河北建设勘察研究院有限公司 河北石家庄 051130
摘要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。在钻孔灌注桩施工中，旋挖钻机相比较于其他工具具有的优点较多，不管任何地形、任何土层其都能适应，并且无挤压效应，没有危害，噪音比较小，没有泥浆，以及成孔速度非常快。本文就旋挖钻机穿越卵石层施工技术与改进展开探讨。
关键词：旋挖钻机；卵石层；灌注桩施工
引言
旋挖钻机机械化、自动化程度高，现场移位灵活方便，成孔效率高、质量好，对环境污染小，在桩基施工中，有着常规钻机无法比拟的技术优势，因此，越来越受设计、施工单位以及业主的欢迎。
1工程概况
某下穿隧道部分围护结构采用1200@2200形式的桩基，其余部分采用1200@2400形式的桩基。其护桩的型号为1200@2200。两端盾构洞门处的型号为1500@1600玻璃纤维筋桩。基坑内设置18根1200临时立柱兼抗拔桩和抗拔桩，另临下穿隧道侧采取部分人工挖孔清除下穿隧道锚杆，再进行旋挖桩施工；若有旋挖施工条件，也可采用旋挖施工。
2机的选择
选择旋挖钻机在卵石地层施工时要根据设计图纸、勘查地质资料分析是否适合旋挖钻机施工，要考虑卵石的密实度、粒径、是否存在漂石、孤石等特殊地层。应选择大一个型号的机械设备，这是由于卵石地层施工中，钻机需要进行加压钻进施工，自重大，有利于提高钻进速度；其次，钻机的液压、动力、钻杆等系统等可以承受较大的反作用力，这样有利于保护设备，并保证施工进度。
3施工方案比较及钻孔工艺改进
（1）施工方案对比。如何解决施工中发生的难题，主要有3种方案，并对其进行了如下分析：方案一：护筒加长，在原来长度的基础上加长至13m，让其长度达到可以穿越卵石层的长度。这种方案没有塌孔的风险，比较保险。但是经济上会多加开支，因为成孔后护筒很难拔出，所以如果护筒最后没有被拔出，大概要多花200多万的费用在护筒上，这就会导致经济上额外支出过多。方案二：替换成冲击钻。但是这种替换需要花费大量的额外支出，因为每1m就要增加150元。在正常施工的情况下，需要大约15台冲击钻，并要求同时工作。所以不管是从经济还是从场地的布置、设备的跟进等方面考虑，这种方案都不可行。方案三：仍然采用旋转钻机，但对施工技术进行改进。这种方案在经济上最可行，增加的成本非常少，但也存在一定的难关。不过相比较于其他两种，显然这种方案最值得借鉴，不仅对解决问题有帮助，还可以对以后的工程有一定的参考价值。（2）施工工艺改进。经过反复的分析与推敲、实验，对施工技术做了一些改进：（1）一定程度上加长护筒并且加大筒内压力，保证让护筒比地面大约高0.8～1m并且水位高出2m，护筒大约长5m，最后在护筒外增填土袋，并按压紧实，这样可以使其更加稳定。（2）改变施工步骤，在施工过程中采用钻进和抛黏土一起的方式，增加其泥浆的比重到1.6L，这样有了泥浆的保护，会增加筒壁的坚固性。此外，在施工过程中，还要采取一定的办法增加卵石层的黏结力，可以利用黏土。（3）将钻进速度降低为40cm/h，使钻头尽量不破坏内壁，如果遇到大颗粒卵石，要换用切块的办法。
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4旋挖钻施工技术要点分析
4.1钻头的选择与应用
参与过旋挖钻机施工的人员都很清楚，旋挖钻机的钻头主要有三种形式：粘土钻头、砂钻、开岩钻头。在卵石地层施工时多采用砂钻和开岩钻。挖砂钻头的特点：首先，钻头底部有防止钻渣脱落的挡板，保证了有效钻进效率；其次，钻头斗齿角度比粘土钻头角度要小，一般为小于35°，这样可以保证有足够的强度扰动卵石。当遇到卵石密集且坚硬的地质情况时，采用开岩钻扰动破坏地层结构，然后用挖砂钻头捞出渣物。卵石地层施工时，要对挖砂钻头进行加固加强，对钻体辅助护孔的功能进行改造提高。
4.2制备泥浆
