桥梁桩基础旋挖成孔与冲击成孔的对比分析

桥梁桩基础旋挖成孔与冲击成孔的对比分析

梁慕洁

广东省南粤交通投资建设有限公司广东广州510500

摘要：桥梁桩基础施工中，旋挖成孔和冲击成孔的施工是比较常见的两种施工工法，本文通过两种工法在成孔原理，成孔工效，成孔质量以及施工成本等方面进行对比分析，为桥梁桩基础施工等同类工程在工法选择上提供参考。

关键词：桩基础；旋挖成孔；冲击成孔；对比分析

1工程概况

流溪河大桥16#～38#墩桩基础设计为嵌岩深度不少于两倍桩径的钻孔灌注桩，该处桩位地表多为水田、荔枝园，地质情况由原地面往下依次为粉质粘土，砂土状强风化砂砾岩，碎块状强风化砂砾岩，中风化砂砾岩。其中30#～38#墩靠近民房，为了减少对民房的震动干扰，16#～29#墩决定采用冲击钻成孔施工，30#～38#墩采用旋挖钻成孔施工。施工完成后，分别对钻孔灌注桩的两种工法进行对比和总结。

2成孔原理及适用范围

旋挖成孔是通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。旋挖钻机一般适用于粘土、粉土、砂土、淤泥质土，人工回填含有部分卵石，碎石的地层，对具有大扭矩动力头的旋挖钻，可以适应微风化岩层的施工，目前旋挖钻机的最大钻孔直径为3.0m，最大钻孔深度达120m，但通常旋挖钻机适合的深度为50～60m以内，钻孔直径在2m以内。由于旋挖钻机受施工地层的制约，在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层施工比较困难，并容易发生孔内事故和机械事故。

冲击钻成孔是利用冲击钻头的冲击力破坏土层或岩石的结构，使土形成泥、岩石破碎至岩渣，利用泥浆循环带出岩渣并护壁的成孔。冲击钻机适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层和碎石土层；也适用于卵砾石层、岩溶发育岩层和裂隙发育的地层施工。桩孔直径通常为60~150cm，最大直径250cm，钻孔深度一般为50m左右，某些情况下可超过100m。特别是卵石层、块石、基岩等复杂地层中钻孔，冲击式钻机较之其它型式钻机适应性强。

3成孔工效对比

3.1场地适应性

旋挖钻机施工靠的是履带底盘承载，接地压力少，在施工场地内行走移位方便，现场通过场地平整处理后基本能开始工作，遇上地质承载力稍微差点的情况，可以考虑铺设钢板来分摊设备对地面的压力，不需要占用大面积作业平台，可以实现多个墩位共用一个泥浆池。旋挖钻所需的动力由其本身所带的柴油发动机提供，无须现场提供大容量的变配电设施，能够做到随时施工，省去了接线送电等麻烦。

冲击钻施工移动桩位时要么通过吊车或挖掘机、装载机，要么借助拖运车，同时对位只能通过传统的水平调整及中心调位进行控制，其移动都需要依赖其他辅助机械。为了保证冲击钻的长期平稳，其施工时对就位的场地承载力有较高的要求。冲击钻成孔采用正循环清孔，每个墩位都要配置一个泥浆池和沉淀池，这就需要占用大面积的作业平台。冲击钻需要依靠现场提供大功率电源来完成钻孔工作，现场临电设施的配置必须要按照标准化来设置，不然容易存在用电安全隐患，容易成为安全整改的黑点。

