旋挖钻机在特殊地层的应用
2018-11-8 9:57:19 点击：
本文结合新疆库阿高速公路项目渭干河大桥桩基施工具体情况，浅谈在砂砾卵石地层和较短的工期时间内旋挖钻机成孔的施工方法和一些施工经验，以供参考。
[关键词] 化学泥浆 聚合物泥浆
1、工程概况
库车至阿克苏高速公路渭干河大桥位于新疆阿克苏地区新和县和库车县交界处，位于戈壁荒漠区，桥长666米，上部结构为装配式预应力混凝土连续箱梁（22-30米），下部为柱式墩桩基础，桥台为肋板式台桩基础，全桥桩基100根，桥台桩长23米，桩径1.2米，桥墩桩长25米、28米，桩径1.7米。
2、桩位地质
根据设计图纸地质勘察报告，该桥地层岩性情况如下：
2.1第四系上更新统洪积层，分布于渭干河河床和上游两侧陡坡上，岩性主要为卵石，深褐色，中密―密实，局部有胶结，角砾及中粗砂充填。
2.2第四系全新统现代河床冲洪积层，分布于渭干河河床，岩性主要为卵石，深褐色，松散―稍密，局部含细沙薄层。
2.3第四系全新统新近人工堆积层，分布与渭干河河床，主要为人工采取的沙石及渭干河河堤。
通过在渭干河河床试钻孔，距河床面1-3米为砂砾层，夹薄沙层，砾石直径在5-15cm，3米以下为卵石层，最大卵石直径30cm。
3、旋挖钻机成孔工艺的确定和施工中遇到的问题
3.1、成孔工艺确定
根据地勘资料，该钻孔桩使用冲击钻成孔较为适宜，冲击钻适宜地质条件较为广泛，但冲击钻机成孔具有施工进度慢、成本高、对周边环境污染较大等特点。
旋挖钻机具有施工进度快，对周边环境污染较小特点，但对其粒径交大卵石层钻进困难。
该桥为项目的控制性工程，项目计划将该桥作为施工亮点工程，通过比选和试桩的成孔情况， 确定该桥桩基使用旋挖钻机成孔。
3.2施工中遇到的问题
通过桥墩桩位的成孔施工，发现旋挖钻机成孔存在以下问题：
3.2.1、遇到较大粒径的卵石、胶结层，旋挖钻机进尺困难。
3.2.2、钻头磨损严重，需要经常补强钻头。
3.2.3、筒钻在提渣时所带泥浆对护筒下缘形成冲刷，护筒下缘容易塌孔
3.2.4、扩孔较为严重
3.3解决办法
根据存在的问题制定的解决措施：
3.3.1、每台钻机备2套普通钻头，增加螺旋钻头和小直径（直径＜80cm）筒式取芯钻头。
当采用普通筒式钻头进尺困难时，换螺旋钻头松动卵石层，然后换普通筒钻掏渣，当螺旋钻头在施工中遇到了卡钻现象或松动困难时，换用筒式取芯钻头，先将胶结层或大卵石取出，再换螺旋钻头松动，最后采用普通筒式钻头取渣。
3.3.2、增加钻机、钻头易损件的储备。
3.3.3、增大泥浆粘度，增加护筒长度，采用4―5米长度护筒，保持孔内泥浆高度，使钻头掏渣所带的泥浆回流在护筒高度内进行。
3.3.4、三种钻头配合使用，扩孔量减小。
4、成孔工艺
4.1、选用的钻机类型
由于施工地层为卵石层，需要较大功率的钻孔机械。本桥桩基成孔采用了一台三一重工220型钻机和一台三一重工250型钻机。
4.2、泥浆配制
4.2.1、工地试验确定泥浆配合比，根据工地情况确定泥浆配合比为：
水：粘土：膨润土＝1：0.4：0.08（质量比）；
4.2.2、计算桩孔体积，挖2倍桩孔体积的泥浆池；
4.2.3、根据泥浆配合比，在泥浆池中加入水、粘土、膨润土，搅拌至均匀。
4.2.4、试验室检测泥浆相对密度、粘度、含砂率、胶体率、PH各项指标，合格后方可使用。泥浆各项指标如下：
相对密度g/cm3 粘度Ts 胶体率% 含砂率% PH值
1.05~1.15 大于17 大等于95 不大于2 大于6.5
4.2.5、注意事项：
泥浆配制前在泥浆池底部和四周铺设塑料布，防止泥浆渗漏。
钻孔过程中每进尺5―10米时测定泥浆各项技术指标，不满足要求时及时调整，保持各项指标符合要求。
4.3、护筒埋设
4.3.1、埋设护筒采用挖坑法。
4.3.2、对要埋设护筒的桩位进行放样，现场技术人员复核，旋挖钻机钻头中心对准桩位中心挖孔扩孔，所挖孔直径为护筒直径加40cm，挖孔深度为护筒长度。
4.3.3、在孔内回填30―50cm粘土，夯击密实。
