浅论旋挖钻机在桩基施工中的相关技术措施

刘永军 黎海明

摘 要： 杭州电力生产调度中心工程采用Ф1000以上大孔径钻孔灌注桩，工程地质条件以砂质粉土、粉砂层为主，全场分布，地下水位高，砂质粉土、粉砂造孔时孔壁容易坍塌。持力层以圆砾层为主，透水性强，富水性好。桩基工程采用新型旋挖钻机进行施工，阐述了旋挖钻机的施工技术难点、工艺原理和不同地质条件下的操作要点，并对防止孔壁坍塌的相关措施、出现漏浆、坍孔等特殊情况下采取的技术措施进行探讨和研究。通过工程实践，取得了明显的效果，对以后同类工程具有一定的参考价值。

关 键 词：旋挖钻机施工技术措施

中图分类号： TU473.1 文献标识码：A 文章编号：

Abstract： Referred to the project of Hangzhou Electric Producting & Dispaching Center,this paper focuses on the techincal difficulties ,technique principle,main operation points of caisson piles ,its diameter surpassing1000which use new rotary excavating & drilling machines during construction .And it also makes a research into relevent measures preventing cave-in collapse of boring walls.

Key words：rotary excavating & drilling machines; construction; measures

引言

随着社会不断进步,经济建设的迅速发展及建筑技术的日益提高,桩基础在城市建设中得到广泛的应用。越来越多的新型桩机应用到了实际工程中，本文主要对新型的旋挖钻机的施工技术难点、工艺原理和不同地质条件下的操作要点进行了阐述，并对防止孔壁坍塌的相关措施、出现漏浆、坍孔等特殊情况下采取的技术措施进行探讨和研究。

1 工程概况

杭州市电力生产调度中心位于钱江新城核心区，建筑面积为70772㎡，地下三层，地上由一幢25层电力生产调度中心及5层裙房组成。工程桩设计采用Ф1000、Ф800、Ф700钻孔灌注桩，其中Ф1000以12-3层圆砾作为桩端持力层。

2地质条件

根据钻探与岩土取样分析鉴定，各岩土层分层及特征自上而下依次为杂填土、素填土、淤填土、砂质粉土、粉砂、淤泥质粉质粘土、粉砂、含砂粉质粘土、砾砂、圆砾、含砾中粉细砂、含砂粉质粘土、粉砂夹粘土。

潜水主要赋存于上部填土层及3层砂质粉土中，地下潜水水位埋深在1～3.5m。承压水主要分布于深部的11-1粉砂层、12-2圆砾层、13-1含砾粉细砂、13-2圆砾层和14层含砾中粉细砂，属强透水性土层，富水性好。

3 施工技术难点

（1）本工程所处的地质条件比较复杂，其中砂质粉土、粉砂层厚为9.3～17.5m，全场分布，地下水位高，孔径大，砂质粉土、粉砂造孔时孔壁易坍塌。

（2）Ф1000钻孔灌注桩持力层为圆砾层，进入持力层深度为1.5m。经地质勘探，个别部位圆砾直径在300以上，旋挖钻机钻进难度大，必须将圆砾捣细才能钻进。

4 施工工艺原理

旋挖桩机成孔工艺与其它桩机施工成孔工艺有明显的差别，钻进工艺采用静态泥浆护壁、钻斗取土的工艺，是一种无冲洗介质循环的钻进方法，但钻进时为保护孔壁稳定，孔内要注满优质泥浆（稳定液）。

5 不同地质条件下的操作要点

针对本工程特有的地质条件，旋挖桩机在进行施工作业时主要按以下方式进行操作。

（1）本工程地表部位以素填土、杂填土和粉质粘土层为主，经查阅本工程《地质勘测报告》相关土层力学性能表，并根据多年来积累的实际施工经验，鉴于该类型土层阻力相对较小，在旋挖机操作时，采用钻机加大扭矩的方式进行，必要时同时辅以重加压力的方式，以快速钻进。

（2）对全场分布，地下水位高的砂质粉土、粉砂层，因为该类型土层磨阻力相对较高，需要钻机采取大扭矩输出钻进，但不得蛮钻。特别需要注意的是，鉴于旋挖钻机的特有施工性能和特点，在钻机负荷升高时务必采取及时提升加压油缸等措施，以确保减轻土层阻力。

（3）针对作为本工程钻孔灌注桩的持力层的圆砾层而言，因土层反作用较强，另外，鉴于旋挖钻机输出的加压力和扭矩与所受到的震动和反作用力成正比，所以旋挖钻机不能硬钻，以免旋挖钻机的部件受到损害或毁坏，否则也极容易造成严重的质量、安全事故，并影响施工生产进度。

6 防止孔壁坍塌的相关措施

6.1护筒埋设

对本工程全场分布，地下水位高的砂质粉土、粉砂层来说，考虑到该类型土层十分容易坍塌的实际，护筒埋设的深度、垂直度是旋挖作业中防止孔壁坍塌的关键。在旋挖钻机施工过程中的具体做法，是应根据每个桩的地质情况，使用比设计桩径+20cm的开孔钻头进行开孔，钻进深度确保不少于4～6cm，钢护筒长度要求确保不小于4.5～6.5m。特别需要注意的是，护筒埋设要保持垂直，倾斜率务必控制在1.5％内。

