中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450001
摘要：随着我国新建高速公路、市政桥梁、地铁工程不断增加，旋挖钻孔灌注桩在桩基础中日益增多，在钻孔灌注桩的施工过程中，具有成孔效率高，孔径偏差小，移动快速灵活等优点的旋挖钻机作为一种新型的钻孔设备，正在被越来越多地应用在桩基础工程钻孔桩施工中，并有逐步取代传统的正、反循环回旋钻机、冲击钻机的趋势。由于各种地质和环境问题，采用旋挖钻机在施工过程中，会经常出现成孔坍塌、缩孔、倾斜等质量问题。需要解决这些质量问题，必须对旋挖钻机施工工艺及流程有更深一步理解，对施工过程中对泥浆选择、施工技术、工艺、质量控制进行必要研究，总结出一套自己的施工方法。
关键词：旋挖钻机；在软弱地质条件；引进及运用
前言
项目依托武汉轨道交通11号东段3标长岭山车辆段东出入线基坑的围护结构施工，对在透水性强的、含水量高淤泥质的软土地质构造复杂的条件下，采用旋挖钻机成孔的施工技术方法，在施工过程中对多功能护壁液配置、施工技术、工艺、质量控制进行研究，解决了旋挖钻机在软弱地质施工中塌孔、缩孔、倾斜的难题，取得了很好的效果。为确保武汉轨道交通11号东段3标长岭山车辆段东出入线基坑开挖工程建设目标的顺利实现，为公司今后在有类似条件下旋挖钻机成孔提供技术及经济性参考，都十分有必要开展本项目研究。
一、软弱地质桩基施工
用常用的循环回旋钻机方法施工，存在施工周期长、易塌孔、缩孔、清底时间长、钻机移位难，易产生泥浆渗入混凝土隔层后断桩等缺点。我们对武汉轨道交通11号东段3标长岭山车辆段东出入线基坑的围护结构施工基施工技术中采用旋挖钻机施工技术，其特点：
1、成孔速度快，效率高：与传统的循环钻机相比优势明显，特别是在卵石层中，旋挖钻每6h～12h 成孔，1天可成孔1个～2个，是冲击钻、循环钻工作效率6 倍之多。
2、环保特点突出：与传统的循环机工程的相比，旋挖钻机区别在于可以循环使用泥浆，而传统循环钻机是不断产生泥浆。
3、行走移位方便：旋挖钻机的履带机构可将钻机方便地移动到所要到达的位置，而不像传统循环钻机移位那么繁琐。
4、机械化程度高：钻机设备性能较好，电脑能精确定位钻孔坐标及显示钻孔垂直度和钻孔深度，成孔质量高。
5、增大桩基摩阻力。在成孔过程中孔壁受到钻斗的刮擦，在钻孔壁上形成明显的螺旋线，这加大了桩基成型后的摩擦力。
6、对施工现场污染小。旋挖钻既可干式钻进作业，亦可在水中钻孔，孔内沉渣较少，施工现场整洁，噪声低，并对施工环境的适应能力强。
二、钻孔施工
1、平整场地（陆地）。
场地为旱地时，施工前应进行场地平整，清除杂物，对局部松软、淤泥进行换填夯实处理，保证钻机位置处平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生不均匀沉陷。
2、测量定位。
场地平整后进行桩位放样，桩位测设采用全站仪根据坐标进行放样，桩位放出后，钉好十字护桩，做好测量复核。
3、制作、埋设护筒。
钢护筒采用6～10mm的钢板经过卷板机弯卷后焊制而成，节长一般为2m。护筒内径比设计桩径大20cm。
护筒埋置深度视现场的地质情况而定。护筒埋设采用旋挖钻机开孔埋设，人工进行辅助配合。首先使用与设计桩径匹配的钻头进行钻孔，钻孔深度应超过护筒埋设深度1.0m以上时，及时换用扩孔钻头对埋设护筒段进行扩孔，扩孔深度至护筒设计埋设深度处，然后用钻斗将护筒压入。根据十字护桩控制桩位偏差。护筒至少高出地面30cm，以防止杂物、泥水流入孔内。
4、钻机就位、安装.
钻机钻孔的作业平台应基本水平，使主机左右履带板处于同一水平面上。钻机钻孔时的站位一般应对准孔桩位置，动力头施工方向应和履带板方向平行，钻机侧向应留有排碴场地。开钻前调整好机身前后左右的水平。
5、多功能护壁液的制作及指标控制.
