长江冲积平原为淤泥质粘土、粉砂、细砂、砾砂等软弱地质层带。受河流水位影响，在钻孔桩施工时极易产生缩径、塌孔等事故。在汛期时，地下水位的升高，对钻孔施工更加不利。传统的旋转钻机在软弱地质段施工质量较好，但施工进度较慢。为此在对旋挖钻机的施工原理及存在问题调查研究的前提下，并结合以往软基地质层钻孔施工经验，增选了旋挖钻机进行桩基钻孔施工。在郑州市航海东路跨京港澳高速公路立交桥新建工程、湖北东荆河大桥工程中，取得了良好的效果。

 

　　1．旋挖钻机钻孔适用范围及优势

 

　　1.1适用范围：

 

　　适用于地下水位高，穿越淤泥质粘土、粉砂、砾砂等软弱地层桩基的钻孔施工。也适用于较好地质情况下的钻孔桩施工。

 

　　1.2优点：

 

　　⑴钻机现场移动方便，钻孔速度快，成孔质量优良，能有效缩短施工工期。

 

　　⑵施工进度快而施工成本低。经过实际观测旋挖钻机平均一天最少可以完成一根钻孔桩，而旋转钻机3天左右才能完成一根，大大加快施工进度。同时对优质泥浆进行循环再利用，大大降低了成孔费用。并且通过灌注钻孔桩的砼用量来看，旋转钻机的扩孔率要达到6%～8%，而旋挖钻机只有3%～4%。以平均节约3%混凝土，经济效益明显。

 

　　⑶可提高灌注桩的承载力。旋挖钻机成孔中静压优质泥浆在孔壁上形成厚的泥皮护壁，但由于钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙。与传统的钻孔灌注桩相比，旋挖钻孔灌注桩的承载能力得以提高。

 

　　⑷良好的环保性在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆只起支护作用，钻削土中的泥浆含量相当低，这使污染源大大减少。

 

　　2．桥梁基础施工中旋挖钻机施工工艺流程

 

　　2.1工艺原理

 

　　旋挖钻机通过自带动力头提供钻孔所需扭矩，驱动钻杆和钻头旋转，使钻斗切削土层，利用多层伸缩式钻杆和钻头的特殊结构及时快速出渣，实现较高速钻进。钻进中钻头多次上下往复作业，以保证成孔的质量。钻孔中采用优质泥浆护壁，确保孔壁的稳定。成孔后二次清孔采用泵吸换浆法及时快速清孔。

 

　　2.2施工工艺流程及操作要点

 

　　2.2.1施工工艺流程〔见图2.2.1〕

 

　　2.2.2工艺操作要点

 

　　2.2.2.1施工准备

 

　　⑴场地、便道和用水用电

 

　　根据现场情况，做好施工场地平整。修建施工便道，确保钻机和其它车辆通行顺畅。准备好发电机，以防突发事件。根据当地实际情况将施工用水引至施工现场。在场地范围内布置好泥浆池、沉淀池备用。

 

　　⑵施工测量

 

　　建立测量控制网，对桩位进行施工放样。定出的桩位，及时设置护桩，并交施工队看管保护。桩位和护桩严禁机械在上行走碾压。

 

　　⑶埋设护筒

 

　　护筒采用厚度10mm的钢板制作成整体钢护筒，长度3.0m。护筒埋深要求在地面以下不小于2.0m，顶端高出地面0.3m。钻机就位后，用大于护筒直径的钻头施钻至护筒埋设底标高，安装护筒，检查护筒中心和垂直度符合要求后四周分层夯填粘土。

 

　　图2.2.1施工工艺流程图

 

　　⑷钻机就位

 

　　旋挖钻机自重较大，旋挖钻机就位时均在其底铺放厚度16mm的整体钢板，以增大受力面积。然后调节下部导向圈、调直钻杆、将钻斗导向尖与桩位对齐，保证插钻正确，防止钻孔偏斜。

 

　　⑸储浆池造浆

 

　　储浆池标准依据钻孔所需泥浆用量及造浆能力而定。考虑旋挖钻对优质泥浆的特殊要求，制浆原料可选用塑性指数大于25，粒径小于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘质土制浆。现场缺少上述性能的粘质土，调制的泥浆性能不符合要求，可在泥浆中掺入了钠质膨润土、纯碱Na2co3和CMC纤维素以改良泥浆性能。膨润土泥浆具有相对密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。纯碱的作用是可使pH值增大到10。泥浆PH值以7～9为宜，可以增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量。CMC纤维素的特性是形成高粘度的胶体、溶液，有粘着、增稠、流动、乳化分散、保水、悬浊等特性。含CMC纤维素的泥浆能使孔壁形成薄而坚、渗透性低的滤饼，使失水量降低。能使钻机得到低的初切力，使泥浆易于放出裹在里面的气体，同时把碎物很快弃于泥坑中。泥浆和其它悬浮分散体一样，具有一定的存在期，加入CMC后能使它稳定而延长存在期。高粘度的CMC适用于密度较小的泥浆，低粘度的CMC适用于密度大的泥浆。选用CMC应根据泥浆种类及地区、孔深等不同条件来决定。

 

　　泥浆调制采用泥浆搅拌机搅拌，搅拌时先将定量的清水加入搅拌鼓，再投入适量膨润土和纯碱并开动机器搅拌。造浆过程中要边搅拌边投入配料，投入配料搅拌均匀后再进行二次投料，循序投入配料。严禁一次将全部用量的配料一次投入，给泥浆搅拌均匀造成困难。

 

　　⑹钻进

 

