关键词：概况；特点；质量控制；应对措施
一、项目概况
几江长江大桥南锚碇基础为矩形沉井基础，沉井长和宽分别为57.9m和45.4m（第一节沉井长和宽分别为58.3和45.8m），共分25个井孔，沉井高23.5m。本工程沉井基础位于建筑物集中区，多数建筑物距离沉井只有20～40m的距离，沉井施工时，对周边建筑物的安全有一定影响，所以必须采取一定的措施加以保护。沉井与周围结构物的位置关系如下图所示：
沉井与周围建筑物的位置关系示意图（单位：cm）
原设计中采取高压旋喷桩防护措施来对周围建筑群进行防护，但根据南锚碇沉井安全评估报告结果表明高压旋喷桩对周围建筑的防护达不到要求，现采取钻孔灌注桩对周围建筑群进行防护，旋挖钻孔灌注桩桩径0.8m，桩长31m，桩中心间距1.5m，共164根桩，单排布置在沉井基础周围，在四个转角位置进行加强并设置承台，桩顶布置一圈连系粱。钻孔灌注桩防护平面布置图如下图所示：
钻孔灌注桩防护平面布置图（标注单位：cm）
本工程处于河流堆积地貌部位，地表为卵石覆盖层，不宜选用人工挖孔桩方式进行桩基开挖，又因该工程建设任务较重，工程工期较紧张，冲击钻孔桩不能保证工期要求，且冲击钻对周边构筑物和居民的生活影响较大，遂选用旋挖钻机进行施工。
二、旋挖钻机的主要技术性能及特点
旋挖钻机的工作原理是首先通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出桩孔外卸土，经过重复循环，不断地取土卸土，直至钻至施工设计图设计的桩底标高。其主要技术性能及特点如下：
1、成孔速度快，是普通循环钻机的5倍以上，有效地保证了工程进度。旋挖钻机钻杆为伸缩式钻杆，提钻速度快。
2、对不同的地质情况适应性强，适用广泛。
3、移位方便，旋挖钻机多为液压履带式伸缩底盘，可将钻机方便地移动到所要到达的位置，而不像普通循环钻机移位那么繁琐，同时又保证了整机稳定性及良好的机动性能。
4、定位速度快且定位准确度高。开孔前通过人工指挥钻头中心对准桩位，再由机械手将对应坐标设置为轴心坐标，施工过程中操作手在驾驶室内利用先进的电子设备就可以精确地实现对位，使钻机达到最佳钻进状态。
5、钻孔深度、垂直度可自动检测及控制。因钻机自身自动化程度高，钻孔深度和垂直度可由电子系统控制并在荧屏实时显示。
6、成孔后沉渣少。旋挖钻机成孔采用静态泥浆护壁，钻渣是通过旋挖斗提出，故沉渣量很小，减少清孔工作量并保证了桩基质量；而其它钻机钻渣是通过泥浆的循环排出，故沉渣较厚。
三、液压旋挖钻机成孔工艺及质量控制
1、埋设护筒
护筒采用10mm钢板卷制，其内径比设计桩径大200mm；其偏差不得大于50mm；护筒埋设必须竖直，竖直度偏差不得大于1%，埋深2.5m，护筒周围用粘性土回填夯实。
2、钻机就位及钻进
钻机就位后先调整钻机的水平、垂直仪，气泡居中，然后伸缩钻塔，使钻头底部导向尖对准孔位中心，钻头自然放松，再根据护桩到钻头外壁的距离进行对位校核，严格控制孔位偏差在允许误差范围内。钻进时，缓慢旋转下放钻杆，当进尺在护筒顶以下一定深度（约2m），再进行孔内注浆，防止钻入过深影响成孔质量。
钻进时，钻斗取出的原状土直接用自卸式翻斗车运至场内指定地点储放。每钻进3-5 回次后应调整一次水平、垂直仪器，使气泡居中，保证成孔的垂直度小于1/100。在钻进过程中由于进尺快，可能造成泥浆渗漏，必须及时补浆，以防塌孔，并检查钻头直径，对于磨损较严重的钻头刃脚要及时予以更换，确保钻孔直径。当钻至离桩底设计标高约2-3m 时由技术人员进行验孔，孔深控制以测绳测出的桩底周边四点平均值为准，钻进至设计孔深时，钻头底部应加装挡砂板，捞取残存散落的原状土及砂和卵石，并做好下钢筋笼和安装导管的准备工作。
3、泥浆钻渣的管理
本工程所用泥浆主要由粘土（膨润土）和水组成，施工中根据具体情况在泥浆中加入纯碱，用于调整泥浆的粘度和胶体率。在桩位附近设置泥浆循环池、沉淀池，由有经验的人员专门管理，对旋挖钻机挖出的钻渣，需立即装车运到指定的弃土场。
