探讨高铁钻孔灌注桩施工方式优劣

探讨高铁钻孔灌注桩施工方式优劣
摘要：在地形复杂的地区建设高速铁路，桥墩是经常采用的一种重要的基础型式，其埋入土中的桩基往往采用钻孔灌注桩的形式。

文章探讨了三种钻进成孔灌注桩的优劣势，可供参考。

关键词：高速铁路；钻孔桩；施工；优劣
1 冲击钻
冲击钻机属于“软硬通吃”的一种成孔机械，几乎适用于各种地质状况，从粘性土、砂性土、到砾石层、卵石、漂石到软岩、硬岩。

冲击钻机特别适用于山区丘陵嵌岩桩的成孔。

表层为软弱土时，可以通过换填地表土，以求稳固钻机。

冲击钻机也可以根据工地的实际情况自行组装，并且具有操作简单的特点。

初期投入相对较低，可以在工地大规模的铺展开来施工，大西高铁南张一号桥施工初期曾采用这种施工方式。

在钻机的结构和操作程序的复杂程度上，冲击钻优于回旋和旋挖钻机。

如果单单从地质条件考虑，不考虑工程进度、经济效益的话，可使用冲击钻。

从成孔速度上来说，在特定的地质中，冲击钻机不及回转和旋挖二种钻机。

2 回旋钻
冲击钻机和回旋钻机的共同特点是本身设备价格相对便宜，操作简单，经过几十年的市场选择，已经成为桩基成孔的主流机械。

但是随着社会的进步与发展，也逐步暴露出一些难以克服的缺点：2.1 污染环境，不环保，占用场地面积大
泥浆护壁和悬浮颗粒出渣都需要泥浆，而泥浆对现场和周围环境
均造成环境污染，且施工时噪音较大，且用水量大。

无法满足当代社会日益重视的环境保护和文明施工的要求。

循环泥浆，沉淀出渣需要泥浆池，这就要占用较大的施工场地。

这点在大西高铁南张一号桥的施工中可以明显看出，前期冲击钻的施工场地占用大约是后期改用旋挖钻施工场地占用的两倍左右，这也对工地的施工造成了许多不便。

2.2 成孔速度慢，效率低
按照正常的施工质量要求和一般地质地层情况，回旋钻机每天钻孔20-30m左右，而冲击钻成孔速度则更慢。

对孔位的精度控制全靠人工，且容易扩孔。

2.3 适应能力差
除冲击钻机的适应能力较强外，回旋钻机则不能对付强风化层之外的更硬的地层。

在大西高铁余家河大桥的施工中，回旋钻机在个别桩位钻到25～30m处时曾碰到砾石层，这种情况下不仅耗费了大量的钻进时间，而且对钻头的磨损非常严重，甚至造成钻机的损坏，不足之处可见一斑。

而且冲击钻机和回旋钻机都只能钻垂直孔，不能钻斜孔。

2.4 自动化程度低，人工劳动强度大，工作环境差
冲击钻机和回旋钻机的自动化程度都不高，基本是露天操作，工人工作的环境恶劣，已不符合现在社会人性化和高度自动化的潮流。

3 旋挖钻
旋挖钻机在国际上已有几十年的发展历史，在中国却在最近几年才被逐渐认识和应用，成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法。

旋挖钻孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺”，其主要优点如下：
3.1 成孔速度快。

施工速度快是旋挖钻的最大特点。

由于旋挖钻机施工靠底部带有活门的筒式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内提升运至地面，无需将岩土搅碎靠泥浆返出孔外，平均每分钟进尺可达50cm左右。

施工效率在适合的地层同比钻、冲孔桩机可提高5～6倍。

相比较于冲击钻机和回旋钻机，在这方面旋挖钻机的优势明显。

3.2 环保卫生。

不需要提供较大的工作面即可作业，这是其他钻机施工难以比拟的。

干法成孔时，不会对现场及周边环境造成污染。

即使是采用静态泥浆成孔时，相较于冲击钻机和回旋钻机的污染，旋挖钻机对现场造成的污染也要少，而泥浆的减少也同时节省了泥浆外运的成本。

3.3 噪声小。

旋挖钻机施工的噪声主要来自机身发动机的声音，其余部件几乎没有摩擦声，特别适合在市区或居民区使用。

3.4 可自行行走，移机方便。

只要场地承载力能满足旋挖钻机自重要求，其本身靠履带可以自行移动，无需其他机械配合。

3.5 适应能力较强。

旋挖钻机可配备不同钻头，常见的旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖斗，另外还有针对不同地质情况的筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头、冲抓锥钻头，而且旋挖钻机不仅钻垂直桩，
还可以钻斜桩。

