旋挖钻机在软弱地层的钻孔桩施工

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【摘 要】旋挖钻机施工是近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法,它采用无套管钻进法成孔,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。本文对旋挖钻机在软弱地层的钻孔桩施工工艺进行了分析探讨，以供参考。

【关键词】旋挖钻机；软弱地层；钻孔桩施工

1、引言

旋挖钻孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺”，旋挖钻机是通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和静态泥浆护壁，反复循环而成孔。旋挖钻机一般适用于粘土、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，旋挖钻机的钻进工艺有两种：一是静态泥浆护壁钻斗取土，一是钻斗直接取土（一般适用于地质较稳定的地层）。其中在软弱地层且地下水位较高时，旋挖钻机施工必须使用静态泥浆护壁钻进，阻止桩基塌孔、灌注混凝土前进行清孔，成功、高效地完成桩基钻孔作业。

2、施工工艺

2.1泥浆的制备

现场设泥浆池（含回浆用的沉淀池及泥浆储备池）一般为钻孔容积的1.5～2.0倍，具备较好的防渗能力。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。

泥浆的成分包括高性能的细质膨润土、纯碱、CMC纤维素和水，经试验室做配合比试验来确定合理配合比，保证泥浆质量。制备泥浆的方式有两种，一是泥浆搅拌机拌制，一是用水力搅拌器。一般用拌浆机拌制使用膨润土造浆的泥浆，优质泥浆能使钻渣在泥浆里处于不分散的絮凝状态而易于清除，进而保持泥浆的不分散低固相低比重低粘度的性能。其主要优点是：提高钻机钻进速度，使泥浆的比重下降到1.10～1.20；延长机械寿命；孔径顺直:泥浆固相含量低,泥浆渗量少,有利于孔壁的稳定,使孔壁顺直；能有效防止孔漏及堵漏,泥浆比重低、低失水,在钻孔过程中对有渗漏性的卵石层能充分发挥防漏堵漏作用。

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。现场设置回收池用于回收泥浆使用，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（再加入适量的纯碱和CMC改善泥浆性能），经测试合格后可重复使用。

2.2 埋设护筒

桩基定位后，根据桩基中心点拉十字线设置四个控制桩，以四个控制桩为基准埋设钢护筒，为了保护孔口，防止坍塌，护筒的四周必须密实、不渗水。护筒的埋设是旋挖钻泥浆护壁作业中的关键。护筒选用壁厚至少为10mm的钢板卷制而成，护筒内径为设计桩径＋10cm，高度2.0m，上部开设一个溢浆孔，护筒埋设时，由人工、机械配合完成，主要利用旋挖钻机的钻斗将其静力压入土中，其顶端应高出地面20cm，并保持水平，埋设深度1.8m，护筒中心与桩基中心的偏差不得大于50mm。护筒埋设要保持垂直，倾斜率应小于1.5％。

2.3 钻孔定位

在桩位复核正确，护筒埋设符合要求，护筒、地坪标高已测定的基础上，钻机才能就位；钻机定位要准确、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上。旋挖钻机就位后，利用它的自动控制系统调整其垂直度。钻机就位时，要机座平整，机塔垂直，钻杆中心与护筒十字线中心对正，注入事先调制好的泥浆后，方可进行钻孔。

2.4 钻进成孔

施工之前，钻机应试运转检查，以防止钻孔过程中或成孔时放生故障。第一根桩基施工时，要慢速运转，掌握钻机的运行状况和该地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻孔参数，如回次钻程、施工时钻斗升降的速度、钻孔所必要的扭矩和压力等。

在钻进过程中，不可进尺太快，并要保持泥浆面不得低于护筒顶50cm，在提钻时，须及时向孔内补浆，以保证孔内水头。根据地质情况可以调整钻机进尺速度：由硬地层进入软地层时，可适当加快钻进速度，由软地层进入硬地层时，要减慢钻进速度；在易缩孔的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对于硬塑层，可以适当加快进尺速度，提高施工效率；遇到砂层时，则采用慢速钻进，并适当增加泥浆比重和粘度，防止孔壁大面积坍塌。钻至地层分界处时，提前控制钻程，确保一个钻程穿过地层分界处。

