旋挖钻机成孔在黄土地区的施工控制

王凯

【摘 要】高速公路钻孔灌注桩施工在桥梁基础工程中逐渐成为主要的施工方案，旋挖钻机在桩基础施工时以其成孔速度快、场地适应性强、机动灵活、施工成本低等特点而深受施工单位的喜爱。本文根据本人在平定高速公路PD9合同段参与施工中，在黄土地区根据本标段的水文地质条件、场地条件对旋挖钻机的施工控制要点作出总结。

【关键词】旋挖钻机；黄土地区；施工

0.前言

随着高速公路的迅速发展，钻孔灌注桩在公路桥梁基础工程中的应用日益广泛，在大中桥梁中的运用显得愈来愈重要，同时也促进了桥梁钻孔灌注桩施工技术的快速发展。近年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，该施工方法主要特点是施工效率高、成孔速度快、场地适应性强等，有利于加快施工进度、提高工作效率。在平定高速公路PD9合同段的桥梁桩基础施工中发挥了重要的作用，有效的缓解了工期压力并满足了设计和质量要求。

1.工程概况

平定高速公路PD9合同段位于甘肃省静宁县三合乡及界石铺镇，路线总长16km，本合同段桥梁共有8座大桥，1座中桥。桥梁基础全部为桩基础，共有钻孔灌注桩272根，总工期30个月，地形条件复杂，所有桥梁地质条件均为黄土，施工工期紧、任务重。故我项目部在施工过程中根据工期进度要求和水文地质资料情况，部分采用了旋挖钻机成孔的方法，在计划工期内有效保证了所有桩基础的顺利完工。

2.旋挖钻机设备特点

旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备，在各类工程施工中得到广泛应用。旋挖钻机具有大扭矩、机动灵活、施工效率高（一般无水的黄土地层能有效的代替人工挖孔桩，成孔速度大概10m/h）、低噪音、低污染及维护方便等特点，另外，相对于传统的人工挖孔桩，旋挖钻机更体现出了施工速度快和高安全性的特点。

我标段用于桩基施工的旋挖钻机是三一SYR220旋挖钻机，适用于黄土、粘性土、粉质土、砂土等土层施工，并具有功率大、钻孔速度快、机动灵活、定位准确、工作效率高、噪音小、环保的特点。

3.桩基施工

3.1施工方案确定

根据各桥桩基础的水文地质情况，将适合旋挖钻机工作的桩基础（场地条件好、地层条件无淤泥、坚硬未风化基岩等不利于旋挖钻成孔的桩基）按行进路线总体规划。根据黄土地区土质特性，我项目部对冲击钻孔、人工挖孔和旋挖钻机成孔做出经济性对比，旋挖钻机成孔相对其他两种方案具有速度快、成本低、利于环保等有点，故我项目部将设计资料中桩长范围内无地下水且全部为黄土条件的桥梁作为旋挖钻机成孔方案。

3.2施工准备

根据图纸所提供的地质资料，选择桩长范围内无地下水位且无未风化岩层的桩基进行旋挖钻机施工。根据桩位平面位置及高程进行场地平整，并根据现场情况修建施工便道，以满足砼罐车通行需要。桩位处地面高程尽量控制在高于桩顶高程2.0m左右，这样可以避免桩顶预留钢筋露出地面，为桩基砼灌注造成困难，不利于桩基砼灌注连续施工。

准备好泥浆池及造浆材料，避免因实际与设计地质条件不符，如地下水位过高引起的坍孔，可及时准备泥浆护壁。旋挖钻机施工时，如遇地下水，在黄土条件下，很容易引起坍孔造成桩基灌注中砼的超方。因此，应储备充足的砼原材料。

机械设备投入旋挖钻机三一SYR220型1台，配备泥浆泵，16T、25T汽车吊各1，3m3砼罐车4台，750型强制式搅拌机2台，装载机1台等设备。

3.3施工工艺及控制要点

3.3.1机械就位、护筒埋设

施工场地平整处理，保证旋挖钻机底座场地应平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生失稳及沉陷。

桩位放样后，利用十字线放出四个控制桩位，并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。护筒由厚度4-6mm钢板制成，护筒直径比桩基孔径大200-300mm，每节护筒长度1.5-3.0m，护筒至少高出地面30cm。以防止杂物、泥水流入孔内。

