旋挖钻技术在长株潭城际铁路施工中的应用*

李昶忻

(中铁二十五局三公司，湖南 长沙410000)

旋挖钻技术在长株潭城际铁路施工中的应用*

李昶忻

(中铁二十五局三公司，湖南 长沙410000)

根据长株潭城际铁路湘潭特大桥湘江段地质条件及工程特点，采用旋挖钻成孔施工工艺，并结合现场施工过程，总结了松软覆盖层下伏高强基岩旋挖钻钻孔技术的施工要点和施工经验，为同类项目的高效施工提供了指导性参考。

旋挖钻;松软覆盖层;高强基岩;施工要点;施工经验

旋挖钻钻孔成桩施工工法在我国从20世纪90年代开始起步，此法是因青藏铁路的成功应用而迅速发展起来的先进桩基施工工法。旋挖钻机施工具有高效、低噪、环保、成孔质量高、机械化程度高、操作工人劳动强度低等诸多特点，一般应用于粉质砂土、粘土土层的钻孔成桩施工，也有应用于岩层钻孔的案例，但应用岩层强度一般为300～350KPa，在450KPa高强度岩质地层，旋挖钻应用很少，尤其是在强度达到800KPa的岩层，国内几乎没有任何采用旋挖钻钻孔施工的案例。

本文以长株潭城际铁路湘潭特大桥跨湘江段的桩基施工为例，总结了旋挖钻松软覆盖层下伏高强基岩旋挖钻钻孔技术施工要点和施工经验。

一、工程概述

长株潭城际铁路湘潭特大桥跨湘江段长850m，里程为XDK045+261.57～XDK046+097.14。该处地质结构主要有三层:上层，淤泥、沙砾层;中间层，强、中风化泥质砂岩地层;底层，弱风化泥质砂岩。

施工范围内主墩均为钻孔桩基础。桩直径均为2m，平均桩长约50m，最长达到60m之多，其中位于细砂和砾石层桩长约10m，嵌入高强岩层长度达到50m。在如此地质条件下进行钻孔桩施工，上部易坍孔，下部难钻进，且桩体深长，施工难度很大。

二、旋挖钻钻孔施工工序

(一)施工准备

钻孔施工前，根据当地地形、地质、水文资料和桩顶标高等情况，并结合施工技术的要求，作好了如下准备工作:对设计提供的控制网进行复测。利用湘江枯水季节，进行围堰筑堤、筑岛施工，筑岛面积以满足施工需要为准;钻孔场地平整，测量放样，确定桩位。

(二)钢护筒插打

根据本桥位处的地质情况，钢护筒应跟进到岩层，钢护筒为12mm厚钢板制成，用吊车配合汽车将钢护筒运到施工作业平台上，然后用钢筋制作的对位器对钢护筒进行定位。经过技术分析，确定土层对护筒的摩阻力已经超过震动锤所能提供的竖向下沉分力，因此不能将护筒一次性下放到位，只能边钻进边下放。但下压护筒使用振动锤，开挖需使用钻机，前后更换影响施工效率，后改用旋挖钻头直接下压护筒。考虑到钻机的钻头提升能力有限，高出地面高度一般不超过2m，因此长护筒不能整体下放，经过多次试验，将护筒割成节长(4+3×2)m比较合理，第一节4m长护筒下压到护筒顶略超出地面后焊接接长，然后继续下压。这样施工方法改进变为“下压—开挖—焊接—下压—开挖—焊接”循环进行，直至护筒进入岩层。在下插过程中，使用校正器不断校正钢护筒水平位置及垂直度，确保钢护筒准确性。

(三)旋挖钻钻孔

钻机就位前，对主要机具及配套设备进行检查，检查后通过试钻来判断该地质钻孔的可行性及地质资料是否相符;在准确了解该地段的地层情况后，将钻机就位，调整钻杆角度，使钻头中心与桩位中心对准，误差不超过2cm。调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动孔内;在钻孔的过程中针对不同地层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及合适的泥浆比重。

(四)清孔及验孔

钻孔达到设计高程后，现场技术人员对孔实际深度进行检查并记录，达到设计高程后用验孔器对孔垂直度进行检验。各项指标符合要求后，下放完钢筋笼及导管后进行第二次清孔，直至沉渣厚度满足设计与规范要求。二次清孔采用气举反循环清渣工艺，工艺流程见图1。孔验收合格后，钻机移动至下一根桩位处进行钻孔。

