钻孔桩“绿色施工”成孔的几种方法

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摘要：钻孔桩的“绿色施工”主要有旋挖钻孔，冲击反循环钻孔和反循环回转钻孔。它们各有各的特点，下面主要对它们的施工工艺及质量控制进行阐述。

关键词：旋挖钻孔；冲击反循环钻孔和反循环回转钻孔；绿色施工

随着人类生活日益环保化，绿色化在公路建设中也广泛重视起来。桥梁桩基施工中成孔的几种方法，主要有重锤冲击钻孔，人工挖孔，旋挖钻成孔，冲击反循环钻机和反循环回转钻成孔。重锤冲击钻孔噪音大，不适合在城市与人口密集地使用。人工挖孔存在危险系数高，与地质条件有很大关系。旋挖钻孔，冲击反循环钻机和反循环回转钻孔比较环保适用，它们的适用技术为“绿色施工工艺”。本文主要对这三种施工方法阐述如下：

一、旋挖钻机

旋挖钻机成孔是近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法，被誉为“绿色施工工艺”，其特点是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少。旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。

1旋挖钻灌注桩的施工特点

1.1可在水位较高、卵石较大等用正、反循环及长螺旋钻无法施工的地层中施工。

1.2 自动化程度高、成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。

1.3 伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。

1.4 环保特点突出，施工现场干净。旋挖钻机通过钻头旋挖取土，再通过伸缩钻杆将钻头提出孔内再卸土。

1.5 履带底盘承载，接地压力小，适合于各种工况，在施工场地内行走移位方便，机动灵活。

1.6 在孔壁上形成较明显的螺旋线。有助于提高桩的的摩阻力。

1.7自带柴油动力，缓解施工现场电力不足的矛盾，并排除了动力电缆造成的安全隐患。

2 适用范围

旋挖钻机一般适用粘土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层。目前，旋挖钻机的最大钻孔直径为3m，最大钻孔深度达120m。

3 工艺原理

旋挖钻机采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，是一种无冲洗介质循环的钻进方法，但钻进时为保护孔壁稳定，孔内要注满优质泥浆。

4、施工工艺

4.1 泥浆制备

制备泥浆的的设备有两种，一是用泥浆搅拌机，一是有用水力搅拌器。使用粘土粉造浆时最好用水力搅拌器；使用膨润土造浆时用泥浆搅拌机。

护壁泥浆再生处理：施工中采用重力沉降除渣法，即利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣产生沉淀以排除土渣的方法。

4.2 埋设护筒

桩基定位后，根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩，以四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，护筒的埋设是旋挖作业中的关键。

4.3 钻孔定位

桩机定位要准确、水平、垂直、稳固，钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线应保持在同一直线。旋挖钻机就位后，利用自动控制系统调整其垂直度，钻机安放定位时，要机座平整，机塔垂直，转盘（钻头）中心与护筒十字线中心对正，注入稳定液后，进行钻孔。

4.4 钻进成孔

根据土层情况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，计算出桩底标高，以便钻孔时加以控制。

成孔中，按试桩施工确定的参数进行施工，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。

钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。

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。钻进成孔过程中，根据地层、孔深变化，合理选择钻进参数，及时调制泥浆，保证成孔质量。

孔底沉淤控制。旋挖钻机是通过钻斗把孔底原状土切削成条状载入钻斗提升出土，钻至设计标高对土的扰动很小，没有聚淤漏斗，所以要加强稳定液的管理，控制固相含量，提高粘度，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。

旋挖成孔的施工方法质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应性强，大大缩短了工期，废浆少、低噪音、污染小，保护了环境，克服了机械成孔时孔底沉淤土多，桩侧摩阻力低，泥浆管理差的缺点，极大地提高了施工质量。

