富水砂卵石大漂石地层旋挖桩施工技术

吕攀

摘 要：以成都地铁4号线二期工程某车站为例，对富水砂卵石大漂石地层旋挖桩施工技术进行了研究。解决了在富水砂卵石大漂石地层中旋挖钻机成孔难、孔斜不易控制，砂卵石地层级配不连续，大漂石含量较多，地层架空现象严重，易漏浆塌孔等问题，对类似工程尤其是成都市富水砂卵石大漂石地层中地铁围护桩工程施工有一定的借鉴作用。

关键词：大漂石;旋挖桩;钻头改进;施工技术

中图分类号： TU32.3      文献标识码： A      文章编号： 1673-1069（2016）30-61-3

1  工程概况

成都地铁4号线二期工程光华公园站位于成都市温江区，旋挖桩穿越地层主要为砂土、砂卵石土，卵石粒径一般为40～200mm，漂石含量约5%～20%，平均漂石含量20.9%，局部地段富集，漂石粒径集中在200～400mm。

2  旋挖钻机选型

由于地层中漂卵石粒径大，石质坚硬程度分类均为坚硬岩，孔斜不易控制，对钻机功率、扭矩及钻压等相关性能参数要求较高，需达到中型旋挖钻机要求。

现场比选的旋挖桩施工钻机有三种，分别是中冶京诚的R258C型旋挖钻机，徐工的XR2200型旋挖钻机，中联重科的ZR250B型旋挖钻机，均为中型旋挖钻机。通过在现场随机对三种钻机地钻进功效进行收集比选，得出了各钻机在本地层条件下的实际钻孔功效。（见表1）

经比选，投入R258C型旋挖钻机进行围护桩施工。该钻机最大输出扭矩达到250kN.m，最大加压力为180kN，发动机功率为261kW，自重75t。在施工研究过程中，该钻机的性能、成孔速度及质量完全满足要求。

3  旋挖钻头改良施工技术

3.1 旋挖钻头选取

旋挖钻进施工钻孔灌注桩选用合适的钻头对减少钻头本身的消耗、节约能源、提高成孔的速度和质量以及整个施工效率的提高起着至关重要的作用。钻头选用不合适会导致钻头本身消耗增加，浪费设备动力能源，还可能会因成孔速度慢而导致孔内事故。

旋挖钻头的选用必须以钻遇地层为前提，根据钻遇地层选用合适的钻头不仅仅是技术问题，更加是经济问题。科学地选择钻头及合理的使用钻头，在一定程度上能丰富旋挖钻机的施工工艺，拓宽旋挖钻机的施工领域，提高施工工效、降低成本、缩短工期，而且在环保、能源消耗、孔内事故等等方面能收到很好的效果。

旋挖截齿钻头和开体钻头都是旋挖钻机施工中应用最为广泛的钻头，适用于砂卵石地层，在生产性试验阶段，采用这两种钻头进行对比试验。

施工中发现，由于开体钻头开口过大，而本地层胶结性较差，当钻渣装满钻斗后再提渣过程中容易造成大量钻渣掉落，从而降低了钻孔功效，而双层底的旋挖钻头主要适用于砂土、胶结较差粒径较小的卵石层，湿孔钻进条件下使用双层底旋挖钻斗也可有利于孔底的清孔施工。双开门孔底双面吃土，钻具稳定性好，不易偏，切削齿为截齿，适合于砂卵石地层。

因此，本工程选用双底双开门截齿钻头。

3.2 旋挖钻头改进

虽然双底双开门截齿钻头在本地层中的施工功效要优于开体钻头，但针对本工程大漂石砂卵石地层条件，尤其是卵石土地层卵石粒径>25cm较多的情况，也存在钻头截齿磨损大、施工成本高、钻进速度慢进而导致塌孔等情况。普通钻头底面开口仅能吃进粒径<25cm的漂卵石，对于粒径>25cm的漂卵石，需钻机对其施加压力，利用截齿将其切削磨碎后装入钻斗中进行吃土钻进。这样就存在截齿磨损大，增加了施工成本，加大了对地层的扰动，增加了塌孔的可能性，不利于孔斜的控制，影响钻进速度的问题。（见图1）

