钻孔灌注桩自问世以来，广泛应用于工业建筑、高层楼宇、水利水电及桥梁码头等工程建设中。同时，在这些工程建设中，钻孔灌注桩的设计理论和施工技术也在不断发展和完善。按照成孔工艺可将钻孔桩基设备分为：正反回旋钻机、潜孔钻机、潜水钻机、锚杆钻机、旋挖钻机、冲击钻机等。针对不同地质情况选用不同的钻机类型，但选用时并没有明确的界限。同一地质类型可选用多种钻机进行施工，但在某些地层地质变化差异较大的钻孔桩施工过程中，选用一种钻机很难顺利地成孔。为保证钻孔施工顺利和成孔质量，在技术条件限制下只能针对不同地层选用不同类型钻机钻进的方法进行。但更换钻机费时费力，且对泥浆护壁造成破坏，很容易造成塌孔或孔位偏移。本项目主要技术特点为：通过对钻头进行改造，采用一种钻机一次性穿过砂层和泥岩层的钻孔桩成孔技术。该方法的成功应用有效解决了淮河复杂地质条件下单机成孔的技术难题，最大化降低了淮河复杂地质条件下钻孔桩成孔的施工成本和塌孔风险。为其他复杂地质条件下的钻孔桩施工提供了一种新型的压轮钻头，同时也为今后同类型工程的施工提供了很好的借鉴意义。

 

　　2.1工程概况

 

　　项目建设区地貌单元为淮河冲积平原，具河漫滩及河间平地微地貌，地势较平坦。河漫滩沿淮河两侧平行展布，组成物为河流近代沉积物、岩性为全新统粉土、粉质粘土。标高一般为18.2-20.6m左右。河间平地分布在评估区北部，成因形态类型属堆积-腐蚀平原。地表沿性为上更新统河流相沉积的灰黄色、褐黄色的粉质粘土。

 

　　2.2工程难点①淮河钻孔桩桩位处地质情况按高程从上到下依次为粉质粘土及粉土、中砂、全风化粉砂质泥岩、强风化粉砂质泥岩，有一些部位在中砂层中夹杂2m左右的粉质粘土层，地质组成复杂，不同土体强度差别大，桩基施工钻机选型是本工程的难点。②钻机钻进至中砂层时，施工时产生的振动、吸泥排浆时产生扰动和压力容易造成砂层坍塌；泥岩在钻进前异常坚硬，扰动后受泥浆浸泡极易软化，产生胶凝状物质附着于钻头，沉积于孔底难以排出钻渣。如何解决砂层和泥岩层中钻进成孔问题是本工程的另一难点。

 

　　3钻机选型

 

　　拟选用的钻机类型有：正循环钻机、反循环钻机、根据不同地质换用不同钻机、改造钻头采用同一钻机。

 

　　3.1正循环钻机①施工方法：泥浆高压通过钻机的空心钻杆，从钻杆底部射出，底部的钻头在回转时将土层搅松成为钻渣，被泥浆悬浮。随着泥浆上升而溢出流到井外的泥浆溜槽，经过沉淀池沉淀净化，泥浆再循环使用。②优点：a钻进过程中产生的机械扰动小，不容易破坏泥浆护壁；b泥浆护壁质量高，钻进至砂层地质时不易发生塌孔。③缺点：a在钻进泥岩层过程中，由于泥岩在钻进前异常坚硬，扰动后受泥浆浸泡极易软化，产生胶凝状物质附着于钻头，沉积于孔底难以排出钻渣；b钻进至泥岩层时速度慢，施工效率低。

 

　　3.2反循环钻机①施工方法：与正循环相反，泥浆由钻杆外注入井孔，用真空泵或其他方法（如空气吸泥泵机）将钻渣从钻杆中吸出，泥浆起辅助护壁作用。②优点：a钻进速度快，施工效率高；b钻进泥岩层时钻渣能够顺利排出，不影响钻进。③缺点：a钻进过程中机械扰动大，容易破坏泥浆护壁，导致塌孔；b本工程砂层强度较低，吸泥排浆时产生负压容易造成砂层坍塌。

 

