含孤、漂石圆砾土层中桩基快速成孔施工技术(改)

1、旋挖钻在含孤、漂石圆砾土层中快速成孔施工技术旋挖钻在含孤、漂石圆砾土层中快速成孔施工技术 中铁隧道股份有限公司 张传军摘要：桩基础作为关键工序广泛运用在各种桥梁工程中，而旋挖钻机因其效率高、污染少、灵活机动、功能组合多等特点，适应综合发展的要求，在国内外现浇灌注桩施工中占据主力机型的位置。而在圆砾土层及碎卵石地层，特别是含有孤石、漂石圆砾土层施工却仍是一个不小的难题。本文就赤城白河特大桥为工程实例，对旋挖桩在含孤、漂石圆砾土层中快速成孔的施工技术进行探讨。关键词：旋挖钻 圆砾土层 双层筒钻 截齿捞砂钻斗 赤城白河特大桥一、前言随着我国建筑业的不断发展，特别是现阶段国家大力修建铁路、公路的时期，

2、各种复杂地层下的桥梁工程相继建成，而做为桥梁的重要组成部分桩基施工则是整个桥梁工程中的关键工序之一。旋挖钻机因其效率高、污染少、灵活机动、功能组合多等特点，适应综合发展的要求，在国内外的现浇灌注桩施工中占据主力机型的位置，一般适用于黏土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分砾石、碎石的地层。虽然旋挖钻机施工有诸多优点，但长期以来，旋挖钻机在圆砾土层及碎卵石地层，特别是含有孤石、漂石圆砾土层施工仍是一个不小的难题。钻具及操作方法选择不当，往往会造成进度缓慢甚至无法施工的情况。笔者根据张唐铁路赤城白河特大桥现场施工实际情况，针对赤城白河河道内多年冲积形成的圆砾土层中夹带大的漂石、弧石等特点，

3、在借鉴以往经验的基础上，通过对本桥的施工组织和研究探索，在此浅谈“旋挖钻在含孤、漂石圆砾土层中快速成孔施工技术”的一些问题。二、工艺原理及特点旋挖钻通过钻齿旋转插入土层中，并将土块挤赶入钻斗，钻杆提升钻斗，带出钻渣。而含有孤、漂石的圆砾土层中，孤、漂石颗粒大小不均、形状不规则、排列无规律，钻进时钻齿难以插入到石块间的孔隙中，钻齿受力不均，造成钻机振动剧烈、钻杆跳跃和钻杆偏摆，对孔壁的扰动很大，孔壁极不稳定，容易塌陷。因此旋挖钻在含孤、漂石的圆砾土层中施工，必须配备专用的钻具来克服以上的施工难点。根据地层中砾石大小、密度和地层的硬度，选取双层筒钻和截齿捞砂斗两种钻头搭配使用，双层筒钻可在圆砾土层

4、中快速进行施工，当遇较大孤石、漂石和探头石时，则更换截齿捞砂斗进行施工。双层筒钻是指在原来大直径筒钻内部加入一个小直径的筒钻，形成一个双层结构，将整个筒钻分割成两个独立的携渣空间，每个单元都为开放结构，没有斗底，在每个筒体上都焊接截齿，截齿的布齿角度遵循硬岩钻进的规律，表面呈螺旋上升状的导向条。内侧的筒体直径比外侧筒体直径小，长度比外侧筒体的长度大，形成外型上的台阶状，两个筒体均与钻顶焊接在一起，保证整体结构的稳定性和施工时的安全性。其在施工时主要是通过将钻渣夹于筒体之间，携带出孔，摒弃了常规捞砂斗的斗底，大大提高了钻机在施工时钻渣进入斗内的速度，在钻进砾石、碎、卵石地层时优势明显。截齿捞砂斗

5、是利用外侧的截齿将孤石或探头石削切后，利用钻斗转动将削切后的石块旋入斗内，提升至孔外，连同钻渣一起卸出。钻杆则选用“机锁式钻杆”，不但可用于软地层，也可用于强度较高地层的施工，如本文所探讨的含孤石、漂石等强度较高的圆砾土地层，此种钻杆一般制成4节，13节杆每节钢管长13m左右，钻孔深度可达50m左右。搭配两种钻头，虽然是在含有孤石、漂石圆砾土层中施工，截齿磨损较快，但由于钻头拆装方便，可在一套钻头施用时，对另一套钻头进行补焊或更换截齿，不影响钻孔工序时间，加快钻进速度。由于钻斗的刀刃是倾斜的，会扰动孔底土层；钻进时钻渣的回落也会沉淀于孔底；而旋挖钻不通过浆液循环进行排渣，为了减少清孔次数，成孔

6、工作完成后，要立即进行下一道工序，也就是须立即下钢筋笼并尽量加快下钢筋笼的速度。因此我们在钢筋笼在桩位上的连接采用了直螺纹套筒连接，摒弃传统的绑条焊或者搭接焊，既保证了施工质量又缩短了在桩位的施工时间，保证了快速施工。本工法适用于碎石土、砾石土、圆砾土及有漂石、孤石、地下水位较低地层各类工程桩基施工。三、施工工艺流程及操作要点3.1 工艺流程图场地平整布置桩位放样埋设护筒钻机就位钻进成孔选择钻头、钻杆验孔深、孔径、垂直度制作泥浆泥浆控制及使用图3-1 旋挖钻成孔施工工艺流程图3.2 施工工艺流程3.2.1 施工前对工作范围进行平整、电线电缆进行改迁、便道修整完善。3.2.2 在正式钻孔前，采用