钻进施工时，钻斗下部安装比钻筒外径略大的外切钻头，使钻斗和孔壁之间留有空隙，防止提升钻头时孔底产生负压，造成孔壁坍塌。钻孔过程中如果遇到坚硬岩石夹层，换用多刃切削时钻头或锥螺旋式钻头钻进，通过该夹层后，再使用钻斗取渣，继续钻进。

钻孔过程中，如果发现地质情况与原钻探资料不符，应立即通知设计监理单位等部门，能够及时处理。若孔内漏浆严重，有大量气泡上升、孔变浅、埋钻等情况，应及时将钻杆提出，填入粘土，埋住塌孔部位，然后慢速搅浆钻进。

钻机钻进过程中，经常检查调整钻杆的垂直度及它于护筒的相对位置，以保证孔壁的垂直度和桩基位置；经常检查刀刃的磨损情况，保证钻斗外径与孔壁之间的距离，防止钻斗斗身损伤，同时防止钻斗升降、旋转时刮伤孔壁。

钻孔过程中，尽量保证土渣充满整个钻斗，一是减少泥浆的无形损失，二是提高清除土渣的效率。钻斗在孔内的升降速度必须得以控制，不能随意加快或减慢钻斗的升降速度，防止因泥浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁坍塌。钻进过程中还应根据地层、孔深的变化，合理选择钻进参数，及时调整泥浆，保证成孔质量。

钻进施工时，利用高效机械及时将钻渣清运，保证场地的干净整洁，有利于下一工序施工。钻孔在接近设计孔底时，适当控制钻机的钻进速度及钻程，防止超钻过多。同时注意保持孔内泥浆液的浆面高程，确保成孔的质量。

成孔中，按照试钻桩确定的参数进行施工，设置专职记录员记录成孔过程中的参数，如：加钻杆、钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等的情况。记录必须认真、及时、准确、清晰，以便指导后序的施工。

2.5 清孔

钻孔至设计高程后要进行清孔。清孔的目的是将孔底的钻渣及其沉淀物清除干净，尽量减少孔底的沉渣厚度，保证混凝土的顺利灌注和桩基的有效承载力。清孔分为两步：

（1）下钢筋笼前清孔。在准备下钢筋笼之前，进行第一次清孔，此时用密封性能好、带挡板的钻斗清除孔底沉渣，保证在下钢筋笼这一工序中孔底不会出现大量沉渣。

（2）灌注混凝土前清孔。在钢筋笼及导管安装完毕后，桩基底部将会有少量沉渣和泥浆液沉淀物（灌注混凝土前必须确认沉渣厚度，如果二次清孔仍无法使孔底沉渣至设计允许范围内，须提出钢筋笼及导管，用钻机重新彻底清孔，然后进行下道工序施工），利用泥浆泵将孔内泥浆与泥浆池内的新鲜泥浆进行循环，并适当换浆，达到二次清孔的目的。

3、结束语

综上所述，在软弱地层采用旋挖钻机泥浆护壁钻孔桩施工有以下几个方面的优越性：

（1）成孔效率高。旋挖钻机具有良好的机动性能、直接钻取原状土层等优势，提高了工作效率。

（2）成孔质量好。旋挖钻机的钻斗对孔壁扰动小、孔底沉渣少、泥皮薄，单桩承载力高。钻斗在孔壁上形成较明显的螺旋线，有助于提高桩基的摩阻力。成孔过程中一般不会发生塌孔、埋钻、孔壁倾斜等质量问题。

（3）缓解供电压力。旋挖钻机自带动力，减少了用电安全隐患，减轻了施工现场管理工作难度，增强了施工生产的安全性。

（4）污染小。采用静态泥浆护壁，减少了泥浆的外溢。