提高旋挖钻一次成孔合格率分析

苏利波

（中国建筑土木建设有限公司，北京100070）

0 引言

近年来，国家逐渐加大了对基础设施的投入，其建设数量不断提升，公路、桥梁等的建设成了主导方面。与此同时，对工程建设过程当中的质量要求也逐渐增高。在公路与桥梁施工当中，成孔桩是比较关键的一种结构，旋挖钻成孔技术是目前应用较为广泛的一种成孔方法。该方法是利用带有不同类型的斗式钻头的转杆旋转进入岩土内，然后将多余的岩土取出，如此循环往复，直至钻孔达到要求的深度。该方法最早在欧洲应用较为普遍，因其成孔范围宽，且相比于其他老式的成孔方法有较多优势，所以成了现在基础建设中的一种主要钻孔技术。我国在20世纪90年代开始将这种方法引进，广泛运用于高等公路和铁路、桥梁、公路等建设领域。这些年，旋挖钻成孔技术已经取得了众多成效。研究这种成孔方法的成孔机理和优缺点，分析其存在的问题和可优化的地方，对提升其一次成孔合格率、节约成本、提升施工效率具有重要意义。

1 旋挖钻成孔技术原理

具体施工作业流程如图1所示。

1.1 精准定位、埋设护筒、钻机就位

首先利用全站仪确定好所要打孔的位置后，将钢筋固定在桩位的中心位置来做参照，再用砂浆固定住位于中心钢筋周围的控制桩。为了保证钻头能一开始稳定打钻，需要埋设护筒（见图2）来保证孔口的稳定性，然后采用挖坑法将护筒埋至2～3m 深。护筒的埋设在钻孔操作之前非常重要，它可以避免成孔周围的岩土塌陷以及地表水流入。为保证其牢固稳定，通常在其周围填实一些黏土来加固。随后施工人员对钻机进行仔细的检查，确认没问题后即可移动旋挖钻机到指定作业处，再用手动调垂和自动调垂来调整钻杆位置[1]。

1.2 制备泥浆、钻进成孔

泥浆的选取材料一般为膨润土，原因是其密度低，造浆能力强，稳定性较好等等。施工人员在配置泥浆时，膨润土的量一般为水的8%；如果是黏质土，则可适当降低其比例；若所用的膨润土质量较差，可适当提高其比重。在投入使用前，还需进行检测，当各项指标达到要求后方可放入泥浆池。

在开始钻孔的过程中，施工人员首先记录好钻孔的原始位置，然后打开泥浆泵将一定数量的泥浆放入孔内，再对钻杆和钻头加压，在钻头钻满岩土后取出，将钻出的岩土进行集中清运和处理。在施工过程中，随着旋挖钻的深度不断增加，视情况将适量泥浆补充到孔内，以此保证孔内泥浆的压力[2]。

1.3 钢筋与导管

施工人员首先应进行现场测量来确定竖向主筋应该焊接的具体位置，在环向加劲箍筋上做好标记，然后在胎架上按测量要求均匀地固定住主筋，并在其相应位置上增加一定数量的加劲箍筋。之后作业人员将准备好的3～4 组挂钩将其余竖向主筋连接起来，将制作好的钢筋笼运用三点起吊法起吊，且在施工过程中要尽量保证钢筋笼不要晃动过大以防止其下放过程中碰到孔壁。当下放到合适位置时则用厚壁钢管将其位置固定住，待连接好了下一节时继续进行操作，作业过程中要确保每一节的轴线一一对应，一直持续监督直到完成整个钢筋笼的安装为止[3]。

其次是导管的选择，首先要对其相关指标进行检测，在确定所要的尺寸后，准备好不同长度的导管以便在作业过程中适时调整。在浇筑混凝土之前，要进行导管的升降试验，确保在灌注混凝土时不会发生堵塞的情况。在安装的过程中，要做到逐一利用和测量每节导管的实际长度，且要对导管逐一记录编号，这样有利于控制埋管深度。

1.4 混凝土的灌注以及桩头的凿除

首先对于到达现场的混凝土应该先进行检测，在确认其质量合格后才能投入使用。目前一般采用剪球法灌注混凝土，且混凝土首灌方量应与其存量相符，还要保证位于现场的灌车内至少要有8m3混凝土。之后将灌注完成形成的桩顶在合理的位置做好标记，用切割机开始切割，最后用钻头打断，取出多余的桩头，再将桩顶的混凝土用水冲洗清除后使其轻微突起。

