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旋挖钻机穿越富水厚流沙层成孔新技术
　　摘要：当各类灌注桩成孔机具遇到富水厚流沙层时常常会发生严重塌孔问题，因此会产生一系列延误工期、造价增加质量难以保证等等后续问题。工程上急需一种新的灌注桩成孔施工工艺。 　　关键词：流沙层、塌孔、护壁、技术处理 　　中图分类号： TU94 文献标识码： A 　　 　　1工程概况 　　本工程包括地面三层及地下一层。地下一层，为新建掘开式工程，基坑深度为12.4米，基础为筏板基础，主体结构为钢筋混凝土框架毅力墙结构。地面三层，基础为灌桩桩基础。 　　 　　2工程特点 　　根据地质勘察报告提示，拟建场地范围内的地质各部如下： 　　地下人防指挥所基东侧距地下室为河涌；基坑南侧距地下室边线约30米为天然基础建筑物及人工湖；基坑西侧紧邻湖，其中西南角尚有湖水要进行回填；基坑北侧距地下室边线约22.5米为市政公湖，紧挨拟建地面建筑。根据地理位置显示拟建项目四面环水，地下水丰富且据钻探揭露，拟建场地在勘察深度范围内的地层有填土层、中粗砂层、第四系冲积层、坡积层及残积层等。其中的粗砂层显示为稍密，含较多粉粘粒，具粘结关，厚度分布不均匀：2.0~8.1米，平均4.8米。 　　 　　3灌注桩成孔工艺优选 　　由于本工程地下水丰富且流沙层较厚，经过成孔机具优化选择，结合工期及造价要求，旋挖钻贡满足本工程的施工要求。但根据本工程的特点需对施工工艺进行创新的改进，旋挖钻机在含水丰富流沙层中钻进的关键技术是控制好塌孔、吸钻、缩颈现象，需配置合理的泥浆，在钻进过程中起到较好的护壁作用；当钻至流塑地层时需注意操作方式的调整，过多的扰动很可以能导致孔臂意外事故的发生。 　　 　　4流沙层成孔技术改进 　　成孔技术改进有三个方面。第一方面：浆体配合比设计，通过现场试配制及试使用情况比较分析，确定出合适现场地质条件的粘度、PH值和含砂率的参数；第二方面：护壁桨体的制作使用，通过现场对操作工人配制的技术交底，在配制浆体过程严格用检测仪检验粘度、PH值和含砂率参数，使其均符合要求；第三方面：穿越砂层的旋挖施工工艺及参数；二次旋挖施工工艺与参数，设计施工工艺及通过试桩钻孔数据及实际情况比较来获取各工艺过程经验参数，确定越过砂层时空钻开始，并空转一定时间；另采用二次旋挖，孔底沉渣连同剩余层一同钻起，达到第一次清孔目的。 　　保证成孔质量除了采用常规的技术手段外还应重点解决富水厚流沙层易塌孔的问题。解决塌孔问题主要在于防止初始塌孔的的形成，防止发生连续塌孔的恶性循环，即；解决塌孔主要在于防，而不是在于救。 　　（1）合理调配泥浆，针对流塑地层的特点，需要配置高粘度、中等容重的泥浆进行护壁。鉴于国内膨润土质量好坏不一、泥浆粘度要求较高等原因，泥浆的配比可按照如下方案：水：膨润土：CMC：纯碱=：2.5：4，并加入少许粘土搅拌均匀后，控制泥浆容重在1.20左右，粘度不小于45s，PH&8。值得注意的是：在泥浆池中加入膨润土、纤维素、纯碱后需静置一段时间（24h），待膨润土完全水合后再用长臂小挖掘机在泥浆池中倒入粘土充分搅拌。且在开钻前2h用小挖掘机再次搅拌，开钻前检测所配置的泥浆是否达到要求（挖掘机搅拌过程中应时刻注意测量泥浆各参数值，达到 工程所需值后即可停止搅拌），否则再向泥浆池中酌情添加原料； 　　（2）在钻关上设置通气孔，保证提钻过程中钻关上下泥浆流动，防止出现提钻过程中的真空现象； 　　（3）保持泥浆液面高出地下水水面2~3米，可以通过加高护筒或在孔周围设置粘土坝来实现； 　　（4）调整操作方式：控制泥浆液面，并在钻孔过程中始终保持距护筒上边缘30~40cm （特别在提钻时）。钻至软土及砂层时；软土和砂土层为易塌孔地层，操作时要尽量注意减少对孔壁的冲刷和扰动，操作方法严格遵循“三慢”原则：即提、放钻及钻进转速慢，通过严格控制钻具的运动速度来减少泥浆对孔壁的扰动，并为泥皮形成留足时间；地面观察：时刻关注泥浆液面，当发现泥浆液面突然下降且大量泡沫涌出时，可判断出现局部塌方，应立即停止钻进并保证在钻斗底打开的情况下，缓慢地提升钻头，防止因扰动而引起二次塌方； 　　（5）局部塌方事故处理：当发现有局部塌方时，继续向孔内注入泥浆同时提出钻头，用挖掘机向孔内倾倒足量粘土，然后下放钻头反转压实粘土，边压边反转，待稳定后再用前文所述方法钻进。在操作的过程中要注意如下事项：在钻进过程中还应时刻注意泥浆液面，若发现有塌方迹象时应尽快采取相应措施；保持泥浆液面高度，勤加泥浆；在整个钻进过程中，提、放钻头一定要非常缓慢；注意钻机沉降情况，一旦发现异常立刻安排钻机离场，现场人员及时撤离。 　　5应用技术效果 　　通过改变旋挖工艺，采用二次旋挖，达到第一次清孔的目的，有效提高清孔效果。