旋挖钻在中膨胀泥岩地质中的综合应用

刘志波

摘要：旋挖钻成孔工艺在桩基础施工中已经得到广泛应用，但目前受到不同地区不同地质影响，旋挖钻的施工工艺和技术控制措施不断调整和更新。本文根据云桂铁路百色地区的中膨胀泥岩地质，结合旋挖钻施工工艺，总结出符合当地特殊地质下的旋挖钻成孔工艺。

关键词：旋挖钻中膨胀泥岩应用

Abstract: rotary drilling technology in pile foundation construction has been widely used, but it is different in different geologic effects, auger drilling construction technology and technical measures of adjustment and constantly updated. According to Yun Gui railway Baise area of expansive mudstone geological, combined with rotary drilling construction technology, summed up in accordance with local special geology of rotary drilling technology in.

Key words: rotary drilling of expansive mudstone application

1.工程概况

新建云（昆明）桂（南宁）铁路（广西段）站前工程YGZQ-3标段，正线起止里程DK138+000～DK174+800，长36.35km，位于广西百色田东县境内。本标段共有桥梁14座，桩基1304根，桩径主要为125cm，桩基深度平均为16m，桩基主要为嵌岩桩。

2.地质特点

施工项目所属区域地处广西百色盆地，属华南褶皱系，测段上覆第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）之软土、粉质黏土、膨胀土、粉细砂、细圆砾土、粗圆砾土，坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土、膨胀土；下伏基岩为下第三系古～始新统（E1-2）泥岩。泥岩呈紫红色～棕红色，泥质结构，厚层构造～块状构造，暴露后很快风化碎裂，具有中等膨胀性，饱和吸水率=18～47%，自由膨胀率=23～42%，膨胀力=184～506KPa，强度400～500 KPa，遇水易软化、崩解，局部夹石膏薄层。

3.桩基施工工艺比选

本标段桥梁分布较为分散，电力供应紧张，毗邻的右江为当地主要引用水源，环保要求严格。常规的冲击钻施工，施工周期长，泥浆排放量大，不利于当地环保要求。而回旋钻对于嵌岩桩，入岩工效不足，效率低下。采用旋挖钻施工，成本低，污染少，效率高，工地适用性强。但对于百色地区的中膨胀泥岩基础，旋挖钻必须克服膨胀岩遇水崩解塌孔，泥岩地质导致的钻头打滑，岩层斜理发育导致的钻孔倾斜等问题。

4.旋挖钻桩基施工技术

通过综合比选，根据旋挖钻功率大小和适用性，本工地采用宝峨BG25C型旋挖钻，本机型同比具有功率大，稳定性强，入岩工效优异等特点，对于中膨胀泥岩较为适用。在选择好机型后，在施工工艺上根据膨胀泥岩特性也要不断调整。通常旋挖钻施工工序为：测量放线•埋设护筒•钻机就位准备•泥浆的制备及处理•钻孔•成孔检查•清孔•下钢筋笼•清孔•混凝土灌注。

4.1测量放线•埋设护筒

首先进行测量放样，准确测设桩位。桩位确定后，复核相邻桩位尺寸，并在中心桩位周围埋设护桩。护筒采用10mm厚的钢板，内径1.5m，长度6m。护筒埋设高出施工地面0.3m。钢护筒的安装利用旋挖钻机边钻孔边将护筒往下压，直至达到要求深度。下压过程中会有少量泥土进入护筒内，造成平台下降，因此应及时补填、夯实作业平台。

4.2钻机就位准备

桩位复核正确，施工作业平台平整后，钻机才能就位。

钻机就位后进行准确稳固定位，保证钻杆中心线、回转轴中心线与桩位中心线在同一直线上。

4.3泥浆的制备及处理

在钻孔过程中，中膨胀泥岩孔壁遇水稳定性差，容易崩解、塌孔，因此泥浆配置质量直接影响护壁效果。选择造浆能力强、粘度大的膨润土进行造浆，以提高泥浆稠度，确保钻进过程中不塌孔、不缩孔。

根据中膨胀泥岩地质和钻机形式，确定泥浆配合比，见表1。

表1泥浆配合比

地质情况 配合比（%）

膨润土 纯碱 CMC 聚丙烯酰胺 水

中膨胀泥岩 6～8 0.3～0.5 0.05～0.1 0～0.05 100

注：CMC为中粘度羧甲基纤维素。

根据上述配比，泥浆应达到的性能指标见表2。

表2泥浆性能指标

地质情况 泥浆性能指标

相对密度 粘度/s 含砂率/% 胶体率/% 失水率

/(ml/30min) PH值

中膨胀泥岩 1.35～1.45 19～28 ≤4 ≥95 ≤15 8～10

混凝土浇筑时，将排出的泥浆引入泥浆池，待下一个桩位开孔后再引入孔内或用泥浆泵抽吸到孔内循环使用，并将沉淀池的废浆或沉砂清理干净。

4.4钻孔

钻机工作过程中的压力和扭矩的输出效率则取决与钻杆和钻头，钻斗的关键参数是斗齿

刃前角(钻齿与水平面的夹角)。对于相同的地层使用同一钻进扭矩，不同的斗齿刃前角度，钻进效率不同。因此，只有选择合适的刃前角，在合适的压力作用下，才能提高钻进效

率。根据中膨胀泥岩遇水易软化、崩解的特性，选择楔形齿、小切削角、小刃角、齿宽稍大的斗齿钻斗。

1）钻进前，先调整钻机的水平、垂直仪，气泡居中，然后伸缩钻塔，使钻头底部导向尖对准孔位中心，钻头自然放松，再根据护桩到钻头外壁的距离进行对位校核，严格控制孔位偏差在允许误差范围内。