2 旋挖钻成孔桩的特点

用旋挖钻制成的孔桩在施工过程中成孔速度快，所钻挖的孔质量也比较高。之前的公路桥梁桩基的打孔方式所采用的方法中，大部分都是循环钻机或冲击钻机，这些类型的成孔效率普遍较低。以直径和深度分别为1.5m 和30m 的桩为例，循环钻机差不多要用两天的时间才能完成一个孔的钻挖。当所需时间变长时，桩内塌孔的情况就可能出现。如果情况严重，则需要重新作业。与传统的冲击钻或循环钻机相比，旋挖钻机的成孔效率约为前者的好几十倍。另外，旋挖钻机与传统循环钻机相比，其在工作过程中产生的泥浆较少，并且还能将其循环利用起来，因此具有环保方面的优势。在钻孔的过程中，孔壁上会留下钻头较深的波纹状的线条，所以不容易附着多余的泥土。由于其本身设备构成较为简单，对减少噪声污染有一定的作用。而且因为旋挖钻机自带履带，相比笨重的传统钻机，可以自己快速完成移位，操作员可以在施工过程中高效完成定位，立即进入钻进状态。除此之外，旋挖钻机应用的地层岩性比较广泛，可以根据不同的地质条件来更换合适的钻头。在黏性比较高的岩土中进行钻探作业时，因为黏土具有较强的附着性，会降低钻头的速度，在斗筒清理时也会比较麻烦。

3 旋挖钻成孔技术关键影响因素

在实施钻孔操作之前，要根据施工的要求来校准钻机和钻杆的垂直度，此外还要保证节间的松紧度和钻杆过程中钻杆的稳定，因为这些因素都会影响成孔的垂直度和位移度。对于不同的地质条件，对钻头的选择要求也不同。比较松散，质地较软的砂土、黏土层等较易施工区域，对钻头的选择要求不高；但在岩性较为复杂的地段，则需要根据具体的岩性来更换相应的钻头，且切削齿的形状和规格也是影响钻孔速度和效率的关键因素。此外，还要注意使用钻头的速率，即在提高钻孔效率的同时也要保证钻头的耐受度。其次，在钻孔过程中也要注意钻头的升降速率，太慢不仅会降低工作效率，对机械的性能也是一种浪费；太快的话会对孔底的结构造成破坏。

4 可能遇到的问题及措施

4.1 漏浆

当地下水位和泥浆的指标不符合要求时，可能会发生漏浆。对于较轻微的漏浆，将适量水泥加入泥浆，搅匀后方可继续作业；对于较为严重裂隙，要将土质回填待其稳定后才重新开始作业。

4.2 堵管

在进行作业时，若灌注时间过长或过快、导管清洁度和密闭性较差、搅拌不均匀都会导致堵管。所以应保证灌注速度均匀，在合理范围内适当提升灌注速度，按照作业要求加入缓凝剂等等。此外，还应随时注意孔口是否返浆，即要在孔口无返浆的情况下再加混凝土，保持导管每次使用后的清洁也能提高浇筑混凝土的质量。

4.3 塌孔

当旋挖钻头的速度过快会使护筒下方的孔壁负压过大，从而造成塌陷，护筒质量差、泥浆参数不合格、补浆不及时等都可能造成塌孔。所以应根据岩土性质选用参数匹配的泥浆和高质量的护筒，合理调整钻头的速度等措施来规避塌孔的发生。当塌孔情况较轻微时，可增大泥浆的黏度；当情况较为严重时，应立即停止作业，待半个月后再重新施工。

5 结语

目前，旋挖钻成孔技术经过多年的实践发展，已被广泛应用于基建领域。它具有适用地层范围广、成孔效率高、施工质量好、污染少、低噪音等优点，成为现在主要的成孔技术方法。通过分析其施工技术原理，和传统技术对比的优点，从在作业过程中的影响因素和可能遇到的问题着手分析得出，保持钻杆稳定、根据地质条件选择合适的钻头、合理调整钻头速率、控制泥浆指标、保证护筒质量以及施工过程的规范等等措施，都可以在一定程度上提高旋挖钻一次成孔合格率。