摘要：在含有硬塑黏土、大粒径卵石或漂石土等复杂地层的桩基施工中采用旋挖钻机成孔。通过增加泥浆浓度、增大护筒长度及采用双护筒方式、螺旋钻头和普通旋挖钻头交替使用等方法，有效解决了复杂地层中采用旋挖钻施工时钻进困难、漏浆严重、易塌孔等一系列问题，大大缩短了工期，经济效益显著。为确保单桩承载力满足要求，通过自平衡试桩法测试了3根试桩的实际承载力。结果表明，所有试桩实测承载力均大于理论承载力，说明在上述复杂地层中采用旋挖钻代替冲击钻的施工方案是经济高效的方案。
关键词：旋挖钻；现场试验；自平衡试桩法；单桩承载力
一、实例分析
黄山市歙黟公路改建上跨皖赣铁路立交桥工程位于安徽省黄山市境内，为歙黟公路整条路的其中一个标段。
根据设计地质勘探资料及试桩所得地质资料，自地表以下存在多层圆砾土，层厚普遍较大，最大层厚达6 m。粉质黏土硬塑，圆砾土密实饱和，稳定性较差，且其中夹杂较多粒径超过20 cm 的卵石或漂石。
本工程不但地质条件复杂，而且工期非常紧张。施工初期采用传统的冲击钻和回旋钻的成孔方式，效率低，工期可能严重滞后，甚至无法正常完工。旋挖钻
成孔具有速度快、效率高、施工精度高、护筒埋设方便、清孔质量好、安装钢筋笼方便且经济等一系列优点。笔者根据经验，提出了一系列措施，着力解决在含有大粒径卵石或漂石土中钻进困难、易塌孔、漏浆等问题，并通过测试单桩承载力的方法对改进措施的有效性进行验证。
二、成孔施工难点及解决方案
旋挖钻机进行桩基成孔施工，施工步骤为场地平整→钻机就位→埋设护筒→泥浆制备→旋挖成孔→清孔。这里对一般性工艺不再赘述，仅就如何解决钻进困难、易塌孔、漏浆等问题进行详细说明。
（一）成孔施工难点
旋挖钻机对土层的适应性较差，在含有较多粒径超过0.2 m 的卵石或漂石的土层中成孔困难，主要问题有：
1）砂卵石或漂石对钻头的磨损较为严重。
2）大粒径漂石对旋挖钻施工影响很大。现场实践表明：当桩径为1.6m 时，漂石粒径如＞0.25 m，则成孔施工将极为困难。如漂石粒径＞0.30 m，通常须
将石块破碎后方可钻进。
3）成孔施工时，遇砂卵石地层漏浆现象较为严重，且易塌孔。
（二）解决方案
（1）螺旋钻头和普通钻头配合使用
针对上述旋挖钻成孔的难点，采用双钻头配合使用的方法，即在遇到粒径较大卵石或漂石时将普通钻头更换为螺旋钻头，破碎后再用普通钻头取出；当漂石粒径大于捞沙斗开口口径而无法正常钻进时，可以使用筒钻将大漂石去除再配合捞沙斗钻进。在遇到孤石时，如果孤石恰好全部位于孔内，可以使用筒钻直接取出，如果孤石大部分埋在桩孔周围地层形成探头石，可采用回填C20混凝土待强度达到要求后采用筒钻慢慢磨碎钻进。另外，应适当增加钻头储备，以确保工程进度。
（2）泥浆制备方法
采用优质膨润土拌制泥浆，适当增加泥浆储备量及其浓度。普通造浆方法及工艺要求不赘述，奈普顿化学泥浆的配比对泥浆的性能影响很大，一般情况下按照0.01%～0.10%配制，针对卵砾石层可选取0.7%～1.1%进行控制，黏度35～45s。在配碱过程中，一定要先把氢氧化钠配置成20%水溶液，严禁把固体氢氧化钠直接加入到泥浆池中。按标准制备的泥浆黏度满足要求，黏土颗粒悬浮均匀、沉淀少、性能稳定，直径较大的钻渣都可直接上浮，护壁效果良好，完全满足钻孔需要。
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（3）护筒的使用
当地质条件相同时，如采用回旋钻机，护筒埋深通常在1.5 m 左右，采用旋挖钻时则应适当增加埋深，本工程中护筒埋深设置为6 m。另外，如遇特别易塌孔的土层，还可采用双层护筒进行钻进，并注意成孔后保证后续工序的快速衔接。
