施工需求，有利于防止孔壁坍塌问题的出现。对硬胶泥层可使用单进直螺旋钻头或旋挖钻头，随时对钻头角度调整。黏土层使用单层底旋挖钻头和长钻筒，有利于提升钻进速度。土层含砂水平较高宜使用短钻筒，和泥浆处理进行搭配，以有效提高钻进速度[1]。

2.3 泥漿稳定液制备要点

钻孔泥浆灌注会直接影响桩基稳定性，为了保证成孔质量，需要对泥浆稳定液进行合理制备。泥浆构成成分为膨润土、水、配合剂，有利于强化泥浆性能和稳定性。膨润土按照水∶土为8∶100的比例标准进行配制。

常用添加剂有以下5种：①羧甲基纤维素，占膨润土质量0.05%～1%，用于对孔基底进行强化，使泥浆内含水量符合施工要求。②铁铬木质素磺酸盐，占膨润土质量0.1%～0.3%，用于对钻渣进行粘聚，并促使粘渣沉降。③聚丙烯酰胺絮凝剂，占泥浆质量0.003%，用于将钻渣聚合在一起，对钻渣进行絮凝化处理。④硝基腐殖酸钠盐，占膨润土质量0.1%～0.3%，提升泥浆黏合性能，避免泥浆水分丢失。⑤碳酸钠纯碱，占泥浆质量0.1%～0.4%，作用和硝基腐殖酸钠盐相同。

泥浆制作前应当提前对黏土块破碎，并通过搅拌机使其变为泥浆，在专门的泥浆池内设置净化循环系统。在使用后可以对泥浆进行回收，可以防止出现环境污染问题，符合绿色施工需求。

用含砂率测试计测定泥浆含砂率，测定胶体率评估泥粒的黏性、悬浮性。用黏度计测量泥浆黏度，保证泥浆浇筑孔底的稳定性与胶合性。在综合测算泥浆参数后，对制备泥浆稳定液进行性能测定，评估其性能是否符合施工标准。泥浆比重在0.1～1.05，黏度为18～25 Pa·s，含砂率低于6%，膨润土浓度大于8%，泥浆酸碱值低于11，相对密度在1.3以上，稳定液失水率在15 mL/h以下，泥浆静切力控制在30～50 mg/cm2，胶体率为97%及以上。

3 旋挖钻机成孔技术在桥梁桩基施工中的应用要点

3.1 施工场地处理要点

在进行施工前，需要对施工场地进行处理，清理施工场地处的各种杂物，如果发现施工区域有坑洼现象需要及时回填，将凸起的土堆挖除，提升施工区域的平整性以及整洁性。对施工时需要对使用到的各类机械设备进行整理，包括旋挖成孔钻机、全站仪、车辆、挖掘设备等。提前尝试运行机械设备，避免在施工时出现进度延误的问题。将材料运送到施工现场实施钻孔打样，提前针对钻孔的质量进行评估，在合格后正式进行桩基成孔施工[2]。

3.2 放样施工

放样测量施工依靠全站仪进行，明确桩基的实际位置，在桩基中心区域实施施工作业。挖孔后，在标记的位置进行护筒埋设，合理计算埋设深度，在埋设完毕后利用黏土对护筒进行固定处理，并检查护筒的埋设是否符合施工要求。钢护筒顶面位置偏差在50 mm以内，倾斜角度偏差为1%以内，埋深长度的偏差范围在“2%≤埋深长度≤3%”。通过测量试验可以避免护筒出现倾斜的问题，为后续施工活动的开展提供保障。钢护筒的主要功能在于对钻孔进行保护，可以防止松散土体给成孔施工带来影响。

对部分区域存在淤泥层厚的问题，需要利用振动锤进行处理。在实际埋设护筒时，应先选择大口径钻头进行钻孔，在钻进2 m后提出钻头并利用震动锤将护筒压入。在完成浇筑流程后，即可拔出护筒，在拔出时保持护筒平稳，避免给附近地层结构带来干扰和影响。

3.3 桩基成孔

3.3.1 钻机就位

在清理施工场地后，明确桩基中心位置，在中心位置插打钢护筒。钻机进入到施工现场后将其移动到合适的位置，将其安装到枕木上方，对钻机进行参数和姿态进行调整。在钻机准备环节，要求钻锤起吊滑轮缘、钻锤和桩孔3者中心点保持在同一条垂线之上，避免垂直方向出现偏移。钻机位置无错误后对钻机进行固定，配置钻头后即可进行施工。

3.3.2 钻进

旋挖钻机在钻进施工时要求关注钻锤状态，保持稳定，并关注钻进速度的快慢。在初期钻孔阶段按照小冲程、慢速冲进的原则进行钻进，等待施工正常后对冲程进行调整，使其恢复到正常状态即可。

初期钻进或者即将穿过软硬层之前，要求钻杆处于垂直状态，将钻进速度调小，防止由于钻进速度过快而出现安全风险问题。在出现难以进行钻进问题后，及时将钻头向上方提起，检查是否遇到钻进障碍，不可一味钻进。

在钻进速度管控中，要根据实际的地质情况调整升降速度。速度过快会使转斗底部压力水平上升，泥浆会带给孔壁以冲击作用容易引发孔壁坍塌或者缩孔问题的出现。土层为粉质黏土时将升降速度调整为0.973 m/s，转速为0～10轉/min。将砂石土层升降速度调整为0.438 m/s，转速为0～20转/min。将强风化泥岩土层升降速度调整为0.858 m/s，转速为0～15转/min。将中风化泥岩土层升降速度调整为0.575 m/s，转速为0～8转/min。