决定旋挖钻施工技术能否顺利进行以及混凝土的质量问题的关键就是钻孔泥浆是否制备合格。泥浆稠度要正好，否则，如果过小就会对钻进造成一定的影响，从而对施工造成影响，如果过大就会导致混凝土的质量降低。制备泥浆的材料经常选用优质黏土和膨润土，再融合一定的聚丙烯酰胺和烧碱。然后用膨润土作为材料，挖两个泥浆池，一个为沉淀池，另一个为储存池，尺寸为10m×8m，要使循环正常运作，需要再配置两台泥浆泵。钻孔时，先用泥浆泵向孔内注浆，保证水头正常工作。顺利钻进后再沉淀掉多出来的泥浆，最后用泥浆泵将沉淀的泥浆抽取备用。又因为该地层较松散，容易塌陷，所以要保证泥浆足够密和足够粘。为了增加泥浆的粘性，一般会加入膨润土（450～500kg/m3），烧碱以及CMC。经过多次试验分析，最终水、膨润土、碱以及CMC各占的比例为100∶15∶1.8∶0.8；经过实践，该比例配置出来的泥浆性能稳定，颗粒均匀，有很好的护壁效果，非常适合用来钻孔。
4.3钻孔
（1）钻机就位：利用护筒上的十字线护桩，使钻机就位。钻机对位时，首先坐落面应坚实、平整、不塌陷，钻机就位时必须保持机身平稳、不倾斜，使其在工作中不产生位移和沉陷。在钻孔的过程中，要经常检查钻机的水平情况，随时调整。钻头或钻杆中心与护筒顶面中心的偏差不得大于5Cm。（2）钻进：开始钻孔时，护筒应先放人泥浆，钻机以低档慢速、稳定的进尺开始钻进，使成孔坚实、竖直、圆顺，能起导向作用，且使护筒脚处有牢固的泥皮护壁。在钻至护筒底以下1m后，方可以正常速度钻进。在钻进过程中，应注意地层变化，对不同的地层，采用不同的钻进方法：①在粘土中钻进时，采用中等钻速，大泵量、稀泥浆钻进。②在砂土及粉砂等软土层中钻进时，严格控制进尺，轻压，低档，慢速，大泵量、稠泥浆钻进。③钻孔作业不能中途中断，要求一次成孔，每班及时填写钻孔记录和泥浆试验记录等原始资料。如遇机械故障，则将钻头提离孔底4.0一6.0m左右，避免时间过长坍孔埋钻事故。
4.4成孔检查
（1）孔径检测。要在成孔后，放钢筋笼之前，因为孔径检测以桩径为制作依据的，所以它的外部直径要比钢筋笼的直径多100mm，但是也不能过大，保证长度为孔径的4～6倍。对孔径进行检测时，要保证孔中心与钢绳在一条直线上，然后将绳子慢慢向下放入孔内，如果通畅，则表示检测合格。（2）孔深和孔底沉渣检测。此项检测要采用标准锤的方法。这种方法要保证底部直径在13～15cm之间，高在20～22cm，质量为4～6kg。此过程必须要用钢尺，确保结果的准确性。（3）孔内安全。注意检查护筒内泥浆液、周围地形变化情况，发现护筒周围出现异常要停止钻进，查明原因防止发生事故。卵石层施工时，钻头提升、放下都要缓慢，以防止由于钻头运动速度过快，形成局部真空造成塌孔事故。卵石层施工时进尺速度不宜过快，要采用正反相结合法有效地形成护壁。要记清楚每一次钻头提升前的进尺深度，与再次下钻后深度相比较，这样可以及时发现到孔内变化情况，有效的预防孔内事故。
5效果验证
在对施工工艺做了改进后，每个孔仅仅需要增加80m黏土，平均单价为20元/m3，总共增加费用16.6万元。在进行该施工中，一般只需1～2d即可完成成孔，进展也比较顺利，没有出现坍塌的状况。此外还需要对桩基进行静载试验和低应变反射波法检测，如果两项检测都合格的话就说明改进后的施工工艺值得肯定以及借鉴。
6施工中的注意事项
（1）钻进过程中每钻进1一2m必须检查孔位、孔深情况，在施工卵石层时一定要注意钻杆的垂直度及钻进。（2）钻进过程中应及时检查钻头，及时焊补磨损钻头防止缩孔，及时检查设备、钢丝绳、连接环、卡口等，多分析孔内情况，防止出现掉钻、埋钻、卡钻等现象。（3）施工现场必须备有备用搅拌机和备用电源，防止突发事情发生。
结语
综上所述，本工程使用旋挖钻进行桩基成孔以来，在施工期内就完成了桩基础钻孔任务，这样一来，能够非常有效地减少施工的工期，而且还在一定程度上减少了工程的开支，取得了很好的社会反响，并带来了很大的经济效益。
参考文献：
[1]张彬．旋挖钻机在松散卵石层成孔的施工技术．中国水运（下半月），2017.
[2]张涛．旋挖钻机穿越大粒径卵石层的工程实践．山东交通科技，2017.
论文作者:梅石磊
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/13
标签：钻机论文; 卵石论文; 钻头论文; 泥浆论文; 钻孔论文; 地层论文; 桩基论文; 《建筑细部》2019年第14期论文;