三、旋挖钻钻孔施工要点

(一)长钢护筒逐节焊连一次插打技术

由于湘潭特大桥跨湘江段岩层以上尚有10m左右的松软覆土层，在旋挖钻钻孔过程中，极易造成土层塌孔。为了解决旋挖钻钻孔穿越松软覆盖层不塌孔的技术性难题，采用了“长钢护筒逐节焊连一次插打技术”，即:在开始钻孔前，将钢护筒以4m为一节逐节插打入土，第一节钢护筒经振动锤下压到护筒顶略超出地面后焊接接长，然后采用振动锤继续下压至筒顶略超出地面后再焊接接长，按此方法，直至钢护筒嵌入岩层不少于0.5m，钢护筒焊连接段如图2所示。钢护筒打入一节后，利用吊车将另一节调至护筒上方，先采用点焊方式将两节护筒连接，再用若干块小钢板将两节护筒固定，然后将两节护筒满焊，焊接过程中确保钢护筒垂直度。

图1 气举反循环清渣工艺流程

(二)确保钢护筒准确性

在一次插打长钢护筒过程中，严格控制钢护筒的焊接质量和钢护筒的垂直度、水平位置，以便于钢护筒插打和钻孔桩满足设计施工的要求，是插打过程施工控制的重点和难点。首先在桩周围设置4个护桩，护桩用混凝土固定，以确保稳定性;再安装护筒定位器，定位器采用钢筋焊接，利用护桩固定在筑岛围堰上，确保钢护筒位置准确性。在插打钢护筒过程中，施工人员要不断测量垂直度，若发生偏移则马上纠正，误差较大时则将钢护筒向上抽出部分后重新插打，确保钢护筒水平位置及垂直度的准确性。

(三)组合钻头逐级钻进

由于地层地质条件随钻孔深度各有不同，施工过程中根据地质条件的变化使用不同的钻头，以满足不同岩层条件下的进度需要，减少钻头的损耗，降低施工成本。

该桥钻孔桩孔径为2.0m，进入岩层后，由于岩层坚硬，若采用2.0m钻头较钝，极易造成钻头的损耗。为了减少钻孔过程中钻头的损耗，加快钻孔进度，在钻孔过程中，采用“组合钻头逐级钻进”的施工方法，即:采用1.0m螺旋钻头钻进1.5m深后，改换1.2m漏斗钻头进行掏碴、扩孔后，再换2.0m漏斗钻头按设计孔径施工到位，然后再进行下一个1.5m深的循环钻进，如此反复，可在不降低钻孔效率的情况下，大大减少钻头的损耗，降低钻孔成本。为了加快钻孔进度，1.0m钻头采用合金钻头，有效地提高了其耐磨性，取得了更好的效果。

四、旋挖钻钻孔的施工经验

1、钢护筒连接时应严格控制钢护筒顶面平整度及焊接质量，防止振动锤下钢护筒时出现脱节等情况。

2、钢护筒焊接过程中，焊工应严格遵守电焊焊接安全规范，配合焊接的吊车及相关人员严格注意安全。

3、振动锤下护筒时应严格控制钢护筒水平位置及其垂直度，应由专人指挥振动锤偏压方向，保证钢护筒中心偏移在标准的允许范围内。

4、旋挖钻钻孔作业分班连续进行，如因故停钻时，应将钻头及钻杆提出至孔外以防埋钻，并注意保持孔内泥浆比重，经常对钻孔泥浆抽检试验，不符合要求时要及时补充或调整泥浆。发生异常情况，如塌孔等问题，应仔细观察分析，查明原因，及时与技术、监理、设计等单位取得联系，采取有效措施。

5、钻进过程中，起落钻头速度宜均匀，不得骤然变速，以免碰撞孔壁或护筒。

6、及时详细地填写钻孔施工记录，正常钻进时应参考地质资料掌握土层变化情况，及时捞取钻碴取样，判断土层，记入钻孔记录表，并与地质资料进行核对，根据核对判定的土层及时调整钻机的转速和进尺。

五、结语

旋挖钻钻孔成桩施工有较多未知的因素，需在施工中不断积累经验，进一步汲取先进的技术和工艺。实际的施工中并没有一成不变的工法，只有靠科学的技术指导和灵活多变的处理方式才能保证施工的顺利进行。长株潭城际铁路湘潭特大桥在松软覆盖层下伏高强基岩上采用旋挖钻技术成孔施工的成功经验，为以后同类项目的施工提供了有价值的参考。

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［3］何智杰.桥梁工程旋挖钻施工技术［J］.技术与市场，2011，18(8):128－130.

［4］李育南.浅述旋挖钻钻孔桩施工的质量控制要点［J］.科技传播，2011，1(下):142－143.

［5］张晓军.浅谈旋挖钻机在各种复杂地层的施工技术［J］.山西建筑，2011，37(13):86 －87.

2012－05－19

李昶忻(1979－)，男，湖南岳阳人，工程师。