摘要：利用GW20型钻机、4PNL泥浆泵（正循环法），通过实验研究了成孔方法，制定了针对太枣沟特大桥3#墩钻孔灌注桩成孔方案，成功穿过了钙质结核与砂互层区，为类似地层施工深孔摩擦桩积累了经验。
关键词：正循环法；深孔摩擦桩；成孔方法
1 工程概况
太枣沟特大桥是国家重点项目禹阎高速公路控制性工程，桥跨布置为80m +130m +2×170m +100m，全长650m，最高墩身120.54m（2#墩），最深桩长105m（3#墩），是禹阎高速公路上最高的一座特大桥。
桥址区地形起伏较大，两侧属三级黄土台塬，塬面比较平坦，出露地层为第四系风积黄土，具高压缩性和湿陷性；桥址跨越太枣沟河谷，河谷最深约达135m，沟底常年流水，施工期间流量约100-150m3/h；场地地下水主要赋存于细砂层及粉砂层中，富水性好，具承压性，3#墩场地地下水混合稳定水位埋深约18-20m。3#墩桩孔深度范围内地层为粘土、亚粘土、细砂及粉砂互层，其中细砂、粉砂层中夹有钙质结核层（勘察时岩芯呈短柱状、块状），钙质结核层最大厚度约8m。
该桥主墩3#墩基础原设计为48根Φ2000mm桩长80m的人工挖孔灌注桩群桩（摩擦桩），试桩人工开挖至孔深40m时，因地下水量丰富，无法继续施工，设计变更为48根Φ1600mm桩长105m(成孔深度110m)的钻孔灌注桩群桩（摩擦桩）。
受本工程项目部的委托，我公司（原福建勘察基础工程公司）承担了3#墩部分钻孔灌注桩的成孔任务，钢筋笼制作、安装及桩身砼灌注由项目部负责。
2 成孔方法
我公司进场的钻机型号为GW20型（龙门滑橇式机械转盘类钻机，钻孔直径Ф2000mm、钻深90~120m、转盘转速8~62r/min、最大扭矩65kN•m、主机功率55kW）、主机重量15吨，配4PN泥浆泵（功率37 kW、泵量180m3/h），钻头为自制的Φ1600mm双腰带三翼刮刀钻头，钻杆规格为Ф219×18×3000mm（300kg/根），第一根桩（上部40m已人工开挖，设有钢筋混凝土护壁）耗时1个月仅钻进了35m（孔深40-75m），三翼钻头刀排脱落严重，孔内阻力大造成减速厢齿轮损坏，在此情况下单位派技术人员前往工地指导生产。
钻进速度与岩石可钻性、冲洗液性能、冲洗液上返速度、孔深、孔径、钻机性能（扭矩、钻压、转速）等指标有关，针对不同的地层（岩石可钻性）要选择相应的钻头类型。通过分析认为，造成进尺缓慢最主要的原因是细砂、粉砂层中夹有钙质结核层，结核层硬度较大(岩石可钻性5-6级)，大口径工程桩钻进难度大，存在钻机配套问题。受变压器容量、施工成本、工期的制约，只能利用原有GW20型钻机、4PNL泥浆泵（正循环法），对成孔方法进行改进，以解决钻机转速、扭矩与钻压之间的矛盾（钻进速度与钻压、转速成正比；钻压大、转速高，则孔内切削阻力大，要求钻机扭矩要大；钻进压力约等于钻具自重减去浮力）。通过现场调查分析，在钻具自重不变的条件下，采取减少翼板上有效切削岩土体的刀排数量可以增加单位钻压或减小孔内切削阻力，理论上二次成孔的方法（即小径打、大径扩）可以解决钻进难度大的问题。
首先我们现场加工了一个打捞钻头装置(类似钻斗)，成功地将脱落孔内的刀排打捞上来；其次现场加工了一个Φ700mm双腰带三翼刮刀钻头，翼板上刀排尺寸为150-260mm（长）×50mm（宽）×22mm（厚），刀头上镶嵌大八角硬质合金（铜焊），硬质合金选用硬度高、冲击韧性好的YG8钨钴合金，刀排呈交错状排列，倒角后与翼板(及心管)间要焊接饱满牢固，防止钻进时产生脱落事故，同时双腰带焊接时应保证与心管（短钻杆）的同心度。此外更换原有Φ1600m双腰带三翼刮刀钻头的刀排（交错排列），进行焊接加固处理。同时在施工中每次提钻后应对钻头进行检查，发现裂纹或损坏，及时进行补强或更换（修复），避免刀排脱落或断钻头事故的发生。
先将Φ700mm钻具下入孔内，启动泥浆泵待泥浆循环形成后，选择低档正转慢速减压钻进，待钻头双腰带完全进入小孔后（进尺约1.3m，以保证钻孔垂直度）转为正常钻进，钻压、转速视钻机配电柜电流表读数和钻进速度进行调整。待Φ700mm钻具钻进约6m（两根钻杆）后提钻，换用Φ1600mm双腰带三翼刮刀钻头进行扩孔钻进，如此反复循环，直至终孔。
现场实验表明，采用二次成孔法成功解决了细砂、粉砂层与钙质结核层互层钻进难度大的问题，第一根桩从孔深75m至110m钻进时间历时约70h，平均进尺0.5m/h。后续每根桩成孔时间约130-170h（历时5.5-7.0d），平均进尺0.7m/h，使得公司在该项目上扭亏为盈，取得了良好的经济效益和社会效益。
3 结语
利用原有机械设备，制定了二次成孔方法，成功穿过了太枣沟特大桥3#墩钙质结核与砂互层区，取得了良好的经济效益和社会效益，为太枣沟特大桥提前合龙奠定了基础，也为类似地层施工深孔摩擦桩积累了经验。
作者简介：李扬坚（1967-09），男，汉族，籍贯：福建省宁德市，当前职务：副总工程师兼设计部主任，当前职称：高级工程师，学历：本科，研究方向：钻探工程、地基与基础工程
论文作者:李扬坚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第16期
论文发表时间:2018/7/11
标签：钻头论文; 钻机论文; 细砂论文; 钙质论文; 结核论文; 钻孔论文; 进尺论文; 《基层建设》2018年第16期论文;