旋挖钻机钻孔施工技术

旋挖钻机钻孔施工技术一、工程概况南京大胜关长江大桥工程是京沪高速铁路全线重点控制工程，也是沪汉蓉铁路在南京跨越长江的越江通道，同时搭载南京市双线地铁过江。由于施工工期紧迫，旋挖钻机具有成孔速度较快，钻孔中孔壁形成泥皮较薄，有利于提高成桩后受力性能的特点，因此北引桥N1、N2、N30、N31、N32、N33#墩采用NR2206DR型旋挖钻机施工桩基础。钻孔桩直径为2.0m，深度达75m以上，其中N2墩孔深度达86m，N2墩需另加钻杆才能钻至设计深度。引桥地质情况复杂，上部主要为砂层，砂层下为20～30m厚的岩层。N1、N2#墩岩层主要为破碎安山岩、砂岩。N30～N33#墩岩层为泥岩，且上部砂层中都夹有卵石。三、选题理由业主要求所有桩均为Ⅰ类桩。采用旋挖钻机施工引桥钻孔桩，桩径为2.0m,最大钻孔深度为86m。下部岩层较复杂，主要有泥岩，砂岩，安山岩，厚度约为20～30m，饱和抗压强度达14.1MPa。此类施工国内无成功经验。确保钻孔桩按时完成，保证成孔质量。业主要求钻孔桩按计划完成，施工时间较短。难度系数大质量要求严工期时间紧四、现状调查

因采用旋挖钻机施工如此大直径和深度的钻孔桩，无类似经验可寻，前期施工中施工方法及控制指标同以往直径为1.0～1.5m,深度为50m左右的钻孔桩施工。根据对N32#墩已完成6根桩和N1、N2钻进的施工跟踪调查，根据成孔质量检测报告等有关资料总结出：注：其中N32-11和N32-6成孔倾斜度初次检测不合格（检测时按1%控制），经下钻扫孔后满足要求；沉渣厚度为负时记为0。通过统计、分析钻进中实际情况，旋挖钻机施工中主要问题有：1、成孔后的倾斜度虽能满足规范要求，但不能达到内控指标。2、沉渣控制虽满足要求，但出现了负沉渣情况，终孔测量时误差较大。3、N1、N2钻进中出现钻进困难，成孔速度慢，钻头磨损严重。桩号N32-15N32-11N32-14N32-13N32-2N32-9N32-6内控标准合格率倾斜度(%)0.780.870.750.760.760.730.850.871%沉渣厚度(cm)4.53.00.504.91.3510100%质量缺陷调查表五、设定目标

1、钻进中要保证成孔质量，成孔倾斜度控制在0.8%以下。2、解决在复杂地层中钻进困难、进尺缓慢的问题。3、实现终孔标高的准确测量，防止出现以超钻孔深代替沉渣的情况。目标可行性论证：管理技术技术力量强，编制了完善的施工工艺。有专业技术人员现场控制，确保钻孔桩顺利施工。项目部建立了完善的质量保证体系和质量责任体系，责任落实到个人。经验现场工人和技术员有着丰富的钻孔经验。通过QC活动可以实现目标六、原因分析及要因确认

为更好发现问题产生原因，QC小组对旋挖机成孔的特殊之处进行分析：1、旋挖钻机自动化程度很高，虽然可以自动调节钻杆倾斜度和反映钻孔深度，但精度不能满足施工要求。2、旋挖机钻进中泥浆不循环，只需钻进中补充泥浆保持水压。钻进中形成的泥皮比普通旋转钻机的要薄。3、旋挖钻机由钻斗底部斗齿将土体切碎，并压入钻斗内，然后由钻杆提出，如此循环作业比旋转钻由泥浆循环出渣的工作效率高。但是孔内部分钻渣不能带出孔外，造成孔底有较多沉渣。4、旋挖钻机成孔后经检孔合格下放钢筋笼，然后下导管清孔，缺少下放钢筋笼前的一次清孔。

设备材料环境方法人员成孔质量不合格入岩时钻压大、转速快，造成斜孔。旋挖钻机取土方式造成钻斗与孔之间存在间隙。终孔测量时，孔静置时间较长，沉淀较多。钻孔人员专业知识缺乏，质量意识不强，责任落实不到位，造成斜孔。钻孔平台土质较差，易沉陷，造成斜孔。旋挖钻机履带底盘下地面不平，造成斜孔。测绳在使用中发生收缩变形造成测量不准。钻头磨损严重造成斜孔。泥浆质量不达标，泥砂沉淀快。旋挖机钻杆垂直度控制器误差大，需重新标定。确定末端因数：人员方法环境材料钻进困难钻进中钻压不够实际地质情况和钻孔地质图有差异，造成钻进参数不符合，钻斗选取不合适。设备钻进方法采取不合适钻进中入岩后仍采用大钻头钻孔，阻力太大。对机械性能不熟悉钻孔人员专业知识缺乏。钻头质量不满足要求。泥岩、卵石层、安山岩强度高。

