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浅谈旋挖钻机卵石层成孔

发表时间：2020/12/30 来源：《建筑科技》2020年7月上作者：彭良卫

[导读] 复杂地层尤其是砂卵石地层中成孔难度大，本文结合丰台区花乡樊家村某项目抗拔桩，通过优选桩基施工方案，采用大型旋挖钻机成孔，对旋挖钻机施工工艺、泥浆配比进行创新与优化，进一步提高施工效率水平，能够实现保护环境以及成本最优化的目标，也是解决砂卵石层中成孔的有效途径，其具有较强的现实意义和参考价值。

北京岩土工程勘察院有限公司彭良卫

摘要：复杂地层尤其是砂卵石地层中成孔难度大，本文结合丰台区花乡樊家村某项目抗拔桩通过优选桩基施工方案，采用大型旋挖钻机成孔，对旋挖钻机施工工艺、泥浆配比进行创新与优化，进一步提高施工效率水平，能够实现保护环境以及成本最优化的目标，也是解决砂卵石层中成孔的有效途径，其具有较强的现实意义和参考价值。
关键词：砂卵石层；旋挖钻机；施工工艺
        1.工程概况
        拟建场地位于丰台区花乡樊家村，地块北侧为北京信息职业技术学院，西侧为鸿业兴园住宅小区，南侧现为北京市旧机动车交易市场，东侧为建设中的天坛医院。
        2、工程水文地质条件
        影响ф600mm直径抗拔桩施工的地层主要有第⑤层：卵石：杂色，稍湿～湿，密实，亚圆形，卵石主要成分为沉积岩，混有火成岩，粒径一般为3～5cm，最大粒径为15cm，圆砾、中粗砂充填,含量约占总重的30%～40%。本层可见厚度介于14.0～22.1m，层底标高介于26.19～31.69m之间。
        第⑤1层：粉细砂：褐黄色，湿，密实，主要成分为石英、长石等。本层可见厚度介于1.0～5.5m，层底标高介于20.57～34.47m之间。第⑥层：强风化砾岩：杂色，湿，呈碎裂状结构，强风化由碎屑80％～85％和胶结物15％～20％组成。碎屑亚圆形～次棱角状，粒径2.0～5.0mm，主要成分为沉积岩。组织结构已大部分破坏，风化裂隙发育，岩石坚硬程度为极软岩，完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为V级。
        3.旋挖钻施工成孔工艺
        3.1泥浆制备
        现场设泥浆池（含回浆池、沉淀池及泥浆储备池），容积为钻孔容积的2.0倍左右，泥浆池底部设置塑料膜，保证有较好的防渗能力。在沉淀池的旁边设置渣土区,沉渣采用反铲清理后放在渣土区，保证泥浆的巡回空间和存储空间。护壁泥浆采用化学泥浆。泥浆性能指标：相对密度1.02～1.10，黏度18～22Pa·s，砂率≤4%泥皮厚度＜2mm，pH值＞7。
        2.2埋设护筒
        抗拔桩定位放线后，根据桩位点拉十字线钉放4个控制桩，以4个控制桩为基准埋设钢护筒为了保护孔口防止坍塌，形成孔内水头和定位导向，护筒埋设是旋挖作业中的关键工序。护筒选用10mm厚钢板卷制而成，护筒内径为800mm，高度3m，上部开设2个溢浆孔，护筒埋设时，由人工、机械配合完成。
        2.3钻进成孔
        2.3.1钻孔前检查
        成孔前必须检查钻头直径钻头磨损情况，针对卵石层采用合金钢截齿钻头，对钻头磨损超标的要及时更换；根据正确选择钻斗底部切削齿的形状、规格和角度；根据护筒标高、桩顶设计标高及桩长，计算出设计孔深，以便钻孔时加以控制。
        2.3.2对位控制
        旋挖钻机就位后，首先利用自动控制系统调整其垂直度。钻机安放定位要确保基座平整机塔垂直转盘（钻头）中心与护筒十字线中心对正。注入泥浆后，进行钻孔
        2.3.3过程控制
        1）单斗深度控制钻进操作中控制单斗进尺深度是非常重要和必要的。根据不同地质、桩径、不同的钻具类型，通过监测深度仪、钻进负载，控制好合理的单斗钻进深度,可以大大缩短成孔时间。
        2）加压控制（见表1）
        3）钻杆转速控制（见表2）
        4）浮动控制（见表3）
表1 加压控制