即当钻孔钻进至设计标高50cm时，停止钻进。目的就是让泥浆中所含的砂子沉淀至孔底，当泥浆含砂达到一定值时，砂子不再下沉。静止30分钟后，将沉淀的砂子和钻渣连同剩余50cm孔深一同钻起，使孔底沉渣降至最少。 　　在钻进过程中，保持好静水压柱水压力，孔内泥浆的液面不得低于孔口护筒高度的1/2（应大于1m），也不应低于孔口500mm，不足时及时补浆，始终保证浆液面对孔壁的侧压力，防止坍塌。 　　在厚砂层进行旋挖钻进施工，遇砂层时钻机速度减慢，转速控制在18s/转以下，应提吊钻头旋转，缓慢钻进，不得加压钻进，越过砂层后空钻2个行程，提升或下降速度控制在1.5m/分钟以内，保证泥浆在孔壁周围有效形成泥皮，不会对砂层造成扰动，达到止水护壁效果。 　　 　　参考文献： 　　JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S]。
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系统分类：&>>&旋挖钻机施工经验总结
作者：安全管理网　来源：安全管理网　点击：
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旋挖钻机施工是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，该施工方法的主要特点是施工效率高。旋挖钻机因其具有程控速度快，移动灵活方便，产生废浆少，低噪音，环境污染小、适应地层较广泛等特点，在桥梁桩基施工中得到广泛应用，适用于工期要求进的工程项目，在特大桥施工发挥着重要作用。
1?? 工程概况
基础大多采用钻孔桩基础，桩基直径均采用1.0m，根据不同跨度和地质条件，单个承台的桩基数量多采用8根，部分采用10根或12根。桩长一般采用20m～30m。桥址区为剥蚀平原，地形平缓，多为农田，果园。表覆第四系全新统坡洪积层（Q4dl+pl）粉质黏土、黏土、粉土、粉砂、细砂、中砂、粗砂及砂砾。下伏白垩系上统王氏群（K2w）泥质粉砂岩、砂岩及砾岩，产状为180°∠30°。
2?? 设备特点
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机的额定功率一般为125～450kW，动力输出扭矩为120～400kN·m，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。该类钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能，主要用于市政建设、公路桥梁、工业和民用建筑、地下连续墙、水利、防渗护坡等基础施工。适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及短螺旋不易钻进的含有卵石、碎石的地层。青荣城际铁路马格庄跨军用专线特大桥采用SR220C机型，最大扭矩220kN·m，最大成孔直径2000mm，工作状态高度20852mm，工作状态宽度4300mm，运输状态宽度3000mm，运输状态高度3210mm，运输状态长度15020mm。
3?? 施工工艺及质量控制
3.1施工前的基本准备
开工前应具备场地工程的地质资料和必要的水文地质资料、桩基工程施工图及图纸会审纪要。收集施工现场环境和邻近区域内的地下管线（管道、电缆）、地下构筑物、危险建筑、精密仪器车间等的调查资料。施工机械与设备用的测量仪器，如经纬仪、水准仪、钢卷尺、旋挖钻机、电焊机等机械设备须有出厂合格证及计量器具的检定合格证。
施工场地平整处理，保证旋挖钻机底座场地平整，夯实，避免在钻进过程中钻机产生沉陷。根据线路勘测时放出的中心桩位，提前挖好泥浆池，并蓄积好用于配置泥浆的水。
3.2桩位放样
按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，进行钻孔的标高放样时，应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范 &&要求内。桩位确定后利用十字线放出四个控制桩位（十字护桩），并以十字护桩为基准进行护筒埋设。
图1 十字护桩示意图
3.3钻机就位
钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。要检查钻机工作地面基础稳固情况，不稳固的需处理好后方能进行下步工序施工。使钻头中心与控制桩十字线中心吻合，不能超出规范要求。钻机操作人员必须有操作证，其他相关作业人员也都必须持证上岗。钻机行走时尽量不破坏场地，观察便道宽度、坡度和密实程度。注意上空有无障碍物及电线，确定下一平台的桩位钻进顺序及将要开孔的桩号，观察平台场地平整度及密实度，并确定钻机定位位置，定位后是否影响灌注、倒渣、清渣，并尽可能的不破坏桩位，检查泥浆存储量及质量等等。
