摘要：目前，钻孔灌注桩采用旋挖钻机成孔较为普遍，常规旋挖钻成孔作业一般采取泥浆护壁，在地下水位较低地区，干成孔作业也有少量应用，但在碎石混黏性土等特殊不均匀、不连续的地层条件下，干成孔作业应用极少。较常规泥浆护壁钻孔作业，干成孔作业在施工效率、施工成本、质量控制、环境保护等方面有着诸多优势。北京市政路桥股份有限公司根据本公司已完的同类工程，总结出一套行之有效的碎石混黏性土地层条件钻孔灌注桩旋挖钻干作业施工工法，并用此工法在工程实践运用中成功的完成了大量的钻孔灌注桩的施工，取得了明显的经济效益。
关键词：碎石混粘性土；旋挖钻；干成孔；机械操作参数
在钻孔灌注桩成孔作业中，干成孔作业在施工效率、施工成本、质量控制、环境保护等方面有着诸多优势，上庄路南延道路工程5#标工程中实际应用了旋挖钻干成孔工艺。
一、工程概况
上庄路南延道路工程5#标工程主体结构为隧道，隧道闭合框架采用明开施工。明开基坑围护结构含大量支护桩，桩径1.1米，桩心间距1.5米，平均桩长约22米。
该工程的基坑支护桩数量较大（833棵），在施工前期，选取15棵支护桩作为旋挖钻干成孔作业试验桩，统计并整理钻机施工参数，摸索并验证相关施工工艺。
1、施工场区地层条件基本情况如下表：
序号地层标高地质条件
1地面标高至地面以下2米碎石层
2地面下2米至10米粉质黏土层
3地面下10米至13米弱风化岩层
4地面下13米至16米粉质黏土层
5地面下16米至18米弱风化岩层
6地面下18米至24米中风化岩层
地下水位低于桩底标高，桩身地层范围内局部含少量滞水。
2、成孔机械：
采用旋挖钻机干成孔作业，钻机型号：TR180。
二、旋挖钻机机械操作最佳操作参数确定
在施工过程中，详细记录旋挖钻机在不同地层的转速、压力、用时等相关数据，通过对所采集数据的统计分析，结合有丰富施工经验的钻机司机的意见，得出在不同地层范围内的最佳干成孔作业机械操作参数。
1、碎石混黏土地层TR180旋挖钻机干成孔作业参数收集整理（平均值）如下表：
三、施工工艺流程及操作要点
场地平整→埋设钢护筒→钻机就位对中→钻孔（钻机干作业最佳操作参数通过试验桩施工分析确定）→终孔、淸孔→成孔→吊放钢筋笼→下导管→灌注混凝土→拔出护筒→清理桩头→桩身完整性检测。
1、场地平整
平整场地，清除对施工有碍的物体，因旋挖钻干作业缺少泥浆护壁，对护筒的稳定性以及钻孔的竖直度要求更高，故孔口地面标高若存在松散填土层，应采用机具夯实，钻机就位位置地面确保水平，精确地施测出桩位后，做好标识并保护。
2、埋设钢护筒
若施工场区地表土层为松散碎石层，应采用长护筒，纵向焊接接长，确保护筒底部进入较密实的原状土层，护筒埋入原状土深度不小于1.5m，护筒高出地面30cm。护筒埋设后护筒外侧空隙用素土回填并夯实，避免钻进过程中护筒松动。
3、旋挖钻机干成孔最佳机械操作参数确定
（1）选取试验桩
因旋挖钻型号不同，地质情况不同，在施工前期，选取10～15棵灌注桩作为旋挖钻干成孔作业试验桩，统计并整理钻机施工参数，统计、分析、确定并验证相关施工参数。
（2）最佳机械操作参数确定
在施工过程中，结合地勘资料、钻渣土质等，详细记录旋挖钻机在不同地层的动力头转速、压力、用时等相关数据，通过对所采集数据的统计分析，以孔壁无剥落、钻头进尺均匀，钻杆稳定为基准，结合有丰富施工经验的钻机司机的意见，得出在不同地层范围内的最佳干成孔作业机械操作参数。
4、钻孔
（1）开始钻孔作业时，钻进应先慢后快，开始每钻进尺为40～50cm，观察钻渣，确认地层，进尺约5米后如钻进正常，可适当加大进尺，每钻进尺可控制在60～80cm，在地层分界面应降低钻头转速，减少进尺。
（2）桩孔施工采用一次性全面不间断作业，施工中根据出渣情况判断土层结构及时合理地调整钻机的转速、钻压和进尺速度等操作参数，遇粗砂、卵石等松散地层和地层分界面时，降低转速和钻压以减轻对孔壁的影响。
（3）因干成孔作业没有泥浆冷却、润滑钻头，钻头磨损可能较常规钻孔作业略大，故应加强钻具检查，及时更换损坏的钻锥，加工不良的钻具严禁使用。
（4）在开始钻进或穿过软硬层交界处时，保持钻杆竖直，宜缓慢进尺。在钻进过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时，可能是遇到硬物，这时应立即提钻检查，等查明原因并妥善处理后再钻，以免导致桩孔严重倾斜、偏移，甚至使钻杆、钻具扭断或损坏。钻进过程中应随时清除孔口积土和地面散落土。遇到孔内渗水、塌孔、缩颈等异常情况时，应将钻具从孔内提出，分析研究并妥善处理。
5、灌注混凝土
（1）为确保桩身混凝土质量，灌筑混凝土仍应严格按照水下混凝土标准进行配制、运输。
（2）采用导管法干孔浇筑，浇筑过程中虽可规避桩身夹泥等病害，但考虑缺少护壁泥浆的水头压力，在混凝土灌注过程中，导管下口在混凝土内的埋设深度仍应按照水下混凝土灌注规范要求始终保持在2m～6m范围内，以确保混凝土的浇筑密实度。