　　3.3根据不同地质换用不同钻机①施工方法：根据地质资料，在中砂地质使用正循环钻机，在泥岩地质时换用反循环钻机。②优点：相对缩短了成孔时间、提高了施工效率。③缺点：a更换钻机间隔时间相对较长，容易造成塌孔。由于泥岩在距孔口约70m左右位置，整个更换钻机过程最少需要10小时，在这期间由于泥浆沉淀、换钻机时的扰动、地下水渗透中砂层极易发生塌孔，给施工带来很大的风险。b由于更换钻头、泥浆循环方式的变化，孔内的泥浆护壁质量下降严重。重新钻进时使泥浆护壁破坏，极易发生塌孔，给施工带来很大的困难。

 

　　3.4改造钻头采用同一钻机①施工方法：采用反循环钻机施工，但对钻头进行改良，增设钻头压轮。②优点：a采用一台同时适用于砂层和泥岩层的钻机一次性成孔，有效缩短了成孔时间，提高了施工效率。b孔内泥浆护壁质量大大提高，减小了塌孔隐患，保证了成桩质量。c钻头压轮为钻头附加件，一次加工成型，可以重复使用，磨损后进行简单修复仍可继续使用。③缺点：加工钻头压轮时对结构尺寸精度要求较高，需根据桩径和钻头直径进行准确定位并焊接牢固。

 

　　以上四种钻机方案经技术经济比选，并结合施工操作性、安全性及施工效率要求，选用方案四作为复杂地质的钻孔桩成孔施工方案。

 

 

　　4.1压轮钻头构造将钻头压轮焊接固定于循环钻机钻头稳定围壁外侧，压轮外侧尺寸与钻孔桩径一致，压轮内侧距离钻头稳定围壁4cm，防止土体固结、影响压轮滚动。压轮与稳定围壁通过与稳定围壁焊接的钢板及转轴进行相互连接，钻头转动时钻头压轮与孔壁接触，压轮滚动压实孔壁土体；减小钻头稳定壁对孔壁摩擦扰动。

 

　　4.2压轮钻头工作原理钻进时通过钻头下部的合金钢牙将土体扰动粉碎，通过反循环方式将泥浆排出孔外，钻头即可下沉、钻进。增加压轮一方面可以压实孔壁土体提高密实度，另一方面滚动的方式不会损伤护壁质量。钻进至中沙层时由于压轮为滚动摩擦减少对岩层的扰动，且通过压轮挤压使泥浆挤入砂层间隙，提高泥浆护壁效果；钻至泥岩层时，由于土体遇水浸泡之后软化，在孔壁内外土压力差作用下极易造成塌孔，增设钻头压轮后，通过稳定围壁外侧的压轮与孔壁接触，滚动压实孔壁土体，提高了土体密实度、增加了土体强度。钻头钻进过程中钻头压轮与孔壁相接触，通过压轮的滚动压实土体，多余附着的泥土可通过压轮与稳定围壁之间缝隙，通过压轮的转动重新压回到孔壁。钻头继续钻进，形成连续、稳定、平整、密实的护壁。

 

 

　　与更换钻机相比，使用压轮钻头造价低廉，且大大减少了施工工序及工作量，缩短钻孔桩成孔时间，避免塌孔现象，降低了施工安全风险。使用压轮钻头后塌孔、孔底沉渣过厚、扩孔缩孔等钻孔桩不合格率得到有效的控制，淮河中砂、泥岩复杂地质的钻孔桩成桩质量得到了大幅提高，施工效率得到了明显的提高，同时由于不需频繁更换钻机，施工成本也得到了有效控制，取得了很好的效果。

 

 

　　采用自主设计制造的新型压轮钻头进行复杂地质钻孔桩的施工方法在淮南孔李淮河大桥工程的成功应用，有效解决了在淮河流域同时穿越中砂、泥岩地质的钻孔桩成孔施工难题，最大化提高了成孔质量和成孔效率，取得了很好的效果，实现了良好的经济效益和社会效益。

 

　　该方法在淮南孔李淮河大桥工程的成功应用，为其他复杂地质钻孔桩施工提供了一种新型的压轮钻头，同时也为今后同类型工程的施工提供了很好的借鉴。