3.4埋设护筒
钢护筒埋设前，先准确测量放样，保证钢护筒顶面位置偏差不大于5cm，埋设中保证钢护筒斜度不大于1％；埋设钢护筒前，采用较大口径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后，提出钻斗且用钻斗将钢护筒压入到预定位置。用粗颗粒土回填护筒外侧周围，回填密实，以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落。如果护筒底土层不是粘性土，应挖深或换土，在孔底回填夯实300-500mm厚度的粘土后，再安放护筒，以免护筒底口处渗漏塌方，夯填时要防止钢护筒偏斜。护筒上口应绑扎方木对称吊紧，防止下窜。长度4m以内的钢护筒，采用厚4-6mm的钢板制作，长度大于4m的钢护筒，采用厚6-8mm钢板制作；钢护筒埋置较深时，采用多节钢护筒连接使用，连接形式采用焊接，焊接时保证接头圆顺，同时满足刚度、强度及防漏的要求；钢护筒的内径应大于钻头直径，具体尺寸按设计要求选用；钢护筒埋设深度应满足设计及有关规范要求。若桩孔在河流中，应将钢护筒埋置至较坚硬密实的土层中深0.5m以上；钢护筒顶高出施工水位或地下水位1.5-2.0m，并高出施工地面0.3m-0.5m。
在护筒的安装和拆除时应特别注意护筒吊点位置的正确，护筒顶部应该对称设置2个吊点，护筒吊点对称起吊才能护筒才能垂直。如果使用两根钢丝绳起吊，两根钢丝绳长度必须一致，特别是在复杂地质下护筒时，对于控制护筒偏差和垂直度是特别有益的。
护筒埋设示意图
3.5泥浆拌制
在钻孔灌注桩的施工过程中，为了防止坍孔，稳定孔内水位及便于挟带钻碴，通常采用澎润土制备成泥浆进行护壁。泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力，以确保孔壁的稳定，所以泥浆的比重在起到保持这种压力差方面具有关键作用。如果钻孔中的泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用；如果泥浆的比重过大，则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难，使成桩质量难以得到保证。要充分发挥泥浆的作用，其指标的选取是非常重要的。就要求在实际工程的施工中，根据工程地质具体情况，合理地控制不同土层中泥浆的指标。
3.6钻进施工
成孔前必须检查钻头保径装置、钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换。成孔中，按试施工确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度，通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证了成孔的垂直度。随时保证水位不得低于护筒顶0.5米。任何情况下加浆，不得使水头冲击孔壁，造成孔壁失稳。钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。钻进过程，回转斗的底盘斗门必须保证处于关闭状态，以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中，破坏泥浆的配比；每个工作循环严格控制钻进尺度，避免埋钻事故；同时应适当控制回转斗的提升速度，施工实践表明，1000毫米的桩径升降速度宜保持在0.7-0.8m/s，提升速度过快，泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，冲刷孔壁，破坏泥皮，对孔壁的稳定不利，容易引起坍塌。
3.7地质情况记录
地质情况记录按相应的地质的相关的表记录；旋挖钻机钻进施工时及时填写《钻孔记录表》，主要填写内容为：工作项目，钻进深度，钻进速度，及孔底标高；《钻孔记录表》由专人负责填写，交接班时应有交接记录；根据旋挖钻机钻孔钻进速度的变化和土层取样认真做好地质情况记录，绘制孔桩地质剖面图，每处孔桩必须备有土层地质样品盒，在盒内标明各样品在孔桩所处的位置和取样时间；旋挖钻机孔桩地质剖面图与设计不符时及时报请监理现场确认，由设计单位确定是否进行变更设计；钻孔时要及时清运孔口出渣，避免妨碍钻孔施工、污染环境；钻孔达到预定钻孔深度后，提起钻杆，用测量孔深及沉渣厚度。
3.8成孔检查
成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。成孔检查方法常用下探笼方法测孔，简单便捷。质量检查合格后，移走钻机，及时进行下步工序。