3.2工作效率

旋挖钻机可履带自动行走，桩位之间的移位较为方便，桩位对位快速、准确；另一方面，钻杆自动伸缩，在钻进过程中也不用装拆钻杆，自动化程度高。冲击钻机施工时，无论从施工准备上及操作上都较旋挖钻机繁锁，冲击钻机依靠其它设备来移位。一般情况下，冲击钻机的移位需要时间总计为6.5个小时左右（从移位至可以开钻的正常时间），而旋挖钻机一般只须要15分钟左右。由于冲击钻机的自重有限，而又不可能给钻头施加更大的压力，只能在自重的压力下慢慢施磨，过程中还需要不断的焊锤，而旋挖钻机由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆的重量，因此钻进能力强。同等条件下，对于桩长35米桩径1.6米的冲击钻孔灌注桩，从开始到成孔正常情况下需要3天左右，而旋挖钻机正常钻进只需要4个小时，工作效率的高低显而易见。

3.3环保效果

冲击钻在钻进过程中多采用泥浆循环方式，造浆材料一般为桩体自身土质，遇到砂性土加些粘土或膨润土即可，虽然泥浆在池中会经过一段时间的沉淀，但渣土中仍有大量泥浆，这给弃渣的运输、存放、清理带来很大麻烦，处理不好容易对环境产生污染；同时冲击钻施工时震动大，噪音大，容易出现扰民情况。旋挖钻机采用动力头形式，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外，在特殊地质情况下不需要泥浆支护的情况下都可实现施工；需要泥浆护壁时，泥浆由膨润土、烧碱、纤维素根据不同地质按一定的比例组成化学泥浆，而且泥浆含量相当低(稠度1：1)，可重复利用，这使污染源大大减少，改善了施工环境；同时旋挖钻施工震动小，噪音也比冲击小，特别是靠近民房桩基的施工，具有较大的优势。

4成孔质量对比

4.1成孔的准确性

旋挖钻机自身稳定性通过底盘伸缩式履带调整，机体垂直度、钻杆垂直度、成孔垂直度均通过电子监测元件控制，操作手可直接读取，操作简易方便，同时操作人员可随时了解钻机的平稳状况，能有效保证钻孔的垂直度，从而提高成孔质量。而冲击钻自身稳定性和垂直度则依靠垫在钻机下面的方木和楔块通过人工调整，成孔垂直度只有在成孔后进行测设，准确性难以保证。

4.2成孔效果

在旋挖钻机成孔中，它仅需要静压泥浆作护壁，所采用的泥浆一般用膨润土、烧碱、纤维素等配量，在孔壁不形成厚的泥皮，此外由于钻头的多次上下往返，使孔壁粗糙不易产生缩径，成孔更为规则；但是旋挖钻由于钻斗的刀刃是倾斜的，容易扰动孔底土层，钻进时钻渣的回落也会沉淀于孔底，后期需要配置大功率空压机进行反循环清孔才能保证孔底干净。而冲击钻机施工，一方面泥浆的制作上随意性大，随着孔内泥浆的变质、变稠易产生孔壁泥皮，同时易出现缩径现象，但是采用冲击钻机成孔，孔壁四周形成一层密实的土层，对稳定孔壁，提高桩基承载力均有一定的作用。

5施工成本对比

采用两种不同的施工设备，施工同一性质的钻孔桩,并进行了对比，得出了表中如下结论。

通过分析对比得出，采用旋挖钻孔更经济。

5结语

桥梁桩基础的施工需要根据不同的地质条件，根据现场的情况以及工期的要求，综合考虑施工成本，用科学的方法选择设备以及工法。通过以上两种工法的各方面对比，我们知道，采用旋挖钻成孔施工不但提高了作业效率，而且也提高了钻孔桩的质量，既加快了工程进度又降低了施工成本，可为桥梁桩基础施工等同类工程在工法选择上提供借鉴。

参考文献

[1]桥梁施工专项技术手册/桂业昆,邱式中编著.北京:人民交通出版社,2005.1

[2]新编桥梁施工工程师手册/向中富,邹毅松,杨寿忠编.北京:人民交通出版社,2011.7

[3]袁学英.冲击钻与旋挖钻在桥梁桩基钻孔施工中的应用[J].交通世界（建养机械）,2012(9)