摘要：本文分析旋挖钻机在砂层成孔过程中塌孔的原因并给出解决措施，总结了砂层中旋挖钻机成孔工艺流程，并就砂层中旋挖钻机成孔清孔验收指标给出了建议。
关键词：旋挖钻机；砂层；成孔工艺
与传统的正反循环钻机相比，旋挖钻机成孔速度快，因在成孔过程中孔壁一直都受钻斗的刮擦，孔壁不易产生泥皮且在孔壁上形成较明显的螺旋线。这有助
于增加桩的摩阻力，提高桩的质量。但由于不易形成护壁泥皮，护壁性相对较差，容易缩径和塌孔。目前旋挖钻机已在桩基础施工中普遍使用，迫切需要制定专门的技术标准来规范旋挖钻施工的各个环节。这要求积累大量工程数据作为支撑，也需要较长时间的论证，在客观上造成了施工规范滞后的现象。本文总结某特大桥桩基施工过程中遇到的问题及应对措施、探讨砂层中旋挖钻机成孔工艺。
1 工程概况
某特隧道起止桩号DK48+00~DK53+300，全长5300m。设计为钻孔灌注桩基础，桩径为1.00，1.20m。据地质调绘及钻探揭示，隧道区地层主要为第四系全新统人工堆积层（Q4m1）填筑土，第四系全新统冲积层（Q4a1）淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂，下伏（Q3a1）黏士、粉质黏士、粉土、粉砂、细砂。沿线地下水为第四系孔隙潜水，局部具微承压性，其中砂类土层中水量丰富。沿线水位埋深较大，水位埋深14m左右。主要由大气降水、地表水渗透及地下径流补给，排泄以蒸发和人工开采为主。
根据地质情况，选择以旋挖钻机成孔为主的施工方法。地层中夹有砂层，埋深1～3m，厚度6～10m，多为粉砂、细砂层，宜塌孔。在施工初期遇到一些问题，主要是因为缺乏旋挖钻机施工经验，对旋挖钻机成孔工艺的优缺点认识不足，制定的施工工艺针对性不强。
1）沉渣厚度超标
桩基施工终孔验收合格，安装钢筋笼和导管后（此过程不超过1h），检测的沉渣厚度超标。出现这种情况的原因是泥浆性能差，比重均＜1.1。施工人员认为旋挖斗将钻渣全部提出，不像冲击钻机依靠泥浆排渣，所以泥浆中含渣量小，在保证孔壁稳定的情况下泥浆比重可调得小一些，这样也容易满足清孔验收的要求。但是在穿越砂层时，还是有相当数量的沙子混入泥浆中，其含量超过泥浆本身的浮渣能力。在终孔后安装钢筋笼和导管过程中，泥浆处于静止状态，渣子迅速沉淀，导致沉渣厚度超标。解决措施：①钻孔时适当增大泥浆比重，增强泥浆的浮渣能力；②终孔时孔底预留1m厚暂时不挖，待孔静置2～3h，渣子沉淀后随同底部预留的部分一同挖出，达到第一次清孔的目的；③采用导管或旋挖钻机二次清孔。
2）持续塌孔
终孔后持续塌孔，甚至塌至地表，造成成孔彻底失败，不得不回填。这是由于砂层厚达6～10m，透水性强，旋挖钻机钻进速度快，筒形钻头的活塞作用使孔壁不能形成护壁泥皮。护壁泥浆比重小，与砂层中水的压力差不足以维持孔壁的稳定。解决措施：①增大泥浆比重，可参考《客运专线桥涵施工技术指南》（以下简称《指南》）第3.2.2条，取指标上限。②在砂层钻进时，放慢钻进速度，提放钻头时放慢速度。
3）局部塌孔
有些孔在导管二次清孔时，在砂层部位出现塌孔。原因为：①终孔后，未能及时灌注混凝土，静置时间长（一般超过24h），砂层位置孔壁变松散；②清孔时降低泥浆比重至1.05～1.10不足以维持砂层处孔壁的稳定，且泥浆循环冲刷孔壁。解决措施：①优化现场管理，各工序之间尽量连续施工；②若砂层较厚钻进时选用较大的泥浆比重，清孔时泥浆比重不宜低于1.15～1.20；③减少导管清孔时间，将孔底沉渣翻动悬浮后，快速灌注封底混凝土。如孔底沉渣厚度满足要求，可直接灌注混凝土。
2 砂层中旋挖钻机成孔工艺流程
工艺说明如下：
①护壁泥浆调制的性能指标应以保证孔内易塌地层孔壁稳定为准，可取《指南》第3.2.2条规定的高限。②钻孔过程中应及时补充泥浆，使之始终对孔壁保持较高的正压力，以保持孔壁稳定，但补充泥浆时严禁直接冲击孔壁，避免孔壁坍塌。③钻进至距设计标高1m时，停止钻进，目的是让泥浆中的砂子沉淀至孔底，当泥浆中的含砂率达到一定值时（此值与泥浆比重有关），砂子就会悬浮在泥浆中，不再下沉。静置2～3h后。将沉淀的砂子和钻渣随同剩余的1m孔深一同钻起，这样同时达到了第一次清孔的目的。④钢筋笼和导管安装完成后进行清孔验收，如果沉渣厚度超标就需要再次清孔。根据现场实际情况可选用导管循环泥浆清孔或提出导管和钢筋笼，用旋挖钻机清孔。沉渣厚度符合要求可直接灌注水下混凝土。以上工艺在施工中推广应用，有效地减少了塌孔的发生，保证了成桩质量，加快了施工进度。这种工艺突出了旋挖钻机的优点，有效克服了其护壁性差的缺点。
3 清孔验收指标分析
目前铁路客运专线施工中除设计有特殊要求外，桩基水下混凝土灌注前清孔标准均执行《指南》3.2.2条第4款：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＜2%，黏度17～20s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度摩擦桩不大于20cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。上述条款并不能适用于所有情况，用于砂层旋挖钻机成孔验收时存在一定的局限性，因为泥浆比重降至1.1时，很容易造成塌孔。
4 建议
结合该工程施工实践，建议将泥浆比重和含砂率存在一定相对关系的概念引入清孔验收指标中。《铁路桥涵施工规范》条文说明第5.2.3条规定：泥浆比重和含砂率有一定相对关系，当泥浆比重为1.3时，含砂率稳定在20%左右，当泥浆比重在1.2时，含砂率稳定在10%左右，此时即使放置较长时间，也不会再继续沉淀。建议砂层中旋挖钻成孔清孔验收以孔底沉渣厚度为主控指标，泥浆比重必须保证砂层孔壁的稳定（宜为1.2～1.3，但不宜超过1.3），根据上述泥浆比重与含砂率的相对关系，含砂率不应超过稳定值。这样既保证了孔壁的稳定，又使钻渣及砂子处于悬浮状态，在安装钢筋笼及导管过程中不会产生较多的沉淀，减少二次清孔时间甚至不需二次清孔。
参考文献：
［1］中华人民共和国铁道部．TZ213—2005客运专线铁路桥涵工程施工技术指南［S］．北京：中国铁道出版社，2005．
［2］中华人民共和国铁道部．TB10203—2002铁路桥涵施工规范［S］．北京：中国铁道出版社，2002．
［3］北京市三一重机有限公司，中国地质大学．旋挖钻机施工工法通用规程［S］．北京：北京市三一重机有限公司，2007．
论文作者:樊仕远,聂计磊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/3
标签：泥浆论文; 钻机论文; 比重论文; 沉渣论文; 导管论文; 厚度论文; 稳定论文; 《基层建设》2018年第34期论文;