对末端因素进行分析，确定要因：出现问题末端因素影响因素分析确认要因成孔倾斜度过大进入软硬地层交界处或岩层倾斜时钻速、钻压过大；当由软地层进入硬地层或岩层倾斜时钻压钻速过大，易造成钻杆倾斜。是钻孔平台为新填土，易沉降；旋挖机重量较大，新填土易沉陷，在下钻头接触岩层和提钻瞬间钻机履带前支点有较大竖向位移。这就造成钻杆倾斜。是旋挖机钻杆垂直度检测系统标定不准；钻进时间过长、或更换钻杆后垂直度控制器会出现误差。是钻孔人员专业知识缺乏对此类地层钻孔经验不足和钻孔人员责任心不足；缺少专业知识和经验造成钻孔时钻进方法不正确。责任意识不强造成工艺不能落实。是旋挖机履带底盘倾斜；履带底盘在一定范围内倾斜时，旋挖钻机通过桅杆控制钻进中钻杆垂直度。不构成要因否钻头磨损严重；钻进中卸渣时若发现钻头磨损严重都及时更换，不会影响成孔垂直度。否沉渣测量不准泥浆质量不达标；泥浆不合格造成终孔时泥砂沉淀过快。是旋挖机钻斗与孔壁之间、钻斗与孔底之间存在间隙；钻斗与孔壁、孔底间有空隙，其间的钻渣无法取出。是孔钻至设计标高后静置时间较长后才进行终孔测量；静置时间较长，孔内泥砂沉淀。是终孔测量时测绳误差大；测绳使用一段时间后会变形，影响精度。是钻进困难钻头选取不合适；砂层中使用的钻头在卵石和安山岩中不适用。是实际地质情况与地质图不符；实际地质情况与地质图有差异造成采用的钻进方式不适用。是采用大钻头阻力太大，进尺较慢；采用大钻头，阻力大，钻机摇晃厉害，不能加大钻压钻进，影响钻孔速度。是钻压不够；钻进困难主要出现在岩层和卵石层中，钻压过大会造成钻机晃动，加速钻头磨损，已造成钻杆折断，不构成要因。否钻孔人员专业知识缺乏此类地层钻孔经验不足；钻孔人员以前钻进地层主要为砂层和粘土层，对卵石和安山岩层经验较少。是钻机操作手对机械性能不熟悉；钻机操作手进过了钻机操作培训，也有实际操作经验，不构成要因。否钻头质量不满足要求，硬度不够；钻斗钻头采用优质耐磨合金钢，远比岩层硬度高，不构成要因。否七、制定对策针对各项问题的主要因素，我们QC小组制订了相应对策。

成孔倾斜度较大原因及解决办法

序号问题及主要原因实施原因对策方案实施人实施地点实施时间1钻孔平台为新填土，易沉降钻孔平台为新填土筑岛，土质不密实。旋挖机重量较大，没有跑板情况下，在下钻头接触岩层和提钻瞬间钻机履带前支点有较大竖向位移。这就造成钻进中钻杆倾斜。