3.3.2泥浆调制

因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水等作用，因此，在出现地下水的情况下泥浆是保证孔壁稳定的重要手段。在黄土地层中如遇地下水，黄土的湿陷性导致黄土孔壁更容易坍塌，因此，调制出良好泥浆的各项性能指标尤为重要。由于旋挖钻机钻进中首先视为干孔作业，施工中如遇地下水，必须以最快速度注入泥浆进行护壁处理，否则极易造成黄土孔壁的坍塌。在实际施工中，调制的泥浆相对密度为1.02-1.10，粘度：18-22s，砂率≤4%，泥皮厚度：<2mm，PH值：大于7。

3.3.3钻孔施工

旋挖钻机采用筒式钻斗。钻机就位后，调整钻杆垂直度，然后进行钻孔。当钻斗下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中通过钻斗的旋 转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。

旋挖钻机钻机过程中应严格控制钻进速度，避免钻进速度过大，造成埋钻事故。若钻机升降钻斗时速度过快，钻斗外壁和孔壁之间碰撞，再加上钻斗下部产生较大负压作用，造成孔壁颈缩、坍塌现象。所以钻斗升降时应严格控制其速度，经现场实践得知，钻斗升降速度保持在0.75-0.80m/s。

在施工中应随时观察钻斗钻出黄土的含水量，如发现含水量过大，应马上提出钻斗，进行泥浆护壁，泥浆注入孔内后，再进行钻孔施工。钻孔→泥浆护壁→再次钻孔施工→成孔应以最快时间结束，否则在黄土混合泥浆后，时间过长则容易因坍孔造成废孔。由于加入泥浆后的旋挖钻机施工中无法进行泥浆循环，加入泥浆后的桩基成孔，应根据实际情况进行超挖，超挖深度根据现场实际情况确认。

3.3.4成孔后的施工

成孔后的施工工艺不再赘述，应为钢筋笼安装及桩基砼灌注。

成孔后，应及时腾出场地，尽快使吊车就位，进行钢筋笼安装。钢筋笼安装前后对孔深进行观测，如孔深无变化，说明孔壁稳定，可以进行砼灌注施工。如孔深前后变化过大，则会导致钢筋笼无法放入，造成废孔。

砼灌注施工必须做好充分的施工准备工作，以确保在钢筋笼安放到位后能够及时进行灌注，如不能及时灌注，时间越久，黄土孔壁越容易坍塌。灌注砼应严格控制施工配合比，确保砼和易性和强度要求。配备足够的运输车辆及备用车辆，以保证桩基砼灌注的连续性。

3.4施工注意事项

（1）由于钻机设备较重，施工场地必须平整、宽敞，并有一定硬度，避免钻机发生沉陷。

（2）泥浆初次注入时，垂直向桩孔中间进行入浆，避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部，致使护筒底部土质松散。

（3）钢筋笼向孔内放置时，应由吊车吊起，将其垂直、稳定放入孔内，避免碰坏孔壁，使孔壁坍塌，在砼浇筑时出现废桩事故。

（4）其他施工工艺，应严格按照桥涵施工技术规范和标准进行施工。

3.5旋挖钻机在黄土条件下成孔优缺点

（1）因该钻机操作由全液压系统控制，能保证桩基垂直度、孔位、孔深、沉淀厚度等各项指标全部达到施工规范要求。

（2）成孔效率高，40m桩径1500mm的桩约5-6h左右即可成孔，1天成孔3-4个，是该桥回旋钻机成孔的5-6倍。

3）在黄土土层有地下水的情况下，孔壁稳定性差，对施工工序衔接速度要求高。

（4）在黄土地区，遇饱和黄土做泥浆护壁时，需要及时灌注（灌注开盘时间必须在成孔时间后6小时内），所以在成孔之前必须做好所有灌注准备工作，配合紧密，并在成孔后加强孔底沉淀观测（一般20分钟一次），确保因放置时间过长造成孔底沉淀过多，造成废桩。

4.结束语

通过在本标段旋挖钻机成孔的桩基施工中，对黄土地区旋挖钻机施工控制进行部分总结，希望对类似工程地质条件下旋挖钻机桩基施工有部分借鉴作用。 [科]

【参考文献】

[1]张晓军.浅谈旋挖钻施工工艺与特点.中小企业管理与科技（下旬刊），2011（10）.

[2]赵学志，李魁.旋挖钻机施工工艺.今日科苑，2010（6）.