特殊地质条件下旋挖钻施工技术

1、特殊地质条件下旋挖钻施工技术摘要:本文针对旋挖钻成孔技术的特点，研究总结了其相应的施 工技术，特别是 针对在高水位、软土层、流砂和硬层等不利地质情 况下的旋挖钻成孔技术进行研 究，形成了相关技术。关键词:旋挖钻特殊地质施工技术随着铁路和高速公路建设的不断发展，钻孔灌注桩在桥梁基础中 日益增多。在 钻孔灌注桩施工过程中，具有成孔率高，孔径偏差小，移动快速灵活等优点的旋挖钻 机作为一种新型的钻孔设备，正在被 越来越多的采用在桥梁工程钻孔桩施工中，并且 有逐步取代传统的 正、反循环钻机、冲击钻机的趋势。樊家沟大桥位于西商高速公路 k25+840里程，桥梁基础为混凝土 灌注桩,钻孔 桩32根共计120

2、0m ,绝大部分桩基孔位处于原水库底 面上，表面以下5m范围内为 黑色河泥，再往下18m范围内为粘土层和砂砾层交替，接着为一层厚度为5m左右的 砂砾层，最后为卵石土层。因为受原水库水浸泡，地下水位高（约为原地面向下1m , 故表面底层土质松软，而最后卵石土层中又含有大块粒径（约为50cm直径卵石。综 合考虑地质条件、工期等各方面因素，决定全部采用旋挖钻机成孔。1钻挖钻机的主要技术性能及特点旋挖钻机的工作原理是通过底部带有活门的筒式钻头回旋破碎岩土,并将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩杆将钻斗提出孔外卸土并且可以把粒径较小的卵砾岩块带出孔外，这样反复循环，不断地 取土卸土 ,直至钻至设计

3、深度。 最适合粘土、 亚粘土、砂层、砂卵石和单轴抗压 强度小于80mpa的岩石。主要技术性能及 特点如下：1.1成孔速度快，是普通的循环钻机的5倍以上，有效地保证了工程进度。旋挖 钻机采用全液压设计，自动化程度高，工作速度快，直径2.2m，孔深35m的基桩通常 在2小时成孔。1.2移动方便，旋挖钻全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，具有良好的整机稳定性及良好的机动性能。1.3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 操作员将对应坐标设置轴心坐标，施工过程中操作 员在驾驶室内利用先进的电子设 备可以精确的实现对位和以后的校正操作,使得钻机达到

4、最佳钻进状态，定位完成后 直接由钻筒加 护筒铲旋挖护筒基坑，比起传统机械省时省力，而且精度高。1.4钻孔 深度、垂直度可以自动检测及控制，钻孔深度和垂直度 可以由电子系统控制并在荧 屏实时显示。1.5钻机自带动力，不受场地供电限制，在电力紧张的工地施工 作业时,旋挖钻更 能体现它的优越性。1.6安全、环保特点突出，旋挖钻操作灵活轻快，震动小、噪音 低,而且还设置了 主、畐惓扬机的高度限位与动壁幅度限位以及驾驶室内液控开关等安全保护装置，钻孔过程中不循环泥浆，使用的泥浆可以循环 利用，钻渣可以通过提升钻斗时和泥浆分离后，用装载机运输至指定位置，减少了污染, 施工现场较为清洁干净。1.7成孔后沉渣

5、少，旋挖钻机采用静态泥浆护壁，钻渣是通 过旋挖斗直接提出，沉渣量很小。2旋挖钻钻孔施工技术由于樊家沟沟底施工场地，地下水比较丰富，形成对桩孔侧壁的 压力，为了保持桩 孔内压力大于等于孔外压力，采用澎润土加标准粘土 （不含砂拌制泥浆，采用泥浆护 壁法施工工艺。以下简述正 常情况下的旋挖钻成孔施工技术：2.1施工准备。钻机就位:根据桩孔中心位置，将钻机就位，调整钻机处于水平状态，使钻机 桅杆处于垂直位置，保证钻头中心对准桩位中 心。埋设护筒:旋挖钻钻筒加设旋挖铲旋挖护筒基坑，由钻机自带钢丝绳吊设 护筒，人工配合埋置护筒，此操作比起传统的循环钻或者冲击钻要便捷、精确许多。泥浆制备，泥浆由水、膨润土和

