浅谈旋挖钻机在桩基施工中的应用

覃志科

（中铁大桥局集团第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1、赣龙铁路GL-2标福水特大桥基本概况

赣龙铁路GL-2标福水特大桥共69跨，包括1～68号墩及两个桥台，桥梁全长2254.265m。全桥有614根桩基础，按摩擦桩设计。其中1.0m桩径有572根。

福水特大桥跨越主要为低山，表层为第四系坡洪积粉质黏土，软塑～硬塑，局部夹有0～10m的淤泥质粉质黏土、黏土。山坡表层为第四系坡、残积粉质黏土，含少量碎砾石。下伏基岩为震旦系砂岩，寒武系－奥陶系－志留系变质砂岩、炭质板岩、页岩，泥盆系砂岩、粉砂岩、页岩、石英砂岩，石炭系的灰岩、粉砂岩、砂砾岩，二叠系的页岩、灰岩和煤层，侏罗系、白垩系的砂岩、砂砾岩、泥质粉砂岩，燕山期的花岗岩等。

2、桩基础施工方案的确定

福水特大桥由于桩基数量大，施工工期短，结合工期要求、施工条件等因素，经过认真的分析比较认为，采用冲击钻机和旋挖钻机相结合的施工方案。经详细对工程地质资料及设计图纸提供的地质报告分析，福水特大桥沿线大部份处地基岩土从地面以下依次为粉质粘土层，细砂层，细圆砾土层，全风化泥质粉砂岩层，强风化泥质粉砂岩层，地质条件较好，比较适合旋挖钻机施工,为了保证工期和施工质量，在26#墩～52#墩优先采用旋挖钻进行桩基施工。

3、旋挖钻施工工艺

3.1.1 旋挖钻施工工艺原理

旋挖钻机施工法又称钻斗钻成孔法，成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内，钻头装满后提出孔外卸土，这样通过钻斗的旋转、削土、提升和出土，多次循环作业，从而实现钻进成孔。其中，旋挖钻工作时压力、扭矩传递顺序为：

1）压力：动力头油缸--动力头--钻杆钻头--切削刀

2）扭矩：动力头马达减速机--动力头轮毂钻杆--钻头--切削岩土

由此可以看出，旋挖钻机的动力转变为施工所需的钻进压力和扭矩，而传输过程中的压力和扭矩的利用率则取决于钻杆和钻斗，且钻斗的关键参数是斗齿刃前角，选择不同的斗齿刃前角，其钻进效果不同。

同时，由于旋挖钻机自重较大，钻进时也可依靠钻杆和钻头自重或加压切入土层，斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土；当遇硬土时，自重力不足以使斗齿切入土层时，可通过加压油缸对钻杆持续加压，强行将斗齿切入土中，完成钻孔取土，其中加压原理是在动力头传递扭矩的同时，通过筒式主轴内壁的板牙与钻杆矩形键间的正压力所产生的摩擦阻力实现向钻斗加压。

3.1.2 旋挖钻施工工艺流程

施工准备--测量放样--制备泥浆（地质条件允许时可不用泥浆）--埋设护筒--钻机就位--钻进成孔--清孔--下道工序。

4、旋挖钻施工特点。旋挖钻施工主要特点是施工效率高，施工成本低，特别适用于工期要求紧的工程项目。赣龙铁路GL-2标福水特大桥用于桩基施工的旋挖钻机是山推工程机械股份有限公司生产的SER22型，其整机重量74t，动力头最大输出转矩220kN.m，动力头额定工作转速7-22r/min，最大钻孔直径2000mm，最大钻孔深度65m，加压油缸加压力185kN，加压油缸提升力210KN，发动机功率256kW。

4.1 旋挖钻施工特点如下：

4.1.1 采用平行四边形变幅机构，施工机动灵活，作业效率高。所配套的短螺旋钻头、普通钻斗、捞砂钻斗等钻具，可钻进粘土层、砂砾层、卵石层和中分化泥岩等。

4.1.2 具有功率大、成孔速度快的特点。赣龙铁路GL-2标福水特大桥桩基施工中，一根30米长的桩基旋挖钻平均每2～3小时就能完成。

4.1.3 移位和定位方便、快速、准确。旋挖钻采用液压伸缩履带底盘，自行起落折叠式桅杆，自动控制监测主机功率、回转定位和回转复位及安全保护，移位方便快速；桩基定位及成孔垂直度、成孔深度均由电脑系统自动控制调整，操作上采用先导控制、负荷传感的液压系统，充分体现了人、机、液、电一体化。相比较于其他类型的钻机，旋挖钻在钻进过程中，发生斜孔的机率极小。由于成桩快，同时移位方便，因此在福水特大桥旋挖钻机桩基施工中，是四个墩位的钻孔平台一起交叉施工，最大化的发挥出旋挖钻机的优势。