图1  新截齿与废截齿磨损对比

根据上述普通钻头在本地层中遇到的问题，对钻头采取了有针对性的技术改良，即对底面开口部位进行切削，增大其开口尺寸，在旋挖钻进时能吃进粒径>30cm的漂卵石，从而加快钻进速度，降低施工成本。（见图2、图3）

普通双底双开门截齿钻头经过上述改造后，加快了旋挖钻进速度，减少了截齿用量，成孔质量满足要求，改良效果明显。（见表2）

4  护壁化学泥浆的应用

在试桩阶段，按照试桩方案，采用的是常规的膨润土泥浆护壁。本工程范围内卵石土层渗透系数k取18～35m/d，为强透水层，且场地地下水位埋深为5～8m，地下水位高，存在护壁泥浆流失现象，造成泥浆浪费，配合比不易控制，进而导致无法形成护壁泥膜或形成泥皮黏附力差，易于脱落，导致孔壁稳定性差，易塌孔。膨润土泥浆钻渣沉淀速度慢，清孔时钻渣很难同时沉淀下来，往往在首次清孔后，下完钢筋笼，二次清孔前沉渣厚度均超过1m，需要进行二次清孔，水下混凝土浇筑过程中，仍有大量钻渣沉淀，影响桩身质量。另外，地铁施工的环保要求很高，而采用膨润土泥浆需在场地内新建造浆及输将临建设施，废弃泥浆需采取措施进行外运，不但增加了施工成本，也不利于文明环保施工。

在本工程中水文地质条件下，需要较大黏度的泥浆达到稳定的护壁效果，彻底解决钻孔过程中的塌孔问题，同时，要求钻渣沉淀速度快，确保桩身质量。经过反复对比研究，决定采用化学聚合物泥浆。本工程中采用聚丙烯酰胺（PAM）化学聚合物泥浆并掺加氢氧化钠改善性能。

化学聚合物泥浆主要由高分子聚合物水解后形成。由于泥浆聚合物分子量高达1800万以上，水解后分子琏扩散并会与其他分子琏重新连接，故会形成较为黏稠的近似糊状的泥浆，能够最大限度地粘住并沉淀钻屑。该泥浆体系能对孔壁提供压力，防止在不稳定地层中钻孔的坍塌;同时最大化旋挖钻的装载能力，提高掘进速度。（见表3）

由于化学聚合物泥浆本身的快速沉淀钻屑性能，在成孔时孔内悬浮钻屑就已经非常少了，所以在钢筋笼后测量沉渣厚度均不超过10cm，根据实际情况可不进行二次清孔，有效提高了成孔效率和成桩质量，体现了较膨润土泥浆的优越性。泥浆总是保持清澈透明，钻具钻杆表面干净，在孔内由于钻具连续运动，聚合物泥浆和水混合的越均匀黏度就越强，凝聚力也就越快，泥浆在孔内内也没一点杂质沉淀。无毒无污染，废浆易于降解处理，有利于文明环保施工。

5  结语

在富水砂卵石大漂石地层进行旋挖桩施工，适宜采用中型旋挖钻机，并通过试验比选出可靠的钻机品牌及型号，从设备选型方面保证成孔速度及质量。

双底双开门截齿钻头是适合在富水砂卵石大漂石地层中旋挖成孔施工中采用，并对普通钻头进行改造后，加大底部开口尺寸，从而加快了旋挖钻进速度，减少了截齿用量，成孔质量满足要求，改进效果明显。

通过实践对比出了在富水砂卵石大漂石地层中旋挖成孔中采用化学泥浆的优越性，以及通过试验得出了适合本地层施工的配合比。

参 考 文 献

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