1引言

 

　　旋挖钻机最早出现于西方国家工程施工中，目前在我国被广泛应用与桥梁桩基工程施工中，旋挖钻机以其装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活和施工、移动速度快、效率高等优势，适用于我国大部分地区的土壤地质条件，再配合不同的钻具，被广泛应用与桥梁、市政建设、高层建筑等钻孔灌注桩工程中。旋挖钻机相对于其他钻机的明显工艺优势有：广泛的适用性、良好的环保性和能够提高灌注桩的承载力[1]。旋挖钻机虽然在成孔工艺中适应于大部分地层，但由于其在我国应用较晚，因此在工艺上还存在很多缺陷，常见的问题为塌孔和埋钻[2]。旋挖钻机在较厚的砂层中施工成孔受到一定的限制，尤其在地下水埋藏较浅的砂层中则更困难[3]。西安高新技术产业开发区某居民安置楼施工场地采用旋挖钻机在厚砂层浅埋地下水地层中，采用新施工成孔工艺取得了成功。

 

　　2工程概况

 

　　西安高新技术产业开发区某居民安置楼项目为30多栋28～32层高层，场地地形平坦，根据本项目勘察报告钻孔揭露描述，本项目场地地层主要为第四系松散堆积物，由上至下主要为：①全新统素填土，厚0.3～1.8米；②上更新统黄土状土，厚6～8米不等；③中更新统冲洪积中、粗砂层，厚10～12米；④中更新统粉质粘土夹砂层，厚18～20米；⑤下更新统粗砂层夹粉质粘土层，厚26～30米。地下水位埋深8.0米，水位年变化幅度为1～2米。地基基础埋置深度为-6.5米，基坑开挖后地基持力层大部分坐落在中砂层上。设计钻孔灌注桩桩长为35米，桩径600mm，钻孔开孔后1.5米即遇地下水。

 

　　3旋挖钻机成孔及存在问题

 

　　西北黄土地区钻孔灌注桩成孔施工机械主要有旋挖钻机、正反循环钻机、冲击钻机，大口径桩会采用人工挖孔成孔。各种施工成孔方案均有其优劣及适用条件，根据不同的地层以及桩基的设计选择最合适的成孔设备是施工单位保证优质完成施工工作的关键。本项目由于地层原因成孔机械可选择的有反循环钻机和旋挖钻机两种。两种施工机械均有其优劣势，本项目施工单位考虑到施工成本、工期和自身有足够台旋挖钻机可进行施工等问题，所以综合考虑后施工方案确定为旋挖钻机进行成孔施工。采用旋挖钻机施工过程中由于基底地层地下水位埋藏较浅且砂层较厚的原因，塌孔现象比较严重，进尺困难，钻机成孔成功率较低。项目经理及钻机组人员采用优质泥浆进行护壁，效果不明显。

 

　　4塌孔原因分析

 

　　本项目桩基施工试桩过程中采用旋挖钻机进行成孔，为了节省施工成本，提高成孔速度，尽可能发挥旋挖钻机的施工工艺优势，因此，钻进过程中旋挖钻机采用4米护筒，并配合高强度的泥浆进行护壁，但钻进过程中塌孔现象仍然严重，进尺困难。施工单位技术人员通过施工现场的观察，结合实际理论对本项目塌孔问题原因分析如下：

 

　　（1）护筒过短

 

　　钻进过程中为了节省施工成本并提高成孔速度，采用4米护筒，而钻机开孔后孔内砂层厚10～12米，因此4米护筒不能满足护壁长度要求，4米以下地层在钻进过程中还是会形成漏斗状塌陷。

 

　　（2）地下水的影响

 

　　由于钻杆在钻进过程中存在上下晃动致使钻孔中地下水波动幅度较大，且钻进过程造成钻孔中砂层松散化，孔内水在波动过程中不断冲撞孔壁，来回冲刷，造成孔侧砂层的坍塌。

 

　　（3）泥浆护臂不到位

 

　　由于旋挖钻机成孔工艺的特点，在钻孔中采用高强度泥浆的护壁效果并不理想，对该项目厚砂层的护壁力度不够，因此造成塌孔。

 

　　5新工艺试验及效果

 

　　针对此工程项目旋挖钻机成孔塌孔问题，相关领导及技术人员组织会议，为了工程桩施工中塌孔问题的解决，相关人员在现场进行各种试验，最终得出了一种既经济又高效的施工解决方案。

 

　　5.1新工艺试验

 

　　由于基坑开挖过程中，开挖出了大量的上部黄土状土，将干燥的黄土状土作为护壁材料进行再利用，具体成孔过程叙述如下，钻机在开孔钻进时，利用已配备的4米护筒按原来的施工方案进行围护，在钻进到4米深度时，利用小型挖机将原先堆置孔边的干燥黄土状土填入钻孔内，旋挖钻机在钻进过程中利用钻杆及钻兜的侧压力作用将填入孔内的黄土状土混合钻孔内的地下水压至孔壁形成比较厚的一层泥皮，按照此方法，边钻进边填土并施加侧压力以便泥皮连续形成，此方案有效地防止了塌孔现象的发生，且成孔速度较快，场地也干净整洁。具体工艺流程如下：

 

　　如此，在护筒以下钻孔孔壁上形成一层较厚的泥皮，有效地控制了塌孔的发展，且在钻进过程中孔内已有地下水对孔壁的冲刷作用也有效的减小了，防止了砂层向孔内坍塌。

 

　　5.2效果

 

　　此成孔工艺试验成功后，在工程桩的施工过程中得到了很好的验证，效果良好。

 

　　（1）成孔成功率为100%，很好的解决了孔壁坍塌问题；

 

　　（2）每台钻机每天正常成孔个数大于10根，相对反循环钻机成孔速度较高；

 

　　（3）钻进过程中有效的利用了开挖土，节省了买高强度泥浆材料的费用，且护壁效果远高于泥浆；

 

　　（4）施工现场不需要挖泥浆坑和排放泥浆，既保持了现场的干燥整洁，且节省了场地空间，为罐车运输及施工人员活动提供了方便；

 

　　（5）一台钻机只需额外配备一台小挖机就足够，成本费用得到了有效控制。

 

　　6结论

 

　　旋挖钻机的新施工工艺在很大程度上节省了施工成本，且有效的利用了旋挖钻机施工的各种优势，使施工工期缩短，场地也在最大程度上保持了干燥整洁。此种施工方法今后对于类似的工程场地具有很好的借鉴作用。

 

　　参考文献(References)：

 

　　[1]刘伟.旋挖钻机的发展及应用[J].建筑机械化，2004.

 

　　[2]周建军，蒲来春.浅谈旋挖灌注桩成孔常见问题的分析及对策[J].山西建筑，2010，36（23）：110-111.

 

　　[3]罗永葵，曾勇生.旋挖钻机在厚砂卵石层及膨胀性粘性土层钻孔灌注桩中的应用[J].探矿工程，2009年增刊.

 

　　[4]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].