在施工完成上述步骤后，应及时在护筒周围对称地、均匀地回填土，并严格分层夯实。护筒离地应控制在15~30cm，其目的除了保护孔口防止坍塌外，另外还可防止表面水或底面漏浆、杂物等滑落孔中。

6.2泥浆制备

鉴于旋挖钻机特殊的施工工艺的要求，在护筒内应贮存足够的泥浆，其作用是在钻杆提出桩孔时，可通过泥浆确保护筒内的水压，并维护钻孔灌注桩内孔壁泥皮的稳定。同时，在旋挖机操作的过程中，应全力避免旋挖机回转斗在升降过程中发生碰撞、刮拉护筒，以保护孔口的稳固，防止孔壁塌落等施工质量隐患。

在初次注入泥浆的过程中，应采取相关措施并严密监控，泥浆应尽量竖直向下冲击在桩孔中间，避免泥浆沿护筒侧壁下流冲塌护筒根部，造成护筒根部基土的松软。正式钻进前，再倒入3～4袋膨润土，然后及时启动旋挖钻机的高速甩土功能，进行充分搅拌，另外，为增大护筒底部同基土结合处护壁泥皮的厚度，防止钻进过程孔口渗漏坍塌，应及时提高膨润土的含量。

6.3回转斗选用

为了有利于在桩孔内的导向泥浆的及时导流，并为了减小桩孔内的负压。旋挖钻机的回转斗盛料桶应优先采用圆锥式，盛料桶的底盘要焊有侧齿，侧壁导流槽应保持畅通，回转斗升降旋转时钻杆不能随意摆动，以防碰坏孔壁。

6.4成孔护壁

在旋挖钻机取土成孔过程中，静态泥浆作为成孔工程的稳定液，它的主要作用是控制压强力、护壁、润滑。当泥浆达到一定黏度和粘滞性时，在压力的作用下，在孔壁形成一层泥皮，使水无法从内向外或从外向内渗透。

钻孔灌注钻过的护壁层厚度取决于泥浆的黏度，钻机钻进时应认真细心观察进尺情况和泥浆渗漏情况，及时采取相关措施以调整泥浆的浓度。特别需要注意的是，在旋挖钻杆进入圆砾夹砾砂层后，孔内泥浆高程必须保持在孔口高程，同时按设计配合比投入适量膨胀土，以及时增加泥浆的黏度。

6.5钻机的钻进控制

旋挖钻机在钻进过程中，回转斗的底盘斗门应保证处于关闭状态，以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中而破坏泥浆的配比。另外应严格控制每个工作循环的钻进尺度，避免发生埋钻事故。同时应适当控制旋挖钻机回转斗的提升速度，升降速度宜保持在0.75~0.85m/s。若旋挖钻机回转斗提升速度过快，泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，冲刷钻孔灌注桩孔壁，会破坏孔壁泥皮，对孔壁的稳定性不利，并极容易引起孔壁坍塌。

6.6清孔

终孔经过验收后，维持护壁泥浆在孔口高程，并测量泥浆的比重和含砂率， 直至符合清孔标准为止。

7 特殊情况的处理

（1）如遇到无物质掺杂的卵石层而出现漏浆现象时，应先把回转斗提起，向孔内输送性能符合要求的泥浆，保持水头压力以抑制继续坍孔。

（2）如果遇到流砂地层，则用胶管将其全泵量清理出孔口，再向孔内投人片石和粘土，用片石和粘土充满溶洞，然后再钻进。

（3）需要特别指出的是，除膨胀土外，现场还应储备一定量的黄泥，必要时将其加人泥浆内，加大泥浆黏度。

8 结束语

本工程桩基工程自2011年2月23日开始施工，至2011年4月1日全部施工完毕，由于本工程采用了先进的旋挖造孔工艺，施工成果满足设计要求，效果达到了预期目的。通过本工程的具体应用实践，相比其他钻机成孔工艺和效果来说，新型旋挖钻机的地层适应能力相对较强，可以适用于淤泥质土、粘土、砂土、卵石层等多种地层。在项目桩基工程施工过程中，通过调整泥浆配比，加长护筒等手段，一定程度上解决了复杂地层尤其是粉砂层和圆砾层的造孔护壁难题。通过对旋挖钻机进行控制流量和压力输出，结合本项目不同的地质条件，及时更换不同操作方式，实现桩基工程高效率的施工生产，并达到了保护成本昂贵的旋挖钻机的目的。对粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进工艺，无需泥浆护壁；而对于松散易坍塌地层，或有地下水分布，孔壁不稳定，必须采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。

参考文献：

[1]在砂卵石地层桩基施工中成孔机械的选用 - 西部探矿工程 - 2006, 18(12)

[2]旋挖钻机在砂卵石地层桩基施工中的应用分析 - 城市建设理论研究 - 2011(27)

[3]砂卵石地层中钻孔灌注桩成孔控制技术 - 施工技术 - 2011, 40(13)

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。