4.1.4 成孔质量高。旋挖钻施工克服了机械成孔时孔底沉淤土多，桩侧摩阻力低，泥浆管理难度大的缺点，保证了成孔质量。

4.1.5 不同孔径，只需更换不同孔径的钻头即可。福水特大桥有1m和1.25m的桩径，旋挖钻机在不同桩径的桩基施工时，更换不同孔径的钻头非常方便、快速。

4.1.6 旋挖钻施工具有噪音小、环保的特点；同时对于地质条件较好的施工现场，可采用干式或清水钻进成孔，无需泥浆护壁，从而克服了冲击钻和回旋钻钻孔时需用泥浆护壁的特点，降低了施工对环境的污染程度。

旋挖钻在福水特大桥桩基施工时，利用的是规范标准范围内的泥浆进行成孔护壁。因此，旋挖钻在成孔和清孔时，不产生新的泥浆。

5、旋挖钻钻孔灌注桩施工中常见问题的预防与处理

5.1 桩孔垂直度偏差

旋挖钻在施工过程中，由于钻机安装就位稳定性差，作业时钻机安装不稳，地面基础软弱或软硬不均匀，地质中土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其他硬物等情形，会造成孔后桩孔出现较大垂直度偏差或弯曲，这对成桩的质量有很大的影响。因此在旋挖钻钻孔施工中，应该采取以下几点措施来预防桩孔出现较大的垂直度偏差:(1)场地施工前先换除软土、夯实平整，另外，如果有条件，也可以在换填的基础上，加垫一层辅助性的材料（如铁板等），确保钻机安置稳固，钻架竖直。同时注意下好护筒和井口管；选用性能好的泥浆；钻具要保持竖直度、刚度、同心度，防止钻机跳动、钻杆晃动等。(2)进入不均匀地层时，钻速要慢，尤其是遇到塑性较差的沙层。(3)遇到孤石地层或硬层时，钻速要慢，钻孔偏斜时，可提起钻头上下反复扫钻几次，以便削去硬土，如纠正无效，应于孔中局部回填黏土至偏孔处0.5m以上，重新钻进。

5.2 孔底沉渣过厚

由于福水特大桥所处地理位置及地质条件，旋挖钻孔施工过程中，当钻进砂层时，砂不可避免混进泥浆中，泥浆一般都循环使用，当多次使用的泥浆注入孔内时，经过几小时的沉淀，砂便会沉淀到孔底，引起沉渣过厚；另一方面，钻进过程中提钻时泥砂等容易从钻头的泻水口流出，混入泥浆中，留在孔中，引起沉渣过厚。具体的处理措施有:

(1)钻孔施工中，通过设置2个泥浆池来处理，一个储浆池，一个沉淀池，当泥浆从孔里返回时先流过沉淀池，可以将大量的砂子等沉淀，再流至储浆池。(2)在砂层中钻进时，需控制钻进进尺，轻压、慢速、稠泥浆钻进，尽量减少砂子外流。可在终孔前预留20～30Cm，静置0.5 h左右，用清渣钻头下大掏孔至设计孔深。

5.3 孔壁坍塌

由于旋挖钻是通过重复的提降钻头来实现出渣钻进成孔的，因此在钻进过程中，每次钻杆的提升都会对孔壁有不同程度的影响。如果钻头上下移动速度过快，致使水流以较快的速度由钻头外侧和钻孔之间的空隙中流过，冲刷孔璧，有时还会在上提钻斗时在其下方产生负压而导致孔壁坍塌。具体的预防措施有:

(1)控制钻头升降速度，根锯不同的桩径和地质情况采取不同的升降速度。(2)在松散易塌土层、砂层中，适当埋深护简，用黏土密实填封护筒四周。(3)充分选用密度和黏度较大的泥浆，必要时向孔内添加膨润土。(4)使用优质的泥浆，提高泥浆的密度和黏度。（5）注意钢筋笼的绑扎、焊接以及定位块等的设置和安放，搬运和吊装时应防止变形，下放过程中避免碰撞孔壁。（6）注意工序安排，尽量避免重型机械在施工区域附近行走，尽量缩短灌注时间。

结束语。通过本次在福水特大桥施工中的情况来看，旋挖钻机施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保的优点。同时旋挖钻机还克服了其他钻机桩侧摩阻力低，以及孔底沉渣多，泥浆管理差的缺点。尽管旋挖钻机一次性投资较高，但适应性强，最终的经济效益综合指标还是很高，因此，在地质条件允件的情况下，旋挖钻机是一种理想的桩基施工设备。

[1]李志刚.旋挖钻机在桩基施工中的应用[J].山西建筑，2011年,第30期.