（1）护壁液护壁原理
聚丙稀酰胺（PAM）为高分子聚合物，用于打桩过程的泥浆配制，主要作用在于保护桩孔四壁的稳定和絮凝钻进过程中产生的土、沙子以及其他杂质。该材料具有良好的水溶解，一般采取8～9的PH值溶解液，其PAM能使悬浮的物质通过电中和，桥接吸附作用，起絮凝作用，这种表面吸附与桥接作用在钻进时会发生效力，保证周围地层的稳定，同时，这种作用也可以帮助泥浆最大限度的粘结住被切削下的钻屑，使得钻头能够轻易从钻孔中带出钻屑，也能有效地降低流体的摩擦阻力，从而提高施工效率。
（2）护壁液的配置及使用
① 泥浆池布置
由于市政工程对现场文明施工程度要求高，不允许开挖泥浆池，另外城市桩基工程施工场地也比较狭小，根据实际情况需要，采用3.5mm厚铁皮焊制长×宽×高为9m×3m×2m的搅拌池和储浆池各1个。
② 护壁液的配置
配置泥浆前，需准备好一台3m3及以上功率的空压机及循环泵（7.5kW）。首先使用pH试纸测试配置水源的pH值，根据具体情况来决定添加片状氢氧化钠的量（一般为用20%的氢氧化钠水溶液，具体的添加量根据现场pH测试结果确定），将水的pH值调节到8～9之间即可，搅拌时间为10～20min。然后将聚丙稀酰胺（PAM）粉状慢慢均匀撒入搅拌池内，同时开动空气压缩机通气水中搅拌，聚丙稀酰胺（PAM）护壁液充分搅拌至少2h，黏度在20s～25s范围，若黏度高于25s，可直接加水稀释；若黏度小于20s，可能是由于搅拌时间不够，可延长搅拌时间，若还不够，再补充聚丙稀酰胺，再搅拌1h左右，达到要求后备用。
③ 护壁液的使用与循环利用
在钻进过程中，利用泥浆泵抽取护壁液至孔内，边钻孔边加入护壁液，孔壁随护壁液的加入而胶结成整体，孔内泥浆的液面高于护筒底0.5m以上。在旋挖钻机钻头出入孔口5m 深度范围内，提、放钻头做到轻提、轻放，避免扰动泥浆造成塌孔事故。在钻孔离设计孔深2～3m处，应适当放缓钻进速度，以便彻底清除孔中的沉渣。
钻孔完成后，搁置30～60min，然后下钻头轻轻捞取沉渣。用测绳测量孔深达到设计要求后，随即下钢筋笼。钢筋笼下到位及安装导管以后，二次清孔后立即进行水下混凝土灌注，边灌注边将孔内多余的护壁液抽回储浆池，仍满足技术要求的护壁液可循环利用。
6、钻进成孔
（1）开孔钻进的控制。
钻机就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。开始钻进时，采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。
（2）旋挖钻进的成孔工艺。
旋挖钻机成孔工艺是通过底部带有活门的桶式钻头利用动力头驱动钻杆、钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土这样循环往复不断地取土卸土，直至钻至设计深度。钻进过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。当钻头下降到预定深度后，旋转钻头并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒充满时，钻头底部关闭，提升钻头到地面卸土。开始钻进时采用低速钻进，钻进护筒以下3m可以采用高速钻进，钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重摩擦加压，150MPa压力下，进尺速度为20cm/min；200MPa压力下，进尺速度为30cm/min；260MPa压力下，进尺速度为50cm/min。钻进过程中严格控制钻进速度，避免进尺过大，造成埋钻事故。
钻进过程中要保证桩孔内泥浆标高，泥浆补充一般采用泵送方式，其速度以保证液面始终在护筒底面以上为标准。
钻孔前先用水准仪确定护筒标高，并以此作为基点，按设计要求的孔底标高计算孔深，以钻具长度确定孔深，孔深偏差不短于设计深度，超钻深度不大于50cm；孔径用孔径仪测量，若出现缩径现象应进行扫孔，符合要求后方可进行下道工序。
（3）扩孔率的施工控制。
成孔过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，钻斗进入孔内要匀速缓慢，控制钻斗提升速度，避免钻斗下产生较大负压作用，造成孔壁坍塌；钻斗挖土时转杆不能转动过快，使桩径增大。
（4）终孔时的清孔方法及验孔标准。
当钻孔达到设计高程后，及时组织有关人员对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查，孔径及孔形检查用检孔器检查，孔深和孔底沉碴用标准测锤检测，检查确认合格后应立即进行清孔。清孔采用捞砂钻头将沉淀物清出孔外，要求沉碴厚度满足设计或规范要求。
三、结论
武汉轨道交通11号线东段第三标段长岭山车辆段东出线围护桩对在透水性强的、含水量高淤泥质的软土地质构造复杂的条件下，应用旋挖钻机化学浆液护壁技术进行地铁围护结构桩基成孔施工方法，主要针对施工过程中出现的孔壁塌孔、缩孔、倾斜的技术难度深入了分析研究，从多功能护壁液配置，施工平台建设、工艺控制等方面提出了具体的操作技术措施。通过桩基施工的试验和运用，桩基合格率达到了100%，解决了旋挖钻机在在软弱地质条件施工中易塌孔、缩孔、倾斜的技术难题，为在在软弱地质条件下施工中积累了技术经验，取得了很好的效果，从经济效益来看，加快了施工进度，节约施工成本。
参考文献：
[1] 郝桃峰，李晓磊.旋挖钻机成孔技术在桥桩基施工中的应用[J]，《城市建筑》 2014年第12期.
[2] 王平，赵永生，赵政.旋挖钻机选型及其在成孔施工中存在问题的探讨[J]，《探矿工程》 2001年第4期.
论文作者:陈咏梅
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/10
标签：钻机论文; 钻孔论文; 钻头论文; 泥浆论文; 桩基论文; 钻杆论文; 深度论文; 《基层建设》2017年第29期论文;