二、冲击反循环钻机和反循环回转钻机

回转钻成孔灌注桩，又称正反循环成孔灌注桩，是用一般地质钻机在泥浆护壁条件下，慢速钻进，通过泥浆排渣成孔，灌注混凝土成桩，为国内最为常用和应用范围较广的成桩方法。其特点是：可利用地质部门常规地质钻机，可用于各种地质条件，各种大小孔径（300mm～200mm）和深度（40m～100m），护壁效果好，成孔质量可靠；施工无噪音，无震动，无挤压；机具设备简单，操作方便，费用较低，但成孔速度慢，效率低，用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制。适用于高层建筑中、地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、黏性土、砂土、软质岩等土层应用。

1 施工工艺

冲击反循环钻是利用冲击钻头对岩石进行较高频率的冲击，使岩石产生破碎，然后利用反循环排渣方式及时将破碎岩屑排出孔外。冲击钻头由两根钢绳平衡连接，无论起、下钻都非常方便，大大缩短了辅助时间。

在冲击钻进过程中，冲击和吸渣量是否匹配，是确保孔壁稳定和正常钻进最重要条件。另外，在冲击过程中，必须经常检查钢丝绳的磨损情况以及转向装置的灵活性和连接的牢固性，以防磨断或因转向不灵而扭断钢丝绳，发生掉钻事故。

根据地质情况，应经常检查钻头摩损，对钻头进行修补。再则在提升钻头时，要小心谨慎，尤其是在快到护筒底部将钻头慢慢提起，防止碰撞孔口护筒以免造成护筒底部坍孔或护筒错位或变形事故。

2 冲击反循环钻机与回转钻机在施工过程中的优缺点

一般在粘土、亚粘土、淤泥质土层、粉砂层施工时，回转钻机要比冲击反循环钻机施工快1.2倍，且因冲击反循环钻机自重大搬迁困难、时间长等因素，在土层中施工不如回转正循环钻机快，但在卵砾石层、基岩施工中，冲击反循环钻进明显比回转钻机要快3倍，一般5cm以下砾石要快2倍以上，5～10cm砾石要快3倍以上，而且冲击反循环钻进5级以下的岩石，钻进速度比回转钻进要快5～6倍，从上述情况分析来看，冲击反循环在施工复杂地层即卵石层，嵌岩钻孔桩成孔速度上优点明显。

在桩孔成型方面，冲击反循环施工一般在粘土、亚粘土、淤泥质土层、粉砂层施工时为防止坍孔，仍然采用正循环冲击钻进，但易缩径，但桩的垂直度比较好。在卵、砾石层施工中都采用冲击反循环钻进，由于冲击力较大，容易坍孔，充盈系数偏大，根据我公司已施工的几个工程数据表明，在回转钻机钻进段的平均充盈系数为1.15；而冲击反循环钻进段的充盈系数则为1.25，在土层中的充盈系数冲击和回转基本接近在1：1。

在成本消耗方面：在粘土、亚粘土、淤泥质土层、粉砂层施工，冲击反循环的成本消耗要比回转钻机消耗大，主要冲击钻机动力功率大、耗电量高。再则钢丝绳消耗大，因冲击耗绳、自身重量大，搬迁运输成本大等，但在卵、砾石层、漂石、块石、基岩施工中，冲击钻进效率高，而回转钻机研磨材料消耗大，钻进速度慢，成孔周期长，成本比冲击钻进大5倍以上，如遇大漂石、大块石、硬度较高的花岗岩回转钻机是无法钻进，只用冲击反循环钻机来完成。

在环境影响方面，冲击反循环钻进振动对周围环境影响比回回转钻进要大，特别是冲击下部坚硬基础岩面时，冲击振动对周围产生声音较大，影响人们休息。

三、结论

我们在施工钻孔桩时，要根据现场条件、工期要求、地质情况及成本分析等，用科学的方法来选择设备和工艺手段，用最佳的施工工艺，在保证质量、工期、安全的情况下产出最佳的效益。

作者简介：

张海云，1993年毕业于太原工业大学，2001年任职工程师，山西长兴路桥工程有限公司。