正是由于旋挖钻机配置钻头的多样性，旋挖钻机可以适用各种地层，在同一个桩施工过程可以全部由旋挖钻机完成，不需要选用其他机械配合成孔。

3.6 高度自动化，施工精度高，操作工人劳动强度低。

旋挖钻机是集大功率、全液压、机电一体化、操作舒适化（人性化）于一身的产物，施工过程对桩深度、垂直度、钻压、钻筒内装土容量等均可以通过机身电脑控制，作业时桩位定位准确、成孔质量好、自动化程度高。

是现代高科技的结晶，集中体现了人性化、智能化、高效率的集中统一。

从上述几点可以看出，旋挖钻机的优点非常明显，但其也有不足之处：
3.6.1 设备成本高昂，前期投入比较大。

旋挖钻机的价格相较于冲击钻机与回旋钻机过高，从控制成本的角度来说不适用于某些项目。

3.6.2 自重大，对场地要求比较严格。

旋挖钻机工作状态自重一般在70t左右，但其履带与地面接触面积约7.0m2，所以要求的地基承载力在100kpa 左右，特别在填土地区，如果地表没有进行硬化或换填处理，地表水比较丰富或雨季施工要慎重考虑，否则采用旋挖钻机施工只移机就非常困难，严重浪费机械优势。

3.6.3 孔壁护壁差。

由于旋挖钻机钻进速度快，主要靠切土钻进，孔壁护壁同比钻、冲孔桩要差。

特别在填土和软土地层，塌孔和缩径容易发生，要给予重视。

填土和软土中施工要控制钻进速度，尽
量多转少钻，达到护壁的要求，同时在软土中施工要注意钻进进尺，一次钻进深度不宜太大。

3.6.4 施工过程短期投入增加。

由于旋挖钻机施工速度快，短期需要投入的材料费用比较大，在施工时要结合项目资金运作情况，项目工期和合同约定的相关奖惩情况进行综合考虑和选用。

4 施工实例
大西高铁8标朱家山中桥全长115m，4个墩台全部为钻孔灌注桩承台基础，共有钻孔桩36根。

地质构造复杂，地层分布不均匀，顶部有厚3～5m的新黄土，继续向下有4～6m的松散细砂夹软土层，再往下则变成老黄土及中密状的角砾夹黏土和少许卵石层组成。

该桥虽小，却担负着连接两侧隧道的任务，桩基施工的迅速完成才能为后续的下部以及架梁施工争取时间，时间紧、任务重。

但桥址位于两座山中间，施工场地较为窄小。

而进入施工场地的便道又在两侧庄稼地的包夹之下，且便道坡度起伏较大，道路宽度较窄，大型机械的进出十分不便。

并且在施工场地上3#台、2#墩、1#墩、0#
台桩顶的高差相差较大，导致之间的便道坡度较陡。

从地质状况来看，桥址处地质包含了多种性质的岩土，因此宜采用地层适用范围比较广的钻机。

从这点上来讲似乎很适合冲击钻发挥，但在本标段其他桥梁桩基的施工中，冲击钻成孔速度慢，效率低下的问题暴露无疑。

而朱家山中桥的地质对回旋钻和旋挖钻来说也不存在什么难点，那就要从成本投入以及施工便利方面着手考虑我们的选择。

考虑到旋挖钻机的自重以及场地的狭小，这样施工场
地对旋挖钻这种自身重量较大的机械来说是十分不利且存在一定的危险性。

且旋挖钻在这种密集且少量的施工中成本投入相对要大的多，于是我们选择相对轻便的回旋钻机做为朱家山中桥的钻孔桩施工机械，事实证明回旋钻机在这种场地上很好的完成施工任务，即便是碰到预想的难点--少量角砾夹黏土和少许卵石层也能较好的完成钻孔作业，在效率上则远远超出冲击钻。

此方案较圆满完成了该桥的全部钻孔桩施工，满足了质量和工期的要求，为后续的施工打开了局面，同时节省了成本，提高了经济效益。

5 结束语
桩基施工中选择成孔机械时，需要考虑多方面因素。

选择成孔机械时，首先考虑地层地质情况。

根据地质，有针对性的选择成孔的机械。

其次是考虑钻机成孔的经济成本、工期、环保和文明施工等因素。

力求在安全、效率、经济、环保中寻求一个平衡点。

参考文献
[1]张金树.旋挖钻机与冲击、回旋钻机之比较[j].现代制造技术与装备，2010年06期.。