中交第二公路工程局第一工程有限公司 湖北省武汉市 430000
摘要：随着工程中对进度要求越来越高，旋挖钻机在桩基施工过程中的应用逐渐普遍化。通过介绍石首长江公路大桥桩基施工，阐述旋挖钻机成孔施工工艺及其特点，介绍了国内德国出产宝峨BG-38的类型、性能、结构、及技术参数及施工过程中的特点和优点，初步研究了旋挖钻机成孔技术优越性，并总结旋挖钻成孔中的注意事项和预防措施；明确桩基旋挖钻机施工的工艺流程、操作要点，掌握在超长桩基细砂层和粉细砂地层中的施工技术。
关键词：旋挖钻机；钻孔灌注桩；施工技术
1工程概况和特点
石首长江公路大桥石首公路大桥及其南北两岸接线工程是规划的潜江至石首高速公路的重要组成部分，桥型布置：820/2m+300m+100m钢箱梁斜拉桥。滩桥起点桩号为K70+383.5，终点桩号K71+328.5，桥型布置：[5×50m+ 5×50m+ 5×50m] 等截面预应力砼连续箱梁+（60m+75m+60m）变截面预应力砼连续箱梁；下部构造共有18个墩位（T1号～T18号墩），基础采用群桩承台式，桩基均按摩擦桩设计，桩长115米。
1.1地质情况
桥址区揭露的地层均为第四系松散沉积物，岩性主要以粉细砂为主，夹有黏性土及卵砾石层，两岸上部为黏性土及粉土，长江子堤为人工填土。根据浅层地震结果，桥位区基岩埋深在250m以下。
地层主要为第四系松散沉积物，主要分为10大层，均为第四系地层：①层粉质黏土分布于两岸陆域表层，厚度不均，工程地质性能较差；②层稍密状粉土分布于北岸，厚度小，工程地质性能较差；③层松散状粉细砂多为可液化土，工程地质性能差；④层稍密状粉细砂局部为可液化土层，工程地质性能差；⑤～⑥层中密～密实状粉细砂，埋深一般在35m以浅，工程地质性能一般，拟建桥梁为特大桥，上部荷载大，上述①～⑥层均不宜作为桩基持力层，⑦层密实状粉细砂，厚度大，分布稳定，南岸上部多夹有卵砾石层，工程地质性能较好，可作为主塔外其它桥墩的桩基持力层；⑧层以⑧3层密实状粉细砂为主，夹有卵砾石及黏土层，工程地质条件较好，⑧3层密实状粉细砂可作为塔、墩的桩基持力层；⑨层硬塑状黏土，厚度小，分布不连续，工程地质性能一般，不宜作为桩端持力层；⑩层密实状细砂，厚度大，分布广，是良好的桩基持力层，可作为主塔桩基持力层。
1.2钻机选用
根据设计图纸地质报告和现场踏测地质情况以及现场使用用电负荷情况，通过对比选择选用德国进口宝峨BG38旋挖钻机，钻机技术参数如下：
备注：与生产厂家联系增加两个钻杆最大钻孔深度（6节钻杆）：120米（2米直径）
2桩基钻孔灌注施工
2.1桩基施工前准备
1、施工场地
滩桥桩基，位于河滩上，施工场地较为狭小，并且因为雨季来临，现场较为泥泞。为满足设备进场需要及文明施工要求，整个场地用石渣重新填筑一遍，表面铺细砂碾压，基本满足了施工需要。
2、泥浆制备
准备了足量的膨润土、火碱和纤维素，满足桩基造浆施工用量，泥浆池规格为：长度32m，宽度10m，深度2.5m。泥浆池围护高度1.2m
3、埋设护筒
桩基施工护筒埋设采用内外双层钢护筒，外钢护筒直径240cm，埋深4m；内钢护筒直径230cm，埋深14m，护筒顶面高出施工地面0.3m。护筒顶面中心与设计桩位偏差小于2.5cm，倾斜度小于1%。
2.2桩桩基础施工过程控制
1、泥浆性能指标
泥浆的性能指标对钻孔中的护壁效果和成孔质量有很大影响，在施工过程中，注重了对泥浆性能指标的控制。泥浆的主要性能指标有：泥浆比重、粘度、失水率、含砂率、胶体率、酸碱度，各个指标之间是相互影响相互关联的。开钻前钻机配备了下列泥浆性能检测仪器：泥浆相对密度计，泥浆粘度计，泥浆含砂率仪，100ml量杯等，并存放于施工现场。施工时结合现场的地质水文条件，以满足最容易坍塌的土层孔壁稳定为主要条件确定泥浆的基本配合比。在钻孔施工过程中，根据钻进速度和地质情况不同，不定时地检查泥浆性能，并根据实际情况随时调整泥浆指标。钻孔泥浆在混凝土浇筑过程中，采用正循环或反循环抽出泥浆经过土渣分离筛，再通过泥砂分离器沉淀过滤，合格的泥浆排设到泥浆池循环，护筒重复使用，废浆和废渣直接排往已设置的废渣箱，集中拉走。
2、钻机就位
钻孔采用旋挖钻机、湿法成孔的施工工艺。旋挖钻施工时，钻头直径较护筒小20cm，钻孔前各项准备工作完成经检查满足要求后，将钻机行驶到施工孔位，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，并放入孔内，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动孔内。安装钻机过程中同时做好水、电等各项准备工作。
3、钻进成孔
