旋挖钻机在淤泥及中风化砂岩地层的钻进问题及处理方法

1、旋挖钻机在淤泥及中风化砂（砾）岩地层的钻进问题及处理方法桩基施工过程中，在确保安全、质量的前提下，提高效率是施工技术人员共 同追求的目标。旋挖钻进工艺以其效率高，施工质量好、污染少，理所当然就成 为了大口径灌注桩成孔设备的首选。本文主要介绍一下旋挖钻机在淤泥及中风化 砂（砾）岩层钻进中出现的问题及处理方法。1现场数据：基础形式采用桩基，共设有钻孔灌注桩860根，桩径6 800 m m,桩长1027m 不等，桩端进入中风化砂（砾）岩，入岩深度N1.2m。素填土：杂色，以粉土为主，含少量碎石及植物根系，厚度23 m。碎石土：褐红色，主要为强风化及中风化砾岩碎块，粒径0.61.5 m，经 强夯，层厚

2、39 m。淤泥：黑色，软塑，平均厚度2.6m。强风化砂（砾）岩：褐红色，层厚812 m，0.55完整性指数0.35。中风化砂（砾）岩：褐红色，完整性指数0.75。2施工准备2.1泥浆配制材料：膨润土（钠质，细度200目，泥浆的主要材料），火碱（调节泥浆稳定 性和PH值），纤维素（增加粘性）。泥浆性能指标表1项次项目性能指标检验方法1比重1.1 1.25泥浆比重计2含砂率6%含砂量计3黏度20 2550000/70000 漏斗法4PH值79PH试纸2.2机具设备钻机型号：NR2203，扭矩220KNM，最大钻孔直径2.0 M，最大钻孔深度60 M；泥浆泵（15KW）；搅浆筒。钻具选择表2项次名称

3、规格型号1砂斗6 800双底板2短螺旋6 800单螺旋3筒钻6 800图1双底板砂斗钻头图2短螺旋钻头图3筒钻3施工特点、难点问题及处理方案3.1岩石地层施工，对钻具的选择和适时灵活应用成为施工的重点。本场地内地层由上至下分别为：回填土，碎石土，淤泥，强风化砂（砾）岩， 中风化砂（砾）岩。根据现场地层情况拟采用：砂斗一一短螺旋一一筒钻，三个钻具有选择性的 分步分层钻进。在回填土层，由于比较松散采用砂斗钻头钻进，可以提高钻进 速度；填筑的碎块岩石，体积大小不均，粒径0.61.5 m，砂斗（6 800mm）只能钻进粒径200 mm的岩块，因此采用短螺旋粉碎大体积岩块，再用砂斗钻 进的方法；充分发挥

4、短螺旋在碎石层钻进的优点；淤泥层采用砂斗缓慢钻进， 由于砂斗的扰动小，使泥浆在淤泥层能形成较好的泥皮，防止出现塌孔现象； 强风化砂（砾）岩完整性差，强度不高，首先用短螺旋钻进松动，再以砂斗捞取； 强度高，完整性好的中风化砂（砾）岩层，短螺旋不能钻进，改用筒钻直接钻 进，取出岩石。由于钻具的多样和合理的选择使用，在施工过程中减少了钻进时 间，提高了效率。3.2但在施工中出现了如下问题1LS13桩，钻进4m时出现卡钻现象。原因分析：钻进4m后到达填筑的碎石土层，虽然经过强夯，但不能形成密 实的整体，岩层的稳定性差，短螺旋钻头对地层的扰动性很大，岩层产生扰动， 使不密实的岩石松动移位，形成坍塌的临界

5、状态，后用筒钻钻进，进一步加大扰 动，使岩石层发生坍塌，卡住钻头。处理方案：首先清除现场的地面，留出足够的工作空间，用挖掘机在孔位侧 面挖除周边的回填土，清除完回填土后，缓慢清除岩石层，尽量表面挖除较大范 围，防止岩层的再次坍塌给清除工作增加难度，由于钻头顶部和侧面都有塌落的 岩块，因此用挖掘机清除至4m处，再缓慢反转，提出钻头。防治措施：在刚刚进入回填的岩层时，钻进一定要缓慢，先采用筒钻钻进， 使岩石松动，再用砂斗钻取，减少了短螺旋对岩层的扰动，用此法之后未曾出现 卡钻事故。1LS-51桩，用砂斗钻进至2.5m时，埋设护筒后加入泥浆，进入碎石土层， 改用短螺旋钻头钻进，至4.6m时短螺旋钻进