6、碳酸钠、纤维素等添加剂 组成，视不同土层 确定泥浆比重、稠度和用量，造浆后,按要求测试泥浆性能指标,并在钻孔时检查泥浆 比重。泥浆性能指标符合表 要求。注:(1地下水位高或其流速大时，指标取高限，反之取低限；(2地质状态较好， 孔径或孔深较小的取低限，反之取高限。钻孔附近设置制临时浆池、蓄浆池、沉淀池，临时浆池在清孔时与桩孔内泥浆 连通,形成循环系统，用于清孔排出孔内沉渣；沉淀池与蓄浆池通过沟槽连通，用于钻 孔过程中排出孔外的含有钻渣的泥浆循环净化，沉淀后重复使用。钻孔时通过泥浆 泵将泥浆从蓄浆池抽出注入桩孔，保持孔内压力，以防塌孔；灌注砼时再将桩孔内 排 出的泥浆从临时浆池抽到沉淀池。开钻前

7、，根据桩长计算出所需 泥浆用量，准备足够 数量的泥浆，保证钻孔工作的顺利进行。2.2钻孔。护筒埋好后，经过检桩确认误差 在允许范围内，将泥浆 输进桩孔中，开始钻进出渣。钻进过程中要经常注意土层变 化,每进尺2m或在土层变化处应查看钻渣，判断土层地质情况，记入钻 孔记录表，并 与地质柱状图核对，同时根据钻进难易程度选择适合的钻头型号或更换斗齿。操作 人员必须认真贯彻执行岗位责任制，随时填写钻孔施工记录，交接班时应详细交代本 班组钻进情况及下一班组需要注意的事项。钻孔过程中要保持孔内1.5-2m的水头高度,钻孔作业应分班连续进行，经常对钻孔泥浆进行检测和试验，泥浆如有损耗、 漏失，及时补充。遇土层

8、变化，可适当调整泥浆指标，特别是穿越沙层地质时，要控制 好泥浆比重和黏度，以防塌孔发生。钻进过程中经常观察钻机上的水平仪是否水平，如有倾斜或位移，及时调整。钻 孔达到设计标高后，对成孔的孔位、孔深、孔形、孔 径、垂直度等几何尺寸进行全 面检查，确定满足设计要求后，进行下道工序。3不利地质条件下钻进方法及钻头选择3.1施工中由于施工平台土松软，钻机因自重下沉，会导致孔位 偏移、孔斜和扩 孔现象。首先，因为旋挖钻机开孔对位时所设置的孔中心坐标是相对于钻机履带相对稳定的基础上而言，如果钻机发生位移或者倾斜，则孔的位置,垂直度和扩孔程度都 得不到有效的控制,导致孔质量达不到规范要求，因此采取了如下措施

9、：为了保证施工平台有足够满足钻机需要的承载力，确保施工过程中施工平 台稳定,在填筑施工平台时，采用强度高的砂性土、 含水量适宜的粘土混合土，填筑 时候分层压实。在旋挖钻履带底部铺设钢板，使旋挖钻机自重力分散作用 在平台上。施工过程中及时用装载机清除钻头提上来的渣土，减少挖掘渣土中的水分渗出后浸泡施工平台，保证钻机底部及周边土不被泡软。钻机一旦定位开钻后，施工过程中尽量避免钻机在水平位 置移动。开钻前将点位用护桩引到不易遭到破坏的地方，同时在两侧履带带有明显标志的外侧地面设参照点，在施工过程中经常观察其平面位置和水平位置变化，一点发生变化，根据映出的护桩恢复中桩，重新调整钻头中心坐标，并调整钻机

