高速公路桩基旋挖钻湿法成孔工艺应用探讨

高速公路桩基旋挖钻湿法成孔工艺应用探讨

张晓江

云南交投公路建设第二工程有限公司   650200

摘要：现今，桩基旋挖钻湿法成孔工艺作为一种先进的钻孔技术，已经被广泛应用于高速公路的建设中。该技术具有成孔速度快、成孔质量好、施工效率高等优点，可以有效地提高施工效率，降低施工成本。本文旨在探讨高速公路桩基旋挖钻湿法成孔工艺的应用，以期为实际工程中的成孔作业提供参考和借鉴。

关键词：成孔工艺；高速公路；旋挖钻；桩基

引言：桩基作为高速公路的重要支撑结构，有着至关重要的作用。传统的桩基建设工艺大多采用灌注混凝土的方法，这种方式存在着施工难度大、成本高等问题。近年来，随着旋挖钻湿法成孔技术的发展，已经在桩基工程中得到了广泛应用。传统的人工挖孔和机械挖孔方式存在着效率低、工期长、安全隐患等问题，因此迫切需要一种高效、安全、可靠、成本低廉的成孔方法。湿法旋挖钻孔技术具有作业速度快、孔径可调、孔壁稳定等优点，并且在大量的工程实践中证明其成孔效果良好。

一、工程概况
在宾川至南涧高速公路第一合同段，施工范围涵盖了起点桩号 K9+596 至终点桩号 K27+076，全长为 18.376 公里。该段落共包含了 51 座桥梁，单幅累计长度为 10635.92 米。在这些桥梁中，宾川特大桥是一座全长为 1418.04 米的预应力混凝土小箱梁桥，其桩基数量达到了 192 棵，最小桩径为 1.5 米，最大桩径为 2.2 米，最小桩长为 21 米，最大桩长为 48 米。桥梁下部结构均为双柱墩，盖梁数量为 92 个，30 米预应力混凝土箱梁共计 376 片。该段落的地质情况较为复杂，主要由填筑土、黏土、粉质黏土、圆砾土、碎石土、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和砂岩组成。土体结构不均，具有一定的强度和变形特性。在施工过程中，需要充分考虑地质情况，采用合适的施工方法和技术，以确保桥梁工程的质量和安全性。

二、施工方案

在道路和桥梁等工程建设中，桩基扮演着非常重要的角色。为了保证公路的安全性和稳定性，基础工程中的桩基工作必须得到合理规划和认真施工。在公路桩基工作中，旋挖钻机作为主要施工设备，其使用方式和施工方法决定了基础工程的稳固性和安全性。旋挖钻机是一种钻井设备，在公路桩基工程中被广泛应用。与传统的冲击钻机和回旋钻机相比，旋挖钻机的优点更为突出：成孔速度快，对环境影响小，是一种高效、稳定、安全的成孔方式。因此，许多公路桩基工程都采取了使用旋挖钻机进行成孔的方式。在旋挖钻机成孔过程中，有两种方式：干法和湿法。在干法成孔过程中，土体含水量不断增大，当钻深太深后，塌孔频繁发生，对施工安全和质量造成很大的影响。该方式通过泥浆发挥静态护壁作用，避免了干法成孔的塌孔问题，并且可使成孔速度更快和更加稳定。另外，在公路桩基工程中，安装钢筋笼和导管所需的时间较长，钻孔底部沉渣较厚，清孔难度大，水头压力也较大。为了解决这些问题，采用满孔泥浆湿法成孔方式，可控制孔口，降低孔内水头差，并减小注浆泵反循环及气举反循环清孔施工时的水头压力，从而保证施工过程的稳定性和安全性。虽然采用旋挖钻机对桩基进行成孔，可以提高施工效率和质量，但在钻孔底部沉淀物较厚的情况下，清孔难度较大[1]。因此，在本项目中我们决定采用满孔泥浆湿法成孔，以保证施工效率和桩基质量。

三、高速公路桩基旋挖钻应注意的问题

高速公路桩基旋挖钻虽然具有施工速度快、施工效率高、工程质量优良等优点，但是在实际施工中也存在着一些潜在问题和难点。在施工过程中，需要严格掌控以下几个方面的内容：

（1）土层稳定性：在高速公路钻孔施工中，土层稳定性是十分重要的，因为钻孔过程中如遇到松散土层或水土不均，就会导致桩基地基固结不均等不利后果。因此，工程方需要对施工前后各种土层进行全面的勘查和测试，了解其各种特性指标。

（2）钻具选择：对于不同稳定性和厚度的土层，需要选择不同类型和规格的旋挖钻头。如果钻头选择不合适，就可能会卡钻或卡桩，影响施工进度，甚至会引起安全事故。

（3）施工技术：高速公路桩基旋挖钻施工可以采用连续钻进模式或预钻孔模式，但具体采用哪一种方式需要综合考虑土层状况、施工速度和钻具的适用性等多种因素，制定出最佳的施工方案。