7、全站仪对桩基进行精确放样后埋设钢护筒，埋设十字护桩，复测桩位。用水准仪对护筒标高进行测量，计算钻孔深度。3.2.3 钻机及机具选择：针对当地地层情况，选用合适功率和扭矩的钻机，每台钻机配备专用于砾（碎）石层钻进的双层筒钻两套和钻取孤石的截齿捞砂钻斗一套，钻杆选用“机锁加压式钻杆”，以达到较高的钻进效率。3.2.4 钻机就位：钻机就位前，事先检查钻机的性能状态是否良好，对各个部位进行试运转，判断钻机是否工作正常。保证桩位附近地面平整，将钻机开到桩位旁，调整钻机，使钻斗定位锥正对桩位标注点。钻机停位回转中心距孔位44.5m间。现场条件允许的情况下，变幅油缸尽可能将桅杆缩回，这样可以减小钻机自重和提

8、升下降脉动压力对桩孔的影响。检查在回转半径内是否有障碍物影响回转，检查桩位土层是否坚实。3.2.5 当采用双层筒钻施工时，在圆砾石土层中钻进比较平稳，钻进速度也较为均衡，当钻杆出现强烈震动时，则要考虑是否遇到孤石，需根据实际情况更换截齿捞砂钻斗，将孤石削切后提出。采用双层筒钻钻进时，单次钻进进尺控制在0.8m，钻速控制在8r/s左右。采用截齿捞砂钻斗钻取孤石或探头石时，钻速控制在19r/s间，钻进进尺则根据孤石或探头石的大小进行调整。旋钻过程中，提升速度控制在20m/min左右，不得超过30m/min。3.3 施工注意事项3.3.1 循环泥浆池一般选择23个墩位桩基共用一个，泥浆采用膨润土制成

9、，在钻进过程中泥浆相对密度控制在1.21.4范围内。3.3.2 施工前检查好桩位的准确性，将桩位中点与钻头的中心位置反复确认后方可施钻，钻进过程中随时检查桩孔垂直度。3.3.3 钻进过程中必须检查钻头保径装置、钻头直径、钻头磨损等情况，并对不符合要求钻头及时更换。3.3.4 成孔后需反复扫孔二次，确保孔径及沉渣厚度满足设计及规范要求。四、质量、安全及环保控制4.1 质量控制4.1.1 施工前要仔细研究地质情况，根据地层选择合适钻机并配备适用该地层的钻杆、钻头。4.1.2 护筒的埋设、泥浆的制备、钻孔的清孔配有专人负责，防止出现缩颈，夹层，歪斜等质量通病。4.1.3 钻孔前保证钻头尖端正对桩位中

10、心。施钻过程中经常检查桅杆垂直度。钻进时，采用较低发动机档位，转速控制在8r/s左右，不得超过9r/s。提升速度控制在20m/min左右，不得超过30m/min。4.1.4 钻进到设计孔底位置后，在无进尺情况下继续旋钻35min，保证孔底沉渣清理彻底。4.1.5 认真做好施工记录和各项原始记录管理，做到完工资料齐全，并及时整理归档，成孔记录做到一桩一表。4.2 安全控制4.2.1 严格按照旋挖桩机操作规程施工，对所有人员进行岗前安全教育培训工。各工序做好交接，填好交接记录。4.2.2 定期对设备进行保养，特别是部件的润滑、油路及电气系统的检查，对易损件配有充足的备用。4.2.3 当钻杆震动比较

11、厉害时，立即停止施钻，分析原因，根据需要更换钻头或降低档位及转速，避免出现折断钻杆的情况。4.3 环保控制4.3.1 施工过程中，严格遵守国家和地方政府部门颁发的环境管理法律、法规和有关规定，接受相关部门监督检查。4.3.2 加强环境保护宣传教育，学习环境管理体系文件、地方政府环保法规及相关规定，使作业人员认识到环境保护的重要性和必要性，增强环境保护的自觉性，提高全员环保意识， 树立预防为主，加强宣传，全面规划，合理布局，改进工艺，节约资源的环保理念。4.3.3 加强环境保护检查，制定奖惩制度，定期组织专项检查，严格奖惩，查纠不足。4.3.4 弃渣、废泥浆运至指定弃渣场，严禁任意弃渣。弃渣确保

12、晾晒无洒落后方可采用运输车辆运至弃渣场地。五、工程实例及推广以张唐铁路赤城白河特大桥为例，运用此技术成功的提高了旋挖钻在含有孤石、漂石的圆砾土层中的钻进速度，缩短施工时间，保证工期按计划顺利完成。赤城白河特大桥位于河北省张家口市赤城县样田乡，跨越白河，桥址区为山间白河冲洪积平原，土质为圆砾土，并由于白河多年冲刷，土层中夹带大量漂石、孤石。其中1122号墩共240根桩基采用旋挖钻机施工，钻孔孔径1.5m，桩长3842m，地质情况为：表层00.5m表层土（0=100KPa），0.54.5m为细圆砾土（0=400KPa650KPa），其下为粗圆砾土（0>650KPa），常有孤石、探头石出现，孤石最大直径超过1m。采用此技术进行旋挖钻施工，桩基施工时间从2012年4月15日至2012年7月15日，历时90天，工期缩短2个月。平均成孔速度为4.5m/h，最快可达8m/h，全部240根桩基检测全为类桩，保质保量的完成了施工任务。与冲击钻进行经济效益对比，比采用冲击钻节约成本约350万元。根据该施工技术在赤城白河特大桥的成功试用经验，将该工法推广到同线上具有相似地质条件的石窑沟特大桥和蒋家堡跨112国道特大桥桩基施工上，均取得较好的经济、工期效益。参考文献：（1） GB/T21682-2008旋挖钻机S北京，中国标准出版社，2008；（2） 李克