10、电子设备中的孔位坐标。3.2樊家沟桩基地层中第一层为厚度 为5m左右的黑色河泥，因含 有大量的有机物，呈腥臭味，该层在清表时处理， 并换填素土，由 于淤泥层较深，土侧压力随深度增大而增大，钻机机身自重近 50t,桅杆高度为20m，如果发生塌孔，钻机会有倾覆的危险，因此该层能否处理好，直接影响钻机安全，而淤泥下面为粘土和砂砾土混合层，只要穿越淤泥层，下面的土层就容易满足钻机承载要求。经过研究，综合考虑安全性、经济性和施工速度后，采用加长钢 护筒，具体方案如下：经过计算，将3mm厚钢板圈 成筒状，钢板缝满焊，筒外壁 采用© 2（螺纹钢间距50cm焊接在钢护筒外侧加 固，钢护筒长度以 穿过

11、淤泥层进入粉质粘土层50cm长度为准。钢筒用吊车 吊在桩位上，校正位置和垂直度。把2条槽钢放在钢筒上边，在槽钢中间放一部平板振动器，并堆满2t重砂袋，砂袋可用简易的钢筋笼固定，钢筋笼直径和 钢护筒相同，钢筋笼竖筋刚好插在钢护筒壁上。324开动平板振动器，在振动器和砂袋的共同作用下，钢筒逐渐下沉并且穿过淤泥层。只要注意钢筒垂直度，砂袋均匀堆放，钢筒一次穿越淤泥层后，用钢丝绳固定在地面上，在钢丝绳和淤泥土层侧压力的共同作用下，钢筒不会自动下沉，沉筒后旋挖钻很快就可以把淤泥层挖穿。3.3第二层土为粘土，含有少量小块砂砾，并且有丰富的地下水， 土层呈黄色或者黄褐色，因为施工时为冬季，该土层中轻 微冻结

12、现 象，第三层为砂砾土层，在水的浸泡下极易坍塌。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，尤其在砂砾土层中更为突出，在旋挖钻钻进和出土过程中孔壁会被钻筒不断扰动，加之旋挖钻挖孔孔壁较松散，和冲击钻相反，故孔壁土层稳定性较 差，对质量和安全造成了极大的威胁。对应这些问题采取了如下措施：根据粘土和砂砾土交替这种地质情况，选择合适的 钻进速度，如果出砂多，则在该深度处加重泥浆比例，放慢挖进速度。施工时选用水化性能好，造浆率高，成浆快，加入澎润土和标准黏土，成孔后到灌注前一直循环孔内泥浆。旋挖钻出渣尽量卸土至钻机能达到的最远处，避免装 载机在运渣过程中扰动孔口，并避免机械在成孔后孔口周

13、围走动。将不可能避免的施加在孔口周边的力尽量分散，避免局部受力，杜绝外部力直接作用在护筒上，采用了 4块6m木板放在孔口四周，供工人施工作业时走动。施工过程中，尽量避免钻斗和吊设固定加长钢护筒的钢筋笼摩擦碰撞，伤及孔壁。在粘土中钻进时，增大切削刃角，防止黏泥糊 钻。3.4最后一层为较硬的卵石土层，在该层钻进时会带出较大的卵石，切钻筒底的钻头摩损较严重， 旋挖钻钻筒一般比设计孔径小8cm左右，通过钻头及钻筒 外调节块来调整，在该卵石层中钻进，钻头和调节块磨损的速度很快，最严重时调节块被磨损4cm多，这就使桩径达不到设计要求，在这种地层中钻进，我们采 取了如下措施：时刻观察钻筒钻头及调节块的磨损程度，及时更换钻头补焊调节块，以确保桩体直径满足要求。在钻进硬层时，钻机出现了严重的摆动 现象，钻机位置也 会发生较大的位移， 故必须时刻注意调整钻机位置，重新输入孔位，确保孔位和倾斜度满足要求。343在遇较大的石块层时，更换岩层螺旋钻 头，将孔中岩石层搅碎，在换回钻筒将其捞出，如此用筒钻和螺旋钻不断交替作 业，在更换后作业时仍需注意钻机位置变化。344这种硬层施工时还可以调整桅杆倾斜角度，给钻杆增加摩 阻力，当钻头进尺后立即将桅杆调垂直，继续钻进卸 土后，循环调 整