6、困难，钻机不进尺，换用筒钻钻进， 由于第一次进行在碎石土层钻进，不敢冒然进尺过多，当进尺0.5m时，提升钻 头，钻头内并未有岩块，钻进进尺至0.8m时，取出岩石，岩石与筒钻间之间几 乎没有缝隙，不能将岩石从钻头内卸出。原因分析：筒钻钻进，岩石整体进入钻头，与筒钻之间缝隙紧密结合，几 乎形成整体；填筑的应是中风化砂（砾）岩块，粒径N 1.0 m，使钻进速度缓 慢（1.0m /h）岩石遇水有膨胀的特性，使岩石体积加大；钻头与岩体的摩擦产 生大量热能，促使筒钻内岩石加速膨胀，与钻头结合更加紧密，致使出现卸除困 难现象。处理方案：用两根直径6120 mm，厚度10 mm，长度1.5m的钢管放置在钻头顶

7、端两侧排气孔内，然后动力头均匀缓慢的下压，并伴随着使用钻机快速甩土 功能，最终卸出直径680mm，长度700mm的筒状岩块。防治措施：钻杆转速20r/min，钻进速度保持在1.0 m /30min :进尺深 度0.6m0.8m/次，为最佳范围；钻进时首先采用干孔钻进，先不加注泥浆， 到淤泥层时再加入泥浆，防止了岩石遇水膨胀，从而增加卸除难度。图4钻机筒钻取出的岩芯3.2.3在2LS-92桩，此时为中风化砂（砾）岩，钻进至15.0m时钻头进尺1.0m， 不能取出岩石，钻机再次下钻至15.0 m，进尺至1.1 m，发生不进尺也不能取出 岩石的情况。原因分析：钻进时间过长（1小时10分钟）岩石已经被

8、筒钻磨细，无法 与筒钻内壁紧密结合，形成活塞结构；钻头长度仅1.2 m，但此刻已经进尺1.1 m，整个岩块几乎已经到达钻头顶部，产生不再进尺的状况；观察之前取出的 岩石，此处应为中风化砾岩，砾石含量40%，强度很高。处理措施：停止钻进，浸泡3-5小时，发挥岩石遇水膨胀强度降低的特 性，使岩石表皮疏松动，产生裂纹；以短螺旋钻进，进行正反两方向的转动， 劈开整块的被筒钻磨细的筒状岩石，使其粒径W200mm，然后用砂斗捞取；如 果短螺旋不能钻进，可采用在筒钻内壁周圈加焊钢丝绳（直径616mm），由于钢 丝绳具有弹性，当岩石进入筒钻后，利用弹性卡住岩石，将其取出；用此法钻 进，避免钻头不必要的交叉使用

9、，减少了钻头的更换时间，提高了钻进效率。3.2.42LS-143桩，卸除岩块时主卷扬钢丝绳断股原因分析：工期要求紧，钻机进行连续施工，在卸除岩块时由于比较困难， 操作手上下提升钻头，通过钻杆冲击减震弹簧产生的冲击力，使岩块与钻头分离， 由于是快速的上下提升，钻杆对弹簧冲击的同时，对钢丝绳的拉力也会骤然加大， 如此反复提升，缩短了钢丝绳的寿命；提引器转动不够灵活，带动钢丝绳产生 正反的快速转动，拧断钢丝绳。防治措施：钻机在卸除岩块时，必须使用快速甩土功能，使岩块自行脱落； 经常检查钢丝绳表面磨损程度，如磨损严重或出现断丝应立即更换；提引器 的润滑应当坚持每日一次，工作时间应注意正反转的灵活度，防

10、止因转动不灵拧 断钢丝绳，发生安全事故。3.2.52LS-97桩，钻进至10m时进入淤泥层，出现轻微塌孔，将泥浆比重自1.2 加大至1.25，并缓慢钻进，孔壁趋于稳定，12.5m穿透淤泥层。根据设计图纸 进入中风化砂（砾）岩，入岩深度N1.2m的要求，2LS-97桩成孔深度为26.0m 待下放钢筋笼时，测得孔深为20.0m。原因分析：由于南方此时恰逢雨季，现场为回填土，下雨后道路泥泞， 致使钢筋笼及砼不能运输，无法进行浇注，直至第二天下午现场才具备浇注条 件，间隔时间过长；在钻进时泥浆比重小，钻进速度快，泥浆在淤泥层不能 形成护壁泥皮，护壁效果差。处理措施：在吊放钢筋笼之前，加注比重为1.25的泥浆，使用钻机进行 二次清孔；清孔后立即吊放钢筋笼，下放导管完毕后，用比重为1.25的泥浆 气举反循环方式进行清孔;对清孔出的泥浆用10mmX 10mm的铁网筐进行过 滤，去除小岩块及块状淤泥，清孔至26.0m；待浇注之前用比重为1.1的泥浆 进行换浆清孔，期间经常测量孔深。防治措施：钻孔至淤泥层时加入比重为1.25的泥浆，成孔完毕后在钢 筋笼和砼不能及时运输至现场的情况下，首先用气举反循环方式进行清孔，泥浆 比重1.25,期间应经常测量孔深。这样既避免了钻机进行二次清孔造成的再次坍 塌，产生埋钻事故；又避免了钻机的重复工作提高工