（4）施工安全：施工前需要对施工现场进行严密的管控，避免出现不必要的安全事故。在施工过程中，需要加强现场安全培训和管理，加强巡视巡检，确保施工期间无意外发生。

（5）桩基质量：在钻孔施工完成后，需要对桩基进行质量检测和验收，确保桩基质量符合相关规范和要求。此外，对于高速公路桩基而言，桩身的垂直度和直径控制也是极其关键的，需要进行精密测量和控制。只有这样，才能保证桩基的质量和精度，为高速公路的安全通行提供保障。

四、高速公路桩基旋挖钻湿法成孔工艺应用策略
（一）平整场地并埋设护筒
首先，应考虑场地平整度的问题。高速公路建设常常需要在山区、丘陵等复杂地形进行，因此，应先对待建的场地进行准确测量和设计，确保场地平整度符合施工要求

[2]。如果场地不够平整，建议在施工前进行必要的填方、挖方等工程，使得场地符合标准要求，便于后续的旋挖钻湿法成孔和护筒埋设。其次，需要对设备和工艺进行选择。旋挖钻湿法成孔需要使用旋挖钻机和水泥浆泵等专业设备。在选择设备和工艺时，应根据场地情况、孔深和孔径等因素进行评估，确保选择的设备和工艺能够满足施工要求。然后，需要进行现场管理。旋挖钻湿法成孔需要专业技能和经验的施工人员进行操作，因此，在施工现场应配备专业的管理人员，对施工人员的操作进行监督和管理，确保安全施工和施工质量。最后，需要注意护筒的埋设。护筒是桩基的重要组成部分之一，在成孔后需要及时埋设。在埋设护筒时，应选用符合国家标准的护筒，确保护筒的质量和完整性，以提高桩基的稳定性和耐久性。

（二）泥浆制备

在高速公路建设中，桩基旋挖钻孔注浆是一项重要的工程技术[3]。为了保证施工质量和安全性，使用合适的泥浆至关重要。PHP部分水解聚丙烯酰胺泥浆是一种经过研究和实践验证的有效配方。该泥浆的主要组成成分包括膨润土、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维、纯碱等，按照一定的掺配比例制成。这些组分的添加主要是为了提升泥浆的性能，确保旋挖钻孔注浆效果的质量。膨润土是泥浆胶体的主要组分，其掺量约占泥浆体积的8%~10%。在添加膨润土时，需要控制其掺量，同时结合实际地层情况检测和控制回流泥浆性能，调整泥浆掺配指标。聚丙烯酰胺的掺加量应为泥浆体积的0.03%。其作用在于避免泥浆发生分散，并提升泥浆黏度，这样有利于避免注浆过程中泥浆产生坍塌。羟甲基纤维是一种添加剂，其掺加量为泥浆体积的0.05%~0.1%。羟甲基纤维的作用是增强泥浆的黏度，并能在土壁表面形成化学泥皮膜，避免土壁过度失水。纯碱的掺加量应为泥浆体积的0.4%。纯碱有利于增大泥浆浆液的pH值，分散黏土颗粒，达到提升泥浆悬浮钻屑的效果。在进行钻孔注浆施工前，在主墩周围的平地上设置大型泥浆池，并在池底铺设硬薄膜，分别设置制浆区、沉淀区和泥浆回收区。在泥浆制备过程中，先将水加入泥浆池内，再通过制浆机将膨润土加入池中，并按设计要求添加其他外加剂。制浆完成后，使用高压水泵将泥浆抽吸进入孔内，在钻进过程中不断补浆，保证注浆均匀。同时，将其中1台泥浆泵设置在泥浆池内，以确保泥浆循环流畅。

（三）采用筒式钻头旋挖钻
高速公路的建设需要大量的桥梁和隧道，而这些结构都需要钻孔来固定基础，以确保工程的稳定性和安全性[4]。在旋挖钻的应用中，对于钻头的选择直接影响着施工效率和成孔质量，而采用筒式钻头旋挖钻是一种高效、精确、安全和环保的成孔工艺，尤其适合于浅孔或小型基础固定。筒式旋挖钻头具有内、外筒的结构，内筒用于传递扭矩和冲击能，而外筒则用于快速排除钻孔中的泥浆。在湿法成孔的过程中，泥浆的流通对于成孔的质量和成孔效率具有非常重要的影响。在采用筒式钻头的工艺中，泥浆可以通过空心的旋转钻头快速向孔底移动，这样不仅可以保证孔壁的稳定，而且还可以减少孔中渣土的积聚，提高成孔效率。需要注意的是，采用筒式钻头旋挖钻也存在一些限制和缺陷。例如，孔洞深度有限，不适用于大型或深度较深的建筑结构。同时，由于钻头的专业性和维护需要，需要配备专业的操作人员和维护人员，从而增加了施工的人力和成本。在实际的施工中，应该注重安全措施，遵守相关的安全规定，保证现场工作人员的安全。同时，要根据实际情况灵活调整工艺流程，保证施工效率的同时，不影响建设质量。工程监理人员也应该加强现场质量监督，及时发现并解决问题，保证施工质量。