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。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。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。当旋挖斗钻头顺时针旋转钻进时，底板的切削板和筒体翻板的后边对齐。钻屑进入筒体，装满一斗后，钻头逆时针旋转，底板由定位块定位并封堵底部的开口，之后，提升钻头到地面卸渣。钻进时掌握好进尺速度，随时注意观察孔内情况，及时补加泥浆保持液面高度，泥浆制备应注意以下方面：泥浆比重一般应控制在1.1～1.4之间，粘度控制在18～22s，含砂率控制在2%以内，胶体率大于95%，PH大于8。补浆的速度，泥浆补充一般采用泵送方式，其速度以保证液面始终在地面以上为标准，否则有可能造成塌孔，影响成孔质量。钻孔前采用水准仪测量护筒顶标高，根据设计孔底标高推算孔深，钻进过程中采用测绳测量孔深，孔深不小于设计深度；并随时检查钻机水平，确保钻孔垂直度符合要求；孔径采用超声波钻孔检测仪检测，出现缩径现象应进行扫孔，符合要求后方可进行下道工序。施工现场设置渣样盒和渣样密封袋，每钻进2m或地层变化处，应在泥浆槽中捞取钻渣样品，将地质标签和渣样一同装入密封袋，查明土质并记录，及时排除钻渣并置换泥浆，使钻头经常钻进新鲜地层。同时注意土层的变化，在岩层、土层变化处均应捞取渣样，判明土层并记入记录表中以便与地质剖面图核对。
施工过程中要注意以下事项：
（1）钻孔前，绘制钻孔地质剖面图，以便按不同土层选用适当的钻进速度和泥浆的浓度。
（2）钻机安装就位后，机身应平稳，在钻进和运行中不应产生位移及沉陷，否则应找出原因，及时处理。
（3）钻孔时及时填写钻孔施工记录，交接班时由当班钻机班长交待接班钻机班长钻进情况及下一班应注意事项。
（4）钻孔作业分班连续进行；钻进时按时检查泥浆指标，遇土层变化时增加检查次数，并适当调整泥浆指标。钻进过程中如泥浆有损耗、漏失，及时补充。
（5）定期检查钻头磨损情况，及时更换。
4、钻孔检查
钻孔达到设计标高，采用超声波钻孔检测仪检测孔径、及垂直度。
经终孔检查合格后立即进行清孔，第一次清孔采用泥浆置换法。清孔必须符合设计及规范要求，即：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s；胶体率大于95%，PH大于8。浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于10cm。严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。
5、第一次清孔
移除钻机后，向孔内安装高压风管，空压机送风前先向孔内供优质泥浆（各项指标符合规范要求），压缩空气经风管向导管内送风，形成负压，孔底泥浆及沉淀物的混合物沿着导管上升，保持孔内原有水头高度。待检查孔内泥浆符合规范要求并测量孔深后，若孔底标高符合设计图纸及规范要求，停抽10min，然后测沉渣厚度。沉渣厚度严格控制在≤10cm。
6、二次清孔
导管安放完毕后，对孔内泥浆各项技术指标进行测试，同时补入质量较好的泥浆到孔内，在导管内安装气管清孔循环泥浆，并保持孔内泥浆高度，防止塌孔。清孔后的孔底泥浆性能指标达到相对密度达到1.03～1.10、含砂率＜2%、粘度17～20pa.s、胶体率＞98%的要求时，实测孔底沉淀物厚度小于10cm。
7、灌注水下混凝土
在浇筑桩基混凝土前，需对桩孔进行全面的检查，当孔深、沉淀厚度满足设计要求、泥浆相对密度达到1.03～1.10、粘度17～20pa.s、含砂率＜2%、胶体率＞98%的要求时，可以进行混凝土灌注。
3.与传统正反循环钻机进行对比（工效分析）
施工过程历时较短，钻孔和浇筑过程中未发生质量和安全事故，各项指标均满足规范要求，某根桩基从开孔到成桩最长施工时间为88小时，避免了由于时间过长产生的塌孔、沉渣过厚等一系列安全及质量问题。
桩基功效分析如下：
（1）钻进工效分析
（2）采用黑旋风泥浆净化设备，提高清孔效率和清孔质量；
（3）采用湖南澧县产的高质量膨胀土及其配套试剂，确保泥浆的高质量，降低了钻孔施工的风险；
（4）采用两次清孔的方案，在确保钢筋笼能够下到位的情况下，保证了孔壁稳定性及浇筑前各项指标合格。
4.结束语
通过介绍旋挖钻机在超长桩基在粉西砂地层中的应用和施工中的成孔数据，施工质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应强大大缩短工期，克服机械成孔时孔底沉渣厚，桩侧摩阻力低特点，极大提高施工质量和施工工效。尽管旋挖钻机一次性投资较高，但适应性强，最终经济效益综合指标远大于回旋钻，旋挖钻机是一种理想的施工方法；在合理选择施工方法与施工工艺时，能最大限度节省物力、人力等资源。对工程施工工艺的发展及经济效益的提高具有重要意义。
参考文献：
[1].JTG041-2011公路桥涵施工技术规范。
[2].JFJ F80/1-2004 公路工程质量检验评定标准。
论文作者:罗进洲,彭文渊
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/13
标签：泥浆论文; 钻机论文; 钻孔论文; 桩基论文; 细砂论文; 钻头论文; 土层论文; 《基层建设》2016年1期论文;