钻孔过程中事故预防措施
①选择有经验、责任心强的施工队伍，保证操作人员的素质；
②加强钻具检查，对加工不良的钻具严禁使用；
③对孔内水头高度，泥浆的相对密度和粘度经常观察和检测，发现问题及时解决，尤其在钻孔排渣、提锥除土或因故停钻时应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆性能指标，以防坍孔；
④钻孔作业应分班连续进行，经常注意土层变化，在土层变化处捞取渣样，判明土层，然后跟地质剖面图核对，根据土层情况采取相应措施，保证施工质量；
⑤升降钻锥须平稳，钻锥提出井口应防止碰撞护筒、孔壁，防止钩挂护筒底部，拆装钻杆时力求迅速。
3.9钢筋笼的安装
钢筋笼在钢筋场一次性加工完成，采用大型平板车运输到现场。钢筋骨架吊装就位采用25t汽车吊。采用两吊点。第一吊点在骨架的下部，第二吊点设在第一层加筋箍处（或根据钢筋骨架长度和施工现场具体情况确定）。对于长骨架，起吊前在骨架内部临时绑扎Φ20钢筋以加强其刚度。起吊时，先提起第一吊点，使骨架稍稍提起，与第二吊点同时起吊。待骨架离开地面后第一吊点停止起吊，继续起吊第二点。随着第二点不断上升，慢慢放松第一点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。当骨架进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰壁。然后，由下而上地逐个解除临时径向骨架筋。直至该桩钢筋骨架下完到设计标高为止。下钢筋骨架的同时应取掉标示牌并将钢筋“耳朵”保护层焊接上。特别注意钢筋笼暗访完成后，要采取必要的防浮笼措施，防止灌注混凝土的过程中钢筋骨架上浮，如用一端带有U型叉、一端配有扣件的钢管两根，向下叉住钢筋笼，上端调节扣件高度并将扣件固定在护筒的两个对称吊孔上。
清孔是孔桩施工、保证成桩质量的重要一环，通过清孔确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等符合桩孔质量要求。本次采用正循环回转钻进技术，其清孔方法：桩孔终孔后将钻具提高20~50cm,采用大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆并维持正循环30min以上，直到清除孔底沉渣且使孔壁泥质、泥浆含砂量小于4%为止。工程桩孔因有较厚的松散易坍土层，清孔后不能立即终孔，而在孔内下入钢筋笼，安装好灌浆导管后施行二次清孔作业，以使砼灌注前孔底沉渣厚度符合要求，保证砼成柱质量。
3.11混凝土灌注
a.灌注前，测定底沉淀层厚度。如超出规定厚度，则进行第二次清孔使沉淀厚度达到设计要求，然后立即灌注首批水下混凝土。
b.灌注首盘水下混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要。导管直径为300mm，灌注桩径为1.0m桩时,要求首批混凝土方量必须在≥1.9m3,灌注时采用2.5m3的料斗。待料斗装满混凝土后再启动吊阀
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旋挖钻机处在流沙层时的正确处置方法
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　　解决塌孔问题主要在于防止初始塌孔的形成，防止发生连续塌孔的恶性循环，即：解决塌孔主要在于防，而不是在于救。　　1、合理调配泥浆，针对流塑地层的特点，需要配置高粘度，中等容重的泥浆进行护壁。　　2、在钻头上设置通气孔，保证提钻过程中钻头上下泥浆流动，防止出现提钻过程中的真空现象;　　3、保持泥浆液面高出地下水水面2～3m，可以通过加高护筒或在孔周围设置粘土坝来实现;　　4、调整操作方式：控制泥浆液面，并在钻孔过程中始终保持距护筒上边缘30～40cm。(特别在提钻时)。钻至软土及砂层时：软土和砂土层为易塌孔地层，操作时要尽量注意减少对孔壁的冲刷和扰动，操作方法严格遵循“三慢”原则：即提、放钻及钻进转速慢，通过严格控制钻具的运动速度，来减少泥浆对孔壁的扰动，并为泥皮形成留足时间;地面观察：时刻关注泥浆液面。　　当发现泥浆液面突然下降且大量泡沬涌出时，可判断出现局部塌方，应立即停止钻进并保证在钻斗斗底打开的情况下，缓慢地提升钻头，防止因扰动而引起二次塌方;局部塌方事故处理：当发现有局部塌方时，继续向孔内注入泥浆同时提出钻头，用向孔内倾倒足量粘土，然后下放钻头反转压实粘土，边压边反转，待稳定后再用前文所述方法钻进。（本文来自泰信机械）
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