三、桩基承载力测试
（一）试验情况
为确保桩基承载力达到设计要求，在现场采用自平衡试桩法进行了单桩承载力试验。在汾河东岸设置了3根试桩，桩径均为1.6m，试桩编号为R5-1#，L4-2#，L5-3#，桩长18 m。试桩设计极限承载力11365 kN。
（二）试验方案
本次测试使用基桩静载测试系统ST2000，试桩荷载箱最大加载能力按设计承载力的1.3倍考虑并留有一定富余量。加、卸载分级进行，分级荷载根据设计最大加载量设置，为最大加载量的1 /10。
（三）试验结果
测试初期荷载箱向上、向下的位移均稳定增长。加载至第5级时向上位移14.29mm，向下位移5.44mm，加载至第9级时向下位移7.88mm，向上位8.76 mm。此时停止加载，转变为卸载。
（四）试桩极限承载力确定
（1）精确转换法
根据现场实测的有关数据，使用精确转换法计算，将自平衡加载方式下的数据转换为桩顶加载方式下的荷载-位移关系，得到桩顶荷载-位移数据及关系曲线，
通过对现场实测数据的分析，得到试桩桩顶加载方式下的荷载-位移数据，以精确转换法的结果为准，取桩顶加载方式下桩顶位移40mm时对应的荷载作为试桩的实测极限承载力，则该试桩的极限承载力推荐值为12860 kN，大于设计极限承载力11479 kN。
四、旋挖钻施工技术特征及效益分析
（一）技术特征分析
旋挖钻是利用钻机设备自身的压力实现钻进成孔，对桩基地层产生冲击影响较小，且施工应用灵活性较强，能够结合施工环境通过更换钻头提高钻孔效率。这种将钻孔、挖土、提土、卸土等多项工作同时实现的技术，在很大程度上减轻了工程施工人员的工作量，大幅度提升桩基施工工作效率。另外，钻孔过程中能对孔洞中的杂物及时有效清除，清孔质量也好，有效保证了成桩质量。
此外，旋挖钻孔成桩技术还具有较强的适应能力，能够适用于淤泥层、黏土层、砂卵石土层等不同地质条件、不同施工环境的多种桩基工程，应用范围十分广泛。
（二）效益分析
根据现场实践经验，在当地地质条件下，当孔深在18～20m时，每台旋挖钻机每24 h平均成孔数量为6孔，而同等情况下每台冲击钻机每72h仅能成1孔，工效与旋挖钻机相差18倍之多。冲击钻机采用泥浆循环方式出渣，钻渣与泥浆同时被带到地面，即使经一段时间的沉淀，钻渣中仍会混有一定量的泥浆，即造成泥浆的损失，故钻进过程中需要不断补充泥浆，致使钻孔成本增加很多。旋挖钻机则是利用钻杆的扭转将钻渣直接提出孔外，地质条件好时无需泥浆支护，可采用干法施工，地质条件较差需要泥浆护壁时，泥浆也只起支护作用，钻渣中的泥浆含量相当低，从而降低了施工成本。
综上所述，虽然旋挖钻机的购置成本较高，但考虑到泥浆的费用、环保问题、成桩效果以及工效的巨大优势，采用旋挖钻机的总体效益还是非常显著的。
五、结语
本工程初期投入了少量冲击钻进行桩基施工，但因工效低，工期压力大，而全部改为旋挖钻施工。结果表明：由于采取了适当的技术措施，有效解决了前述问题，不仅大大提高了施工效率，而且提前完成了桩基施工。
参考文献：
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[2]刘耀兴，高安荣，文良东.深水区复杂地层中大直径超长桩旋挖钻施工关键技术[J].公路交通科技（应用技术版），2013，9（10）：108-111.
论文作者:王鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/21
标签：泥浆论文; 承载力论文; 钻机论文; 钻头论文; 粒径论文; 桩基论文; 卵石论文; 《基层建设》2018年第33期论文;