不同地质情况下的钻机组合施工及控制

高飞 樊展望

摘  要：通过对冲击钻、反循环钻在不同地质钻孔施工的速度、质量、效益比较分析，进而进行组合施工方案，并指出施工过程中的控制事项，为同类地层桩基施工提供借鉴。

关键词：地质;钻孔;分析;组合

中图分类号：U445 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0128-02

城市立交桥建设是当前城市重交通路口疏导的主流。而桩基施工中不同的地质中不同钻机发挥作用均不同，本文针对冲击钻和反循环钻在漯河市京广立交桩基施工进行对比，并提出了组合施工的方案，以为后续施工做出指导。

1 概况

河南省S238常付线漯河市郾城区京广立交改建工程，位于河南省漯河市，是河南省东西方向的干线公路，在交通网中占有重要地位，是豫中南地区的重要通道，工程整体全长2.5km，其中桥梁长701m， 桥垮布置为4×30+5×30+37+50+37+5×30+5×30。东引桥采用单墩三根1.8m排桩，平均桩长53m，桩顶为地系梁，西引桥因地下管线影响采用单墩四根1.5m群桩，平均桩长53m，桩顶为承台。地质情况由上至下为：砖渣层、粉土、粉质粘土、中砂、粉质粘土，其中砖渣地层厚度约2-8m，砂层厚度约10m。

2 施工难点

桥西地质复杂，地表有2-8m不等的回填砖渣，地层不稳定，部分护桶无法穿过覆盖层，钻孔中易出现塌孔。桩基穿越10m厚中砂层，钻进中易出现塌孔现象。经现场调查，部分桩位下部有周边建筑基坑施工时残留的加固锚杆，钻孔困难。

3 钻孔原理及选用

反循环钻是利用钻杆带动盘式钻头旋转，以达到破碎岩土，泥浆利用泥浆池与孔内高差自流至孔底，再利用钻机上的大吸力泥浆泵，通过钻杆把孔底泥浆和钻渣吸至沉淀池中，泥浆经沉淀池后进入泥浆池，以形成循环作业。根据实际情况本工程选用GPS-32型反循环钻机。

冲击钻孔是利用重锤冲击的原理成孔，钻机利用机身将钻头提升至一定高度，利用自有落体的冲击力冲击岩层钻进，利用泥浆泵向孔内注入泥浆，通过泥浆冷却钻头、形成护壁，同时通过泥浆悬浮钻渣排出到沉淀池，沉淀过后的泥漿再回流到泥浆池，从而形成循环。本工程选用K-8/10型冲击钻。

4 成孔比较

工程进场以后根据现场情况，先期对覆盖层较薄的桩孔，通过开挖清除砖渣，埋设深护桶等措施采用反循环钻成孔，成孔效果较理想。但在砖渣层较深的桩反循环钻孔进效率及质量欠佳，易出现卡钻、塌孔现象。根据现场情况在同一桩位选用不同钻机各钻孔一根桩基，进行比较探讨搭配使用。

（1）成孔质量。根据反循环钻和冲击钻成孔后灌注前质量检测可反映出循环钻成孔质量较好，孔径较均匀，扩孔率小，沉渣少。采用两种钻进分别对同直径1.5m、孔深54m桩基进行施工对比分析，从成孔总体质量上可知回旋钻的成孔总体质量比冲击钻好;反循环钻的成孔质量为：孔径1.51m，清孔前沉渣厚0.1m，泥浆比重1.1-1.3，混凝土超方2%，倾斜率0.4%;冲击钻的成孔质量为：孔径1.58m，清孔前沉渣厚0.3m，泥浆比重1.4-1.7，混凝土超方11%，倾斜率0.3%。（2）成孔效率。统计两种钻机在不同地层钻时间，通过对比分析，发现循环钻的钻进速度是冲击钻的5.6倍，再加之该工程地处市区，冲击钻夜间施工噪音大，夜间22：00至第二日6：00无法施工，同墩位的54m桩基施工中冲击钻比反循环钻成孔慢9天。具体见表1。由表2可知粉土、粉质粘土中冲击钻易出现吸钻、粘钻现象，钻进速度不易过快。而在砖渣层中反循环钻易出现卡钻和堵塞泥浆管的现象。（3）成本消耗。根据冲击钻和反循环钻从开孔到灌注完成的时间及混凝土量分析比较，具体见表2。（4）对比总结。从以上钻孔数据可知，反循环钻在本工程中不论从钻孔时间、质量、成本方面都优于冲击钻。但由于反循环钻在砖渣层中易出现卡钻、堵塞泥浆管、坏钻、不能钻进等现象。加之部分桩基上部地层有砂浆锚杆需采用冲击钻钻孔穿过。在单独采用反循环钻成孔中因砖渣造成机械卡钻、堵管、维系等原因降低了钻进效率，单桩成孔需2天。而单独采用冲击钻成孔，因在粘土层中钻进效率低，加之项目地处城区，夜间不可施工，造成钻进效率低下，单桩成孔需11天。如采用以上两种钻机单独施工均降低了施工效率，增加了施工成本。