钻进中铺设跑板，确保钻机平稳。黄炜陈冲N32、N33#墩钻进中2钻孔人员专业知识缺乏对此类地层钻孔经验不足和钻孔人员责任心不足钻孔人员专业知识缺乏及对此类地质情况钻孔经验不足和钻孔人员责任心不足。对钻机操作手进行技术交底和建立完善的质量责任体系。将地质资料图复印发到操作手中，技术员现场及时监督和指导。赵顺涛许新民黄炜项目部会议室开钻前3旋挖机钻杆垂直度检测系统标定不准钻机桅杆垂直度需重新校核。更换钻杆或钻杆使用过久后对桅杆垂直度进行校核，对旋挖机垂直度控制器进行标定。黄炜陈冲施工现场开钻前4进入软硬地层交界处或岩层倾斜时钻速、钻压过大当钻进到地层从软弱地层过渡到硬地层（如细砂层到夹有卵石的砾砂层、砂层到泥岩）；岩面倾斜等情况未及时减压减速施造成斜孔。技术员加强检查指导，快要入岩时提醒操作手注意钻压，钻速。采取钻渣样本，调整钻进方法。陈冲杨海鹏N32、N33#墩钻进中负沉渣出现原因及解决方法序号问题及主要原因实施原因对策方案实施人实施地点实施时间1旋挖机钻斗与孔壁之间、钻斗与孔底之间存在间隙旋挖钻机由底部斗齿将土体切碎，并压入容器内，然后由钻杆提出。斗齿不能将所有钻渣都装入钻斗内。加之钻进中钻杆摇晃较厉害，钻斗与孔壁、钻斗与孔底间缝隙较大。空隙间的钻渣无法由钻斗取出。钻机钻至设计标高时，加大用钻斗清孔次数，尽量控制留在底部的钻渣最少。黄炜陈冲N32、N33#墩终孔时2孔钻至设计标高后静置时间较长后才进行终孔测量钻孔结束后静置时间较长才进行终孔测量，下部沉淀较多而测量人员没有发觉。钻孔结束后尽块进行终孔测量，若停钻时间较长后应在终孔前用钻斗将底部沉渣取出。终孔测量时要细致，发现沉渣较厚需重新下钻斗清孔。黄炜李勇N32、N33#墩终孔时3终孔测量时测绳误差大测绳质量不好，一段时间后发生变形较大。经常校核测绳，新测绳最初要做到隔两天校核一次。黄炜陈冲N32、N33#墩终孔时4泥浆质量不达标旋挖机采用钻斗取土，在钻进中不进行泥浆反循环，旋挖钻机钻进中掉落的泥砂一直留在孔内。孔内泥浆中泥砂含量高。泥浆粘度小，泥砂沉淀快。保证注入孔中的泥浆指标满足要求，减小终孔测量时泥砂沉淀量。李勇杨海鹏N32、N33#墩钻进中钻进困难问题及解决方法序号出现问题及主要实施原因对策方案实施人实施地点实施时间1钻头选取不合适不同钻斗配不同钻头适合不同的地层，钻头选取不合适影响钻进速度。根据不同地层采取不同钻头。徐胜利李勇N1、N2#墩钻进中2实际地质情况与地质图不实际的地质情况与地质图不相符合，会造成采用的钻进方式不适用。对钻渣取样，与地质图对比，及时更改钻进方式。徐胜利李勇N1、N2#墩钻进中3采用大钻头阻力太大，进尺较慢岩层为破碎安山岩，硬度比泥岩大。采用大钻头钻进较为吃力，造成进尺缓慢。采用直径为1.0或1.5m的小钻头先掏空，再用直径为2.0m的钻头成孔。徐胜利赵顺涛N1、N2#墩钻进中4钻孔人员缺乏对此类地层钻孔经验钻孔人员没有用旋挖机在N1、N2墩处地质情况下的钻进经验。技术人员加强技术指导。徐胜利李勇N1、N2#墩钻进中八、组织实施（D）加强对作业人员的技术培训和责任意识教育：1、组织钻孔施工人员学习《旋挖钻机钻孔工艺》和相应规范，提高钻孔人员专业知识和技能。2、对钻孔施工人员职责进行详细分工，责任落实到个人。

实施一效果1：提高了钻孔施工人员钻孔知识水平和责任意识。

实施二1、旋挖机履带下铺设跑板，保证了旋挖机在钻进中加压开钻和提升钻斗瞬间履带前支点有较结实的支撑点，不会沉陷。效果2：解决了旋挖机履带下土体沉陷引起的钻杆倾斜。1、定期用经纬仪检查旋挖机桅杆垂直度，对钻机垂直检测系统进行标定。2、保证成孔质量，降低成孔的倾斜度。钻进中要求钻机操作手，在软硬地层变化处和岩层倾斜时要减压减速。遇到岩层较硬和钻进困难时要减压，减小钻杆摇晃，提高成孔质量。

实施三效果3：1、减小了钻机垂直检测系统的误差。

2、降低了钻进中钻进方式不正确造成的成孔倾斜。

实施四1、钻孔结束后尽块进行终孔测量，若停钻时间较长后应在终孔前用钻斗将底部沉渣取出。终孔测量时要细致，发现沉渣较厚需重新下钻斗清孔。2、钻机钻至设计标高时，加大用钻斗清孔次数，尽量控制留在底部的钻渣最少。防止出现用孔深代替沉渣。效果4：减小了终孔测量时孔底沉渣厚度，使孔深测量更准确。