4、清孔
利用旋挖钻机本身清孔，并保证孔底回淤厚度不大于5mm，泥浆比重1.03～1.10，含砂率小于等于2%。
5、成孔质量保证与检测
（1）孔径：施工过程中根据钻进情况检查钻头磨损，确保成孔孔径。成孔完毕后，孔径用和设计直径相同的探孔器来检测。
（2）孔深与孔底回淤检测：开钻前测量筒顶标高并将相关参数锁定，钻机自动测算钻进深度，钻进完成后用测锤复测孔深。混凝土浇筑前需测量孔的深度，其与钻孔深度的差值即为孔底回淤厚度，严格控制在规定的范围内。
（3）钻孔倾斜度的控制：用测壁（斜）仪或钻杆竖直法进行检测，控制在1%桩长，且不大于500mm。
四、旋挖钻机在施工过程中容易发生的问题和应对措施
1、旋挖钻机成孔抗扰动能力差，由于成孔抗扰动能力差，故容易发生塌孔事故。旋挖钻泥浆护壁为静态泥浆护壁，孔壁泥皮薄，故护壁效果较差，尤其是在砂卵地层更为突出，容易发生塌孔事故，因本工程处于河流堆积地貌部位，地表多为卵石覆盖层，在几江长江大桥南锚碇前期的施工过程中有较多的塌孔情况发生。
解决措施：（1）根据地层地质情况选择合适的钻进速度，遇覆盖层为砂卵覆盖层时，适当降低钻进速度，能有效防止塌孔的发生；（2）施工时选用水化性能好，造浆率高，成浆快，含沙量少的膨润土或黏土，增大泥浆稠度等均能达到较好的保护桩孔的目的；（3）根据孔口地层地质情况确定适当的护筒长度，尽量使护筒穿透软弱层，若孔口砂层过厚护筒长度不得低于6米，以减少因地表上振动能量传递到无护筒孔壁。同时在开钻前检查护筒四周土是否结实，如四周土较为松软，可利用钻杆对护筒四周进行捣实。（4）钻孔完成后及时进行钢筋笼下放定位和混凝土浇筑。
2、施工过程中由于施工平台松软，钻机因自重下沉，从而导致孔位偏移、孔斜、孔弯和扩孔等现象发生。因为旋挖钻机所设置的坐标均相对于钻机履带在相对稳定的基础上而言，如果钻机履带的位置无论是平面位置还是水平位置发生了变化，其孔位、孔斜、孔弯和扩孔等都得不到有效控制，自然就导致成孔质量达不到规范要求。因此如何保证钻机履带位置的稳定性，是保证钻孔质量的关键之一。
解决措施：（1）必须保证施工平台有能够满足钻机需要的承载力，确保施工过程施工平台稳定。这就要求在填筑施工平台时选择强度高但又能确保钻机能施钻的填筑材料，一般采用砂性土、含水量适宜的粘土或粒径不大于10cm的砂砾，填筑时必须分层压实；（2）在钻机履带底铺设钢板，使钻机自重产生的力分散作用于平台上；（3）勤观测钻机水平、垂直仪气泡是否居中，及时调整钻机钻头中心坐标。
3、成本及维修成本较高。旋挖钻机价格目前来说比较贵，一台国产旋挖钻机一般在300-500万左右，进口的价格一般在600万左右。在进行岩层钻进时，较容易磨损钻头、钻杆，一旦发生故障，维修起来比较费时，且维修费用较高。
解决措施：根据地质条件选取钻孔机械，遇地质条件多为岩层时，应该选用冲击成孔或人工挖孔。
根据现场实际情况对桩基施工进行有效调整，几江长江大桥南锚碇防护桩在后期施工时，极少发生塌孔事故，所有桩基检测全部合格。目前，周边建筑物未发生位移和变形。
总之，旋挖钻机作为一种新型钻孔设备，它具有功率大，钻孔速度快，自动化程度高，移动灵活方便，定位准确，节约劳动力，生产安全，工作方便，环保性能好，噪声小，工作效率高，节约时间，降低施工成本等特点。但它也有因自身原因带来的一些问题，由于其施工工艺环节多，一环不慎，便会有质量事故发生，这就需要施工人员具有认真的工作态度、很强的责任心、良好的技术水平和丰富的临场处理能力。尤其在桥梁建设中，桩基位置可选择变化余地不大，更需要加强施工管理，搞好成桩质量。
论文作者:刘兆祥
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/26
标签：钻机论文; 钻孔论文; 沉井论文; 泥浆论文; 钻头论文; 钻杆论文; 发生论文; 《防护工程》2019年第1期论文;