3.3.3 终孔

在成孔之后需要通过掏渣筒对成孔进行清理，以此来保证成孔质量。利用地质雷达仪对钻孔底部位置进行探测，了解地质情况，收集地质数据，在整合成为地质报告后分析是否达到终孔要求。如果在探测过程中，发现存在裂隙、夹层或者溶洞时应当继续进行钻进施工，一直使钻头穿过不良地质层。在穿过后对地质情况实施再次探测分析，评估是否达到了结构受力需求，符合受力需求即可确认终孔[3]。

3.3.4 清孔

清孔可以及时对孔内存在的杂物进行清理，避免大量杂物堆积影响桩基成孔质量，在实际施工中需要根据施工流程对孔内进行有效清理。

一次清孔主要是在钻孔进尺和标高要求一致时进行，选择正循环法实施清孔处理，主要利用掏渣筒处理。在清孔时需要关注是否有塌孔的问题，要求对孔内水头进行管控，提升稳定性，观察和测定泥浆制备是否和设计要求相一致。如果检查结果合格一次清孔完毕，将钻头以缓慢的速度向上移动，将钻机的位置移开。

清孔结束后对桩径、垂直度进行检测分析，探孔器为主要的探测设备，要求其外径小于桩体直径，长度按照桩径4倍调整。随后测定桩底沉渣量，如果孔内杂物堆积仍然较多可以再次进行清理，和一次清孔流程相同，直到孔底沉渣量和施工规范一致。

3.4 钢筋笼施工要点

钢筋笼制作前应当先明确具体的焊接区域，对桩基竖向主筋的实际位置进行标记，将其固定后实施箍筋处理。通过钢筋笼成型机对钢筋进行加工，钢筋笼加工完后使用平板车进行转运处理，使用25 t汽车进行吊装，按照不同的节段分别将钢筋笼放到孔洞内。

当一节钢筋笼安装结束之后，需要及时向声测管内部进行灌水，评估管道结构密闭性是否符合施工要求。在灌水后，水位如果处于稳定水平，可以对声测管进行密封处理。如果出现水位下降，需要通过汽车起重机及时将钢筋笼吊起来检查问题，在问题解决后再次下放钢筋笼，必须要保证管内水位符合施工要求才可实施密封处理。

骨架下放时观察其与钢筋笼位置关系，如果到达顶部加劲箍的区域应当选择厚管壁钢管稳定骨架。确保轴线和第一节钢筋笼保持对准，随后连接钢筋接头。

3.5 混凝土灌注施工要点

桩基结构主要是通过刚性导管法进行灌注施工，以此来确保其能够真正成型。优先选择内径φ325型卡口刚性导管，作为混凝土灌注的主要管道材料。在灌浆施工前，需要实施水密承压以及接头抗拉两项试验，在试验合格后下放导管，对长度实施标记和编号处理，在下放期间需要检测导管位置，要求和孔底之间的距离控制在30 cm。

在桥梁工程施工中，各桩之间的规格有所不同，应当结合具体情况准备混凝土，要求导管初埋深度为1 m及以上。在灌注前应当对桩孔进行检查，对沉渣厚度、桩孔深度参数进行分析和检测，在每项指标没有错误后灌注混凝土。在灌注时，保证混凝土灌注的连续性，桩顶实际高度应当微微高出设计标高，高出幅度为50 cm。灌注施工要求导管埋深超过2 m，控制在6 m以下。等待6 h后可以将套管拔出，凿除桩头。

4 旋挖钻机成孔技术应用检测

在旋挖钻机成孔后需要对成孔质量进行测定，记录成孔参数，评估成孔质量，并开展静荷载试验，测定桩基稳定性以及抗压性能。如果发现性能指标和施工要求不一致，需第一时间进行处理。旋挖钻孔质量标准需要选择20个旋挖钻孔进行检测，计算20个钻孔的均值，对照均值和标准要求之间的差异。

成孔质量标准为沉渣厚度≤300 mm，单排桩中心位置≤50 mm，实测孔径和孔深分别在135 cm、64 m以上，相对密度控制在1.03～1.1，胶体率大于98，垂直度等于或者小于1%，含砂率大于2，黏度在18～25 Pa·s。如果施工后钻孔质量符合施工标准，代表桩基稳定性较强。对桩基进行静荷载力施加，观察在不同程度荷载力的影响下，桩基沉降是否异常，在未破坏、有沉降的情况下记录承载力数据，得出极限承载力，评估桥梁桩基是否符合未来桥梁通行需求。

5 结束语

旋挖钻机具有施工效率高、能源消耗少、噪声低、污染小以及适用性广的优势，可以满足不同地域环境下的桩基施工需求，解决了桥梁工程建设难题。

应用旋挖钻机成孔技术能够有效减少人工挖孔强度投入。在施工中，需要对钻孔的各个环节进行有效的监管和检查，及时发现存在的钻孔问题，对钻进参数进行调整，保障钻孔活动有序开展。

但是该种成孔技术在应用中存在着一定的问题，如容易受到施工土层的限制，泥浆护壁效果不足，施工所需成本较高，在后期搬迁中难度较大。因此，在今后施工应用中应当对施工问题进行分析，制定合适的策略解决难题，发挥旋挖钻机的优势。

参考文献

[1] 周建荣，周宁.旋挖钻成孔技术在桥梁桩基施工中的应用[J].建筑机械，2022（12）：45-48.

[2] 曾永忠.旋挖钻成孔技术优点及在桥梁桩基工程中的应用[J].科技视界，2021（23）：111-112.

[3] 王佳.旋挖钻成孔技术优点及在桥梁桩基工程中的应用[J].四川建材，2020，46（2）：122-124.