（3）设计桩顶2m范围内的混凝土采用振捣棒进行振捣，保证桩顶混凝土的质量，相比常规泥浆护壁灌注桩，设计桩顶以上的混凝土浇筑长度可适量减小至5cm～10cm，可有效减少混凝土损耗和桩头凿除的工作量。
（4）控制好坍落度及灌注速度，以保证灌注过程中钢筋笼不上浮。
四、钻孔灌注桩旋挖钻干作业施工易发生的质量问题
1、涌水
干作业成孔适用于地下水位线低于灌注桩孔底高程的，且上层滞水量小的地质条件，在钻进过程中往往不可避免的会遇到孔壁涌入滞水的情况，引起涌水处孔壁土方坍落，严重时可导致坍孔。
预防和处理措施：
钻进过程中如遇孔壁少量滞水涌入，可在孔内倒入适量CMC（工程用高粘度纤维素），利用钻斗侧壁在钻进过程中的旋转将其均匀附着在孔壁涌水处，遇水溶胀，形成透明的粘稠胶液护壁，可有效封堵涌水，避免涌水处土层坍落。
2、坍孔
各种钻孔方法都可能发生坍孔事故，干作业情况下坍孔的特征有：孔内异响、护筒明显下沉、出渣量显著增加而不见进尺、钻机负荷显著增加等。
预防和处理措施：
（1）发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻。
（2）如发生孔内坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘质土（或砂砾和黄土）混合物到坍孔处以上1～2m，如坍孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。
（3）吊放钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。
3、钻孔偏斜
钻孔偏斜会直接导致灌注桩垂直度无法满足设计和规范要求。
预防和处理措施：
（1）选择机况较好的旋挖钻机，钻机的动力和稳定性高有利于成孔竖直度的保证
（2）平整场地时，清除对施工有碍的物体，孔口地面标高若存在松散填土层，应采用机具夯实，钻机就位位置地面确保水平。
（3）钻机组装时要使转盘、底座水平，起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上，并经常检查校正。
4、扩孔
扩孔比较多见，一般表局部的孔径过大。在地下水呈运动状态、土质松散地层处或钻头摆动过大，易出现扩孔，扩孔发生原因与坍孔相同，轻则为扩孔，重则为坍孔。
预防和处理措施：
（1）若只孔内局部发生坍塌而扩孔，钻孔仍能达到设计深度则不必处理，只是混凝土灌注量大大增加。
（2）若因扩孔后继续坍塌影响钻进，应按坍孔事故处理。
5、缩孔
缩孔即孔径的超常缩小，一般表现为钻机钻进时发生卡钻、提不出钻头或者提外鸣叫的迹象。缩孔原因有两种：一种是钻头焊补不及时，严重磨耗的钻头往往钻出较设计桩径稍小的孔；另一种是由于地层中有软塑土（俗称橡皮土），遇水膨胀后使孔径缩小。
预防和处理措施：
（1）及时修补磨损的钻头，在发生缩孔部位钻进并须快转慢进，并复钻二、三次，上下、左右反复扫孔以扩大孔径，直至使发生缩孔部位达到设计要求为止。
（2）对于有缩孔现象的孔位，钢筋笼就位后须立即灌注，以免桩身缩径或露筋。
五、适用范围及效益分析
1、适用范围
（1）地下水位线低于灌注桩孔底高程，且上层滞水量小。
（2）粉质黏土、黏土、风化岩等交替且较密实地层条件。
（3）桩周现况交通量较小，桩周地面动荷载扰动小。
（4）施工空间小，无泥浆储运空间或施工用水困难的情况。
2、效益分析
（1）重视旋挖钻机机械操作参数对施工工艺的影响，分析并确定不同工况的最佳机械操作参数是本工法的实施要点之一。
（2）免除了常规作业中护壁泥浆制备、储运、补充、循环等工作，施工占地少，施工成本低，施工效率高。
（3）成孔、混凝土灌注速度快，施工效率高。
（4）规避了孔底沉渣、桩身夹泥等病害，桩身、桩头质量的可控性较强。
（5）不产生施工废浆，对环境的污染较小。
3、结果评价
（1）施工效率和成本
每台钻机平均成桩量：4.5棵/天，最高纪录6棵/天（考虑钢筋笼加工进度），施工效率较常规泥浆护壁施工方法有明显提升，施工成本明显下降。
（2）施工质量
上庄路南延5标基坑围护结构支护桩，均采用旋挖干成孔作业，一次成桩率99.5%。
依据设计要求，该标段支护桩桩身完整性检测均采用低应变法，检测频率20%，根据第三方试验室检测报告，检测桩均为Ⅰ类桩。
结束语
综上所述，本文对碎石混黏性土地层条件下钻孔灌注桩旋挖钻干作业施工进行了详细的阐述，以及钻孔灌注桩旋挖钻干作业施工易发生的质量问题做了分析探讨。希望此施工工法在工程实践运用中能取得更大的经济效益。
论文作者:宣恒,曹宝俊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
标签：作业论文; 钻机论文; 钻孔论文; 地层论文; 混凝土论文; 进尺论文; 钻头论文; 《防护工程》2018年第32期论文;