　　初始钻进进尺要缓慢，尽量减少钻杆晃动，保证钻孔的垂直度。钻进过程中，应随时调整机架保持钻杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底沉渣。斗底铁门在钻进中始终要保持关闭状态，以防止钻斗的土砂掉落到孔内。钻斗在孔内的升降速度必须控制好，速度过快，钻斗内的水流会冲刷孔壁，甚至在钻斗下方产生负压而导致塌孔.一般砂类土在桩径1.5m时钻斗提土速度为0.5～0.6m/s，空钻斗升降速度为0.7～0.9m/s。随钻孔深度的增加，其升降速度宜减小。成孔后钻头要多次上下往复作业，以保证孔径满足要求。对泥浆性能进行随时观测和试验，以保证钻孔过程中泥浆的性能稳定，防止孔内水位波动，护壁质量不佳，使孔壁砂向孔内涌流。孔的垂直度主要是靠调整机座、大臂和钻杆座孔之间的相对位置来确定的。大臂和钻杆座孔上都装有刻度盘，调整大臂和钻杆座孔的相对位置，通过刻度盘指针的指示即可知道钻杆是否垂直于机座；机座上装有水准仪，利用水准仪可以将机座调平。因此，只要将机座调平，同时使钻杆垂直于机座，那么钻杆就垂直于地面了，这样就保证了钻进中孔的垂直度。

 

　　⑺清孔

 

　　钻孔到位后，进行第一次清孔，排除孔底沉渣。排渣时用带挡板的钻斗空转清渣，不得加深钻进。清渣完成后进行孔深测量。

 

　　⑻检查成孔质量

 

　　采用探孔器检测桩孔的桩径、桩长及竖直度能否满足要求。如发生卡壳、下沉不到位的情况需用钻斗重新扫孔，清除沉渣。

 

　　⑼钢筋笼及混凝土导管安装

 

　　钢筋笼安装时要避免刮伤孔壁。钢筋笼四周布置保护层钢筋或混凝土垫块以保证笼子的位置符合设计要求。导管按照编号依次放下，全部入孔后要保证悬空高度满足规范要求。

 

　　（10）二次清孔

 

　　孔内钢筋笼及导管安装完毕后，采用泵吸法抽渣换浆法进行二次清孔。启动真空泵，辅助砂石泵启动抽排孔内泥渣。砂石泵的泵量不宜太小，否则对大的泥渣和清孔时间、质量不利。清孔时储浆池内的优质泥浆要不断向井孔内补浆，以保持泥浆水头高度稳定。从孔内换出的泥浆进入泥浆泥淀池进行泥浆净化后循环至储浆池回收重复利用。因钻孔用泥浆为优质泥浆，仅起护壁作用，相对密度均较低，在1.05～1.10之间，可使砂石泵的抽吸作用得到很好的效果。清孔即将完毕时，测孔深及孔底抽出泥浆的相对密度，当孔底沉渣符合规范及抽出泥浆性能符合灌注要求时，清孔完成，即可进行水下砼灌注工序的施工。

 

　　3．施工过程中的安全质量与环保控制

 

　　3.1施工质量控制

 

　　3.1.1严格按照《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）及《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）对钻孔质量进行检查。

 

　　3.1.2合理布置控制桩并定期进行检查和联测。

 

　　3.1.3严格控制成孔过程，加强泥浆性能、孔径、孔深、垂直度、沉渣厚度的检测，并做好记录。

 

　　3.1.4钻机操作人员要严格按照操作规程和钻孔作业指导书进行设备操作和钻孔施工。

 

　　3.1.5现场根据出渣做好地质情况记录。

 

　　3.1.6及时清理外运弃渣，在孔旁堆积高度不得超过2米，防止对孔壁产生压力。

 

　　3.1.7加强钻机的检查和维修，保证钻孔施工连续顺利完成。

 

　　3.1.8二次清孔检查合格后，应及时灌注混凝土。防止停孔时间较长，孔壁发生变化塌方或孔内泥浆中悬渣下沉使孔底沉渣变厚。

 

　　3.2施工安全控制

 

　　3.2.1对于已埋设护筒未开钻或已成桩护筒尚未拆除的应加设护筒顶盖或铺设安全网遮罩。

 

　　3.2.2使用的电缆要定期检查，接头必须绑托牢固，确保不透水、不漏电，对经常处于水、泥浆浸泡处应架空搭设。

 

　　3.2.3因故停钻，应将钻头提出孔外，落放地面，防止塌孔埋钻。

 

　　3.2.4定期检查设备部件润滑油、高压油管路及其连接情况。

 

　　3.2.5施工现场设置安全警示牌，非施工人员严禁入场，防止人员、机具落入井内。

 

　　3.3施工环保控制

 

　　3.3.1贯彻“预防为主、保护优先，开发与保护并重”的原则，采取可靠措施，做好施工中水土保持工作。

 

　　3.3.2尽量减少对植被的破坏，对于确需占用的土地，在使用完后应及时进行恢复。

 

　　3.3.3采取有效措施降低施工噪音和废气污水对周围环境的影响。

 

　　3.3.4对废弃的泥浆严禁随意排放，应集中到沉淀池中净化风干处理。避免泥浆中残留的水泥及化学药品对周围环境造成污染。

 

　　3.3.5对钻孔中所提出的钻碴应集中到专门的弃碴场地，避免对周围环境受到影响或使场地受到限制。

 

　　结束语：综上所述，在软弱地质层采用旋挖钻施工在保证施工质量的前提下，加快了进度，结约了成本，在此类地质条件下采用旋挖钻机施工，不失为一个行之有效的方法。