5 组合施工

依据前文总结两种钻机在不同地形的优势，我们将两种机械组合施工，充分发挥两种钻机的自身特点，提高钻机的利用效率，节省施工时间。上部厚砖渣锚杆层采用冲击钻施工，穿过砖渣锚杆层后深入粘土层≥1m后采用反循环钻施工，在反循环钻施工正式钻进前，首先利用反循环钻的抽机对冲击钻的泥浆进行清孔，清除冲击钻冲击形成的未排出孔外的沉渣，再利用反循环钻的捞渣桶清除大块无法用泥浆排除的零散砖渣，最后利用反循环钻的钻头，慢速钻进，搅动孔底，清除因冲击钻冲击打入土体的碎块，待碎块、沉渣清除完成后在利用反循环钻正常钻进。

6 组合施工效果

根据方案，对本工程3a-1采用组合钻机组合施工，施工效果良好，各项数据受控，达到了预期目的。采用冲击钻施工8m深砖渣层用时5.5小时，更换机器用时1小时，捞除冲击钻剩余钻渣0.6小时，反循环钻钻进上层25m粉质粘土用时4.3小时，反循环钻钻进5m厚砂层用时2小时，反循环钻钻进下层11m厚粉质粘土用时1.9小时， 由施工过程可知，采用两种钻机组合搭配施工，单桩54m成孔耗时仅15.3小时，大大提高了成孔效率，加快了施工进度，提高了施工效益。

7 施工注意事项控制

在进行两种机械的组合施工时，要注意一些问题，如：护桶埋设、泥浆比重、钻机就位、硬软地层穿越、排浆等，只有将这些注意事项控制好，才能使两种机械有效组合施工。

（1）护桶埋设。护筒直径比桩径大20cm以上，因过程中需更换钻机，需保证护桶的稳定性，所以护桶埋设深度不小于2m。护筒四周用粘土夯实，保证孔口不坍方、不漏浆。埋设好的钢护筒顶比地面高出20～30cm。（2）泥浆比重。在两种钻机的组合施工中，泥浆比重的控制是一个关键项目，泥浆起着润滑钻头，防止塌孔，排除钻渣的作用，如果在过程中不能进行有效的控制，钻孔过程中极易出现塌孔、钻速减慢等现象，同时会造成成孔后清渣不彻底，孔底沉渣过厚的现象。钻机在不同地层的泥浆要求不同，在施工过程中要根据地层变化随时调整泥浆比重，以达到泥浆造壁，保护孔身的目的。各地层泥浆控制见表3。（3）钻进定位。在两种钻机配合施工中，要进行两次钻机就位，这就要求钻机的定位准确性要高。同时在钻进过程中要及时检查钻机钻头的钻进方向，有无偏差，出现偏差及时调整，防止钻进中出现偏孔、倾斜度过大等现象。（4）硬软地层穿越。冲击钻在粘土层中施工時因为粘土层的特性，容易出现粘钻现象，严重的会造成钻机倾覆;所以在施工中要及时掌握、准确判断地层情况，及时调整钻进方法速度、确保顺利穿越硬软岩交界。为保证冲击钻穿越砖渣层后，孔内不残留大块的砖渣造成反循环钻施工困难，所以在冲击钻钻进穿越砖渣层后，需多钻进1m，同时在反循环钻就位后，先利用反循环钻的清渣设备，对因冲击钻冲击入孔底的砖渣进行清理，清理完成确认无残渣后方可开展，防止出现卡钻、堵管等现象。（5）排浆。冲击钻与反循环钻的泥浆的比重、粒径都不同，所需的泥浆池大小也不同，特别是在城市施工中，由于场地限制，无法开挖大面积的泥浆池，泥浆的外运排放尤为重要，在施工中要配备足够的泥浆运输车，确保泥浆排渣的及时外运清理。

8 结束语

从施工情况来看，反循环钻在本工程的粘土、砂层施工中适合，冲击钻在砖渣层施工中适合。采用两种钻机组合，在砖渣层中采用冲击钻钻进，待穿过砖渣层1m以上再采用反循环钻钻进，这样既能发挥冲击钻在砖渣层的优势，又能发挥反循环钻在粘土层、砂层的优势，节约了时间成本、提高了经济效益。

参考文献：

[1]肖天阳.诌议反循环钻机与冲击钻配合施工桩基方法[J].江西建材，2016.

[2]姚亚，张衡志.不同地质条件下钻机的选取及钻孔桩成孔施工技术[J].工程技术，2016.

[3]JTG-TF50-2011.公路桥涵施工技术规范[S].