旋挖钻机成孔施工浅谈

摘要:目的：为解决旋挖钻机在粉砂层施工钻孔灌注桩易造成塌孔、沉渣速度快、相临孔之间穿孔问题。

方法：对旋挖钻机施工特点和旋挖钻机在粉层砂施工过程中存在的问题进行分析。

结论：1、旋挖钻机在粉砂层成孔过程中可增大泥浆比重至1.2~1.3g/cm3，避免造成塌孔。

2、通过调整施工工艺解决了沉渣速度快问题。

3、通过调整相邻孔之间的施工距离，避免了相临孔施工时穿孔。

关键词：浅谈、旋挖钻机、钻孔、成孔、粉砂层、泥浆比重、含砂率。

Abstract:

Objective: to solve the rotating drill in the construction of bored piles of the silt layer hole collapse, fast sediment, perforation problem between neighboring holes.

Methods: the construction characteristics and the rotating drill rotating drill in silty sand layer in the construction process of the analysis of existing problems.

Conclusion: 1, the rotating drill in silty sand layer pore forming process can increase the mud weight 1.2 ~ 1.3 g/cm3, avoid to cause hole collapse.

2, by adjusting the construction technology can solve the problem of sediment speed.

3, by adjusting the construction of the distance between adjacent holes, and avoid the neighboring perforated hole construction.

Keywords: introduction, the rotating drill, drilling, pore forming, powder sand, mud weight, sand ratio.

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

0、引言

本文以某城市轨道交通工程围护结构钻孔灌注桩为例，重点对旋挖钻机在粉砂岩中施工存在问题的原因分析和采取的措施进行探讨，望对在相同水文地质情况下旋挖钻孔灌注桩施工有所帮助。

1、工程概况

1.1、围护桩设计概况

南宁东站综合交通枢纽一期工程（地下空间）—轨道交通换乘站工程位于南宁市凤岭北片区 。一期围护结构采用钻孔灌注围护桩，围护桩分A、B、C型三类，A型桩桩长16.6m，B型桩桩长17.8m，C型桩桩长20.6m。

1.2、水文地质情况

根据地质勘探报告，场内由上而下分别为素填土①2层，厚度约为0.50～1.50m；残、坡积层粘土、粉质粘土⑥1-1层；第三系岩层（泥岩、粉砂质泥岩⑦1；粉砂岩、泥质粉砂岩⑦2）。地下水主要为基岩裂隙孔隙水，具有承压性，地下水类型为承压水（三），该层地下水主要赋存于下伏第三系半成岩状态的以粉砂岩为主的粉砂岩、泥质粉砂岩⑦2-3层的裂隙及孔隙中，稳定水位埋深为6.7～14.1m，标高为81.59～96.85m。基岩裂隙水总体水量不大，但是该含水层容易被渗出的地下水带出形成“流砂”。水文地质情况如“图1：水文地质柱状图”。

2、旋挖钻机成孔分析

与传统的正反循环钻机相比，旋挖钻机具有成孔速度快的特点，其工艺其缺点为：因为不易形成泥皮，护壁性相对较差，容易缩径、塌孔。在钻孔灌注桩的施工过程中，为了防止塌孔，稳定孔内水位及便于挟带钻碴,通常采用膨润土制备成泥浆进行护壁。泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力，以确保孔壁的稳定,所以泥浆的比重在起到保持这种压力差方面具有关键作用。如果钻孔中的泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用；如果泥浆的比重过大，则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难，使成桩质量难以得到保证。要充分发挥泥浆的作用，其指标的选取是非常重要的。就要求在实际工程的施工中，根据工程地质具体情况，合理地控制不同土层中泥浆的指标。