（四）钢筋笼安装及混凝土灌注
钢筋笼是用于加强桩基强度的一种结构性装置，为了使得钢筋笼与混凝土充分结合，一般采用钢筋笼灌注混凝土的方式进行安装。在进行钢筋笼安装及混凝土灌注时，需要注意以下几点：①钢筋笼的制作。钢筋笼的制作是钢筋笼安装的前提，需要按照设计图纸的要求进行制作，具体包括钢筋的数量、直径等参数。钢筋笼制作时必须保证质量和精准度，以保证其能够在桩基施工中发挥应有的作用。②钢筋笼的吊装和定位。在之前必须依据桩基设计的要求进行定位，以确保钢筋笼在桩孔中的位置准确无误。吊装时需注意吊点的位置和力度的控制，防止发生倾斜或其他异常情况。完成钢筋笼的吊装之后，还需进行螺栓的紧固，确保其不会与混凝土发生位移。③混凝土灌注。在将混凝土灌注至桩孔中之前，需先进行一些工艺措施。首先是对桩孔进行清理和检查，保证孔内没有杂物和污物，确保混凝土能够顺畅灌注。其次是钢筋笼的浆液浸泡，以达到混凝土与钢筋笼更好的结合效果。在灌注混凝土时，需注意分层浇筑，保持稳定性，防止液压冲击和泥浆分离等情况的发生[5]。同时还需注意控制混凝土的流动性和凝结时间，通过现场测试不断调整混凝土的配合比，以确保混凝土质量稳定。

（五）设置制浆区和泥浆回收区

为了使湿法成孔工艺发挥最大的作用效果，需要在工地上设置制浆区和泥浆回收区。制浆区的设置是为了保证清洗钻头和冷却钻头，同时向孔底输送足够的泥浆。在实际操作中，制浆区应该选择在场地较高处，可以是固定的车载制浆机，也可以是现场搭建的制浆井。制浆井可以根据需要进行加固，避免地质条件不良时的塌陷风险。在制浆区设置中，应考虑到输送泥浆的管道系统，振动筛以及存储泥浆的罐体等。泥浆回收区的设置是为了控制施工中泥浆的浪费，保护环境，同时也是对施工进度和质量的重要保证。泥浆回收区应选择在场地低处或与制浆区相近的位置。诸如泥浆池、切削液池、滤清池等系统应配置合理。在泥浆回收区的设计中，应考虑到泥浆的过滤、处理、搅拌等环节，以及液位检测、废水排放等问题。在实际的应用中，需要根据工程项目的具体情况进行不同的策略设置。例如，制浆区的位置应选择在距离钻孔距离不远的地方，方便泥浆随时与旋挖钻进行对接，并配备混合设备、测量设备以及人工操作区域。而泥浆回收区则可以在制浆区的外侧设置，设置回收池、过滤器等设备进行泥浆的回收和处理

[6]。

结语：旋挖钻湿法成孔工艺是一种先进的施工方法，可以有效地提高钻孔施工的效率和质量，同时降低对环境的影响，其在高速公路桩基施工中被广泛应用。然而在实际施工过程中可能存在孔壁塌方、地层塌陷等问题，这就需要施工人员根据不同的地质条件和施工要求，选择合适的施工方案及施工设备。同时，需要注重施工质量管理，严格按照施工规范和标准进行操作，确保施工质量符合要求。相信随着科技和工程技术的不断发展，高速公路桩基旋挖钻湿法成孔工艺将逐渐得到广泛应用及不断完善。

参考文献：

[1] 韩秋霞, 王书海, 章忠和,等. 基于ANSYS软件的高速公路桩基旋挖钻注浆成孔数值模拟[J]. 地下空间与工程学报, 2020, 16(5): 1353-1358.

[2] 谢峰, 姜斌, 柳志宇,等. 水泥浆密度对高速公路桩基旋挖钻成孔的影响[J]. 现代隧道技术, 2020, 57(4): 94-97.

[3] 任煜, 张健, 陈超,等. 桥梁桩基钻孔注浆工艺在高速公路中的应用[J]. 建筑施工, 2021, 51(8): 71-73.

[4] 丁燕芳, 张建荣, 李荣涛,等. 地层水位变化对高速公路桩基旋挖钻成孔的影响[J]. 农村科技, 2021, (8): 84-85.

[5] 黄立国, 邢如卿. 钻孔直径对高速公路桩基旋挖钻成孔影响的数值模拟[J]. 交通工程, 2021, 54(8): 94-96.

[6] 范龚, 赵建朋, 刘玉芝,等. 泥浆密度对高速公路桩基旋挖钻成孔的影响[J]. 公路交通科技, 2021, 38(7): 113-117.