2）在钻进过程中，要注意检查桩孔的垂直度，以便及时发现因中膨胀泥岩中局部夹层的软硬差异导致的斜孔现象。施工中可采用嵌岩筒钻配合捞砂钻斗的方法来解决这类问题。

3）在进入膨胀泥岩后，放慢钻孔进尺和速度，能够减少对孔壁的扰动，避免塌孔。施工中要严格根据设计配置合格的泥浆，避免自由水对桩孔的影响；钻头每次进入液面时，速度要缓慢，等钻头完全进入泥浆后再匀速下降至孔底，每次提钻、下钻速度控制在0.5m/s以内，钻进速度控制在每斗进尺0.3m左右，以减小对孔壁的扰动。

4）钻齿角度(钻齿的切入角与水平面的夹角)跟钻进速度有很大关系。若钻齿角度偏小，很难切入岩层，发生空钻，不进尺，且若加压过大，容易损害钻齿；若钻齿角度偏大，旋挖钻机功率达不到，而且对钻具的扭矩要求很大，易造成钻杆扭曲变形，诱发机械事故，损坏机器设备。因此，在膨胀泥岩钻孔过程中，当钻头打滑进尺缓慢时，检查并调整泥浆指标在设计范围内，选用钻齿角度大于45度的钻斗，随着孔深的增加逐步加大加压力度。

5）随着孔深的增加，钻机所传出的扭矩会随地层逐层耗减，当钻机本身扭矩较小或者局部岩层较坚硬时，若扭矩不足会导致打滑钻进困难，此时可更换加压钻杆，增加钻杆压力；或先用加重钻斗钻进然后用嵌岩筒钻扩孔至设计孔径，最后用捞砂钻斗捞取松散钻渣。

6）在钻孔接近设计标高后，旋挖钻应减少钻进速度和压力，避免破坏桩底基岩的完整性和承载力。

4.5成孔检查•清孔

成孔达到设计深度后，对孔深、孔径、垂直度等进行检查。成孔检查合格后进行清孔。

清孔采用二次清孔工艺。第一次清空在成孔检查合格后进行，一次清孔重点控制泥浆相对密度及含砂率两个指标 ：相对密度 1.15～1.3，含砂率≤4%。第二次清空在钢筋笼调放完毕混凝土浇筑之前进行。二次清孔泥浆指标控制如下：相对密度 1.03～l.l0、粘度l7～20s、含砂率≤2%、胶体率≥96%。清孔采用换浆法清孔，用沉渣处理钻斗排除沉渣，同时注入净浆进行泥浆置换。

4.6下钢筋笼•混凝土灌注

钢筋笼采用钢筋厂统一加工制作，吊车现场吊装的方式施工。钢筋制安过程中，注意检查钢筋笼直径、主筋间距、钢筋笼顺直度、焊接质量。

混凝土灌注前对导管进行水密、承压和接头抗拉试验，合格后吊放入孔内。灌注时，随时用测绳检查混凝土面高度和导管埋置深度，严格控制导管埋深在1～3m，防止导管提漏或埋管过深拔不出而出现断桩。

5.关键工艺控制要点

1) 膨胀泥岩桩基在成桩工序上衔接紧凑，工序间隔时间不能太长，尤其是在混凝土灌注时间上，一般控制在钢筋笼安装完成4小时内灌注完成。

2）旋挖钻在钻孔完毕后，应及时开启泥浆泵循环泥浆，避免泥浆静置时间过长造成孔壁坍塌。另外，泥浆在降比重时，要循序渐进，防止泥水分离。

3）旋挖钻在钻孔过程中，必须及时、定时检测钻孔垂直度，发现钻杆倾斜应及时调整钻杆或更换钻头。

4）由于膨胀性泥岩地质斜理发育，岩层经常夹杂砾石，需要经常更换钻头。因此钻机平台应夯实，避免因钻机经常移位扰动地表层。

5）旋挖钻在钻孔过程中，遇到破碎膨胀性泥岩层时，除了按照工艺要求仔细操作外，还应定时量测孔深，检测孔内是否塌孔，防止孔壁大面积坍塌导致埋钻。

6）在灌桩完成后，利用旋挖钻钻杆提升上拔钢护筒时，必须保证桩头质量，合理把握上拔护筒时间，防止塌孔或混凝土超灌不足影响整桩质量。

6.结束语

在本标段中膨胀泥岩桩基采用旋挖钻施工过程中，通过对中膨胀泥岩的特性分析，结合旋挖钻施工工艺，总结出一套符合当地地质的旋挖钻综合施工技术，有效的保障了桩基的施工质量和施工进度，为后续类似的桩基施工提供了经验和借鉴。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。