图1：水文地质柱状图

3、成孔过程中存在的问题

3.1、成孔后沉渣速度快

在钢筋笼和导管安装时间内沉渣达1米厚。

原因分析：

钻孔过程中泥浆比重小，达不到泥浆护壁效果，粉砂层中砂随地下水流入泥浆中，导致泥浆内的含砂率过大；泥浆的粘度小，导致泥浆中砂不能悬浮在泥浆内。

处理措施：

钻进至粉砂层时增大泥浆的比重至1.2～1.3g/cm3，粘度控制在18～22s,保证了孔壁的稳定和泥浆内砂处于悬浮状态；钻进至距设计标高上20cm时，停止钻进，旋挖机可钻进其他孔位。其目的是让泥浆中所含的砂子沉淀至孔底，当泥浆中的含砂率达到稳定值时，砂子就会悬浮在泥浆中，不再下沉。静置1至2小时后，将沉淀的砂子和钻渣随同剩余的20cm孔深一同钻起。这样既保证了孔壁的稳定，钻碴及砂子处于悬浮状态，在安装钢筋笼及导管过程中亦不会产生较多的沉淀，减少二次清孔时间，甚至不需二次清孔。

3.2、二次清孔后含砂率过大

二次清孔后泥浆的含砂率过大，达不到规范要求。

原因分析：

二次清孔时泥浆比重过大，根据TB10203-2002《铁路桥涵施工规范》条文说明第5.2.3 条“泥浆比重和含砂率有一定相对关系，当泥浆比重为1.3 时，含砂率稳定在20%左右，当泥浆比重在1.2时，含砂率稳定在10%左右，此时虽然放置较长时间，也不会再继续沉淀”可知泥浆比重一定时，含砂率会稳定在一定值。

处理措施：

布置好现场泥浆池，保证清孔泥浆比重控制在1.15～1.2之间，可以有效地在二次清孔后将含砂率控制在8%以内。

3.3、塌孔、相临孔穿孔

旋挖钻机在粉砂层钻进过程中塌孔，且相临孔有穿孔现象。

原因分析：

旋挖钻机成孔不易形成护壁泥皮；地下水位高出孔口标高且属于承压水，钻进过程中未及时补充泥浆；在循环使用泥浆过程中，未及时检测及增大泥浆比重，导致泥浆护壁失败；成孔间距不合理，成孔过程中旋挖钻机对相临的已成孔桩造成扰动。

处理措施：

根据地下水位观测点对地下水位进行实测，并通过计算及基坑开挖后的验证，泥浆比重控制在1.2～1.3之间完全可保证孔壁的稳定；泥浆在循环使用过程中要求施工员、质检员、试验室做好进孔泥浆比重的控制，并制定的奖罚制度；钻孔过程中，及时补充泥浆，始终对孔壁保持较高的正压力，以保正孔壁稳定，但补充泥浆时严禁直接冲击孔壁，以免孔壁坍塌；隔三钻一施工法调整为隔四钻一施工法，这样避免了相临孔之间的扰动，施工顺序详见“图2：围护桩施工顺序图”。

图2：围护桩施工顺序图

4、结论与讨论

通过对本工程施工过程中存在的问题和原因分析，泥浆的性能指标对成孔的质量起着重要作用，但旋挖钻机成孔的施工规范少，所以泥浆的控制指标我总结如下，望对以后施工有所帮助。

（1）泥浆比重应根据现场实际地质情况进行试验桩施工，配置泥浆的比重以保证孔的稳定性为准。钻孔过程中要及时补充泥浆，保证泥浆液面高度。

（2）建议在成孔过程中调整好施工时间，保证泥浆内含砂率在稳定值后再进行清孔，清孔时建议采用循环转换泥浆法。

（3）根据地质情况提前做好施工顺序布置，保证临桩不受扰动。

参考文献：

[1]《旋挖钻机施工工法通用规程》北京市三一重机有限公司、中国地质大学主编北京市三一重机有限公司

[2]《铁路桥涵施工规范》TB10203—2002 中铁三局集团有限公司主编中国铁道出版社出版

作者简介：

范爱民(1978年7月)，男，工程师，2004 年毕业于湖南科技大学土木学院路桥系，现从事城市轨道交通工程施工及技术管理工作。