        除渣法，即利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣沉淀的方法。现场设置回收泥浆池用作回收护壁泥浆使用泥浆经沉淀净化后输送到储浆池中在储浆池中进一步处理（加入适量纯碱和CMC改善泥浆性能）经测试合格后重复使用。
        2.3.4提钻排渣
        钻头钻进岩土一定深度后，即应向上提升钻头排渣,钻头每次在岩土中钻进的深度一般为0.3～0.5倍的钻头工作部高度（钻头全高去除连接部位高度）旋挖下来的松散岩土将钻头工作部的80%左右空腔填满后停止进给，反向旋转松开各个咬合部位的棘齿咬合，主卷扬工作即向上提升钻头，进行排渣。
        2.3.5成孔注意事项
        1）成孔中设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如加钻杆、钻进深度、地质特征机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。
        2）开始钻进时采用减压低速钻进，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。
        3）护筒底口处最容易塌孔，钻至护筒底口时应缓慢、反复钻进、扫孔，保证泥浆护壁好，不易塌孔。
        4）钻进护筒底以下3m后可以适当加大钻进速度，钻进速度与钻压有关，钻压150MPa压力下进尺速度约为30cm/min；260MPa压力下，进尺速度约为50cm/min。
        5）为准确控制孔深，应备有校核用百米钢丝测绳和观测用自动深度记录仪，以便在施工中进行观测、记录。钻进过程中经常检查钻杆垂度，确保孔壁垂直.钻进过程中必须控制钻头在孔内的升降速度，防止因浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁塌方。
        6）孔底沉渣控制。加强泥浆稳定液的管理，控制固相含量，提高黏度，防止快速沉淀，还要控制终孔前两钻斗的旋挖量。成孔深度达到设计要求后,应尽快进行钻机移位终孔验收工作；从清孔停止至混凝土开始浇灌，应控制在1.5～3h，一般不得超过4h，否则应重新清孔。
        2.3.6成孔检查
       成孔达到设计高程后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度、沉淀厚度等进行检查，不合格时采取措施处理。用测绳测量孔深并记录（钻孔施工人员应严格控制孔深，不得用超钻代替钻渣沉淀）,钻孔完成后应用探孔器检测孔径，用测壁（斜）仪或钻杆垂线法检查倾斜度，用长度符合规定的探孔器上下2次检查成孔是否合格，合格后方可清孔。经质量检查合格的桩孔，及时灌注混凝土。
        2.3.7施工中易出现的问题及处理措施
        1）护筒倾斜移位。原因：埋设护筒时围土没有夯实，护筒内水位差过低，钻头起落时，破坏泥浆保护层。处理措施：重新埋护筒，孔四周分层夯实,护筒内保持在护筒项部以下30cm的水头高度，钻头起落时，防止碰撞护筒。2）塌孔。钻进过程中，发现泥浆中不断出现气泡，泥浆突然漏失。造成原因：卵石地段，泥浆护壁不好，钻进速度过快。处理防治措施：使用优质泥浆,提高泥浆密度和黏度，必要时可充填锯末或海带填塞卵石层缝隙，保持护筒内泥浆水位高度。对单斗进尺深度和钻杆转速进行控制。
        3.结语
        针对冲击钻、反循环钻机在施工过程出现的效率低下，工期严重滞后的问题，我部及时转变思路，在施工机械上试验采用了旋挖钻机，加快了工程进度，一台钻机1d时间完成了10根桩，并取得了很好的经济效益，也为工程的顺利完工打下了良好的基础。
参考文献：
[1]中交第一公路工程局有限公司.JTGTF50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2019.
[2]田克平.公路桥涵施工技术规范实施手册[M].北京：人民交通出版社，2019：159-163.