实施五1、经常校核测绳，新测绳最初要做到隔两天校核一次。使用过的测绳做到5天校核一次。测绳误差过大时应更换新测绳。

效果4：减小了终孔测量时孔底沉渣厚度，使孔深测量更准确。

实施六1、钻孔人员每隔4小时检测泥浆指标，发现泥浆不合格时及时调浆。2、项目部随时抽查，若泥浆出现连续三次不合格时，项目部对作业队进行罚款处理。

效果6：确保了泥浆质量合格，终孔时孔底泥砂沉淀较少。

实施七1、对钻斗提出的钻渣进行取样，与地质资料对比，以便及时调整钻进参数。效果7：避免了盲目钻进造成的钻进参数选取不正确，从而造成的钻进困难。

实施八1、N1、N2施工进入安山岩岩层后先采用直径为1.0或1.5m的小钻头掏孔，待钻至设计标高后再用直径为2.0m的钻头成孔。效果8：采用小钻头后钻进较快。

实施九1、根据钻渣分析若遇到较大直径的卵石时用带有截齿钻头的底板更换下适宜在砂层和粘土中钻进的斗齿底板。2、遇到较厚胶结层时建议换用短螺旋钻头更换斗齿钻斗，当钻穿这一较硬地层后再用钻斗掏渣。效果9：解决了卵石和胶结层中钻进难的问题。

九、检查效果

制定相关措施并落实后，经过PDCA循环后,QC小组结合南京南大检测评估有限公司出具的超声波检测报告和施工日志，列出了效果对照表：桩号N32-15N32-11N32-14N32-13N32-2N32-9N32-6内控标准合格率倾斜度(%)0.780.870.750.760.760.730.850.871%沉渣厚度(cm)4.53.00.504.91.3510100%1、实施PDCA循环后成孔倾斜度和沉渣厚度情况对比：桩号N33-1N32-10N33-14N32-5N33-10N33-2内控标准合格率倾斜度(%)0.430.210.410.160.250.290.8100%沉渣厚度（cm）4.624.53.54.03.510100%QC实施前钻孔施工情况QC实施后钻孔施工情况注：灌注混凝土前泥浆指标按比重1.06～1.10，粘度17-22s，含砂率≯1%控制,沉渣为负时记为0。成孔的倾斜度得到有效控制，沉渣测量更加准确，避免了负沉渣的出现。

（1）、对于夹有较大卵石层的粗砂和砾砂层，换用截齿钻头后可以有效的将卵石压碎，钻进速度明显加快，钻头磨损也减少，节约了时间和成本。在N1-1中遇到较厚砾砂胶结层在斗齿很难钻进情况下，换用短螺旋钻头最终将这一较硬地层钻穿。（2）、N1墩进入安山岩岩层后换用小直径钻头后钻杆所受阻力较小，钻孔速度明显加快。采用小钻头和没有采用两种情况下钻孔时间比较如下表：2、实施PDCA循环后在岩层中钻进情况：钻头直径（m）一次取渣体积（s)下放时间（s)钻进时间（s)提升时间（s)卸渣时间（s)总时间（s)1.52.1175.1357.9227.9105.186622.2160.2574.8200.7114.51050.2

注：1、以上时间统计根据N1墩孔深为68至78m时相邻两桩采用不同直径的钻斗得到的平均值。

2、直径为1.5m的钻头，高1.5m,按每斗装渣高度为1.2m计算可得，每一次取渣量为2.1m3，直径为2.0m的钻头，高1.0m,按每斗装渣高度为0.7m计算可得，每一次取渣量为2.2m3。

可见采用小直径钻头不但没有减少取土量，而且一个循环的钻进时间比使用大直径的要少，加快了钻进速度。

经过该阶段PDCA循环，旋挖钻机钻孔桩质量得到保证，成孔倾斜度明显降低；终孔时孔底标高测量更加准确；解决了旋挖机在较大直径的卵石层和胶结层及安山岩中遇到的钻进速度慢和钻头磨损厉害的问题。QC小组在PDCA循环前的预定目标得以实现，并取得了良好效果，并在各方面取得了较大收益：1、经济效益实践证明采用旋挖钻机后单桩成孔时间是普通旋转钻机的1/4～1/3，节约了钻孔桩施工时间，带来了良好经济效益。经PDCA循环后一根桩可节约3个小时钻进时间，带来直接的经济效益：节约能源消耗：150×3+37×3=561元减少钻头消耗：40×3=120元减少人工：6×100×3/8=225元单桩总计节约资金=561+120+225=906元2、技术效益通过PDCA循环，我们实现了旋挖钻机在直径为2.0m，最大钻进深度达86m的长大钻孔桩施工；达到了对旋挖钻机成孔质量的有效控制