4.3.4、利用护桩拉线绳定出桩位中心，再用线锤将桩位中心点引至孔底。
4.3.5、用吊车吊放护筒至空内，用线绳连接护筒顶部，吊垂线，用吊车挪动护筒，使护筒中心基本与桩位中心重合，其偏差不大于3cm。
4.3.6、护筒位置确定后，吊垂线，用钢卷尺量测护筒顶部、中部、底部距离垂线的距离，检查护筒的竖直度。护筒斜度不大于1％。
4.3.7、符合要求后在护筒周围对称回填粘土，对称夯实。
4.3.8、四周夯填完成后，再次检测护筒的中心位置和竖直度。
5、成孔情况
本桥桩基施工基本上采用普通筒式钻头、螺旋钻头，均能完成成孔，个别墩桩采用了筒式取芯钻头配合成孔，全桥桩基在三种钻头的配合下，完成了桩基施工任务。
6、质量检验
经过超声波桩基检测，本桥桩基均为Ⅰ类桩，对桩基中线偏位检测均符合规范要求。
7、与冲击钻机的经济效益、施工工期比较
7.1、经济效益比较（1.7米桩径）
新疆地区，1.7米桩径旋挖钻机成孔灌注施工单价1000元/米，加成桩中钻机部件消耗合计1150元/米，1.7米桩径冲击钻机成孔灌注施工单价1200元/米。
7.2、施工工期比较（相同桩径）
旋挖钻机单桩成孔时间平均11小时，成桩100根累计用时88天，通过调查冲击钻机在该地层单桩成孔时间7天。节约了施工时间。
[关键词] 化学泥浆 聚合物泥浆
1、工程概况
库车至阿克苏高速公路渭干河大桥位于新疆阿克苏地区新和县和库车县交界处，位于戈壁荒漠区，桥长666米，上部结构为装配式预应力混凝土连续箱梁（22-30米），下部为柱式墩桩基础，桥台为肋板式台桩基础，全桥桩基100根，桥台桩长23米，桩径1.2米，桥墩桩长25米、28米，桩径1.7米。
2、桩位地质
根据设计图纸地质勘察报告，该桥地层岩性情况如下：
2.1第四系上更新统洪积层，分布于渭干河河床和上游两侧陡坡上，岩性主要为卵石，深褐色，中密―密实，局部有胶结，角砾及中粗砂充填。
2.2第四系全新统现代河床冲洪积层，分布于渭干河河床，岩性主要为卵石，深褐色，松散―稍密，局部含细沙薄层。
2.3第四系全新统新近人工堆积层，分布与渭干河河床，主要为人工采取的沙石及渭干河河堤。
通过在渭干河河床试钻孔，距河床面1-3米为砂砾层，夹薄沙层，砾石直径在5-15cm，3米以下为卵石层，最大卵石直径30cm。
3、旋挖钻机成孔工艺的确定和施工中遇到的问题
3.1、成孔工艺确定
根据地勘资料，该钻孔桩使用冲击钻成孔较为适宜，冲击钻适宜地质条件较为广泛，但冲击钻机成孔具有施工进度慢、成本高、对周边环境污染较大等特点。
旋挖钻机具有施工进度快，对周边环境污染较小特点，但对其粒径交大卵石层钻进困难。
该桥为项目的控制性工程，项目计划将该桥作为施工亮点工程，通过比选和试桩的成孔情况， 确定该桥桩基使用旋挖钻机成孔。
3.2施工中遇到的问题
通过桥墩桩位的成孔施工，发现旋挖钻机成孔存在以下问题：
3.2.1、遇到较大粒径的卵石、胶结层，旋挖钻机进尺困难。
3.2.2、钻头磨损严重，需要经常补强钻头。
3.2.3、筒钻在提渣时所带泥浆对护筒下缘形成冲刷，护筒下缘容易塌孔
3.2.4、扩孔较为严重
3.3解决办法
根据存在的问题制定的解决措施：
3.3.1、每台钻机备2套普通钻头，增加螺旋钻头和小直径（直径＜80cm）筒式取芯钻头。
当采用普通筒式钻头进尺困难时，换螺旋钻头松动卵石层，然后换普通筒钻掏渣，当螺旋钻头在施工中遇到了卡钻现象或松动困难时，换用筒式取芯钻头，先将胶结层或大卵石取出，再换螺旋钻头松动，最后采用普通筒式钻头取渣。
3.3.2、增加钻机、钻头易损件的储备。
3.3.3、增大泥浆粘度，增加护筒长度，采用4―5米长度护筒，保持孔内泥浆高度，使钻头掏渣所带的泥浆回流在护筒高度内进行。
3.3.4、三种钻头配合使用，扩孔量减小。
4、成孔工艺
4.1、选用的钻机类型
由于施工地层为卵石层，需要较大功率的钻孔机械。本桥桩基成孔采用了一台三一重工220型钻机和一台三一重工250型钻机。
4.2、泥浆配制
4.2.1、工地试验确定泥浆配合比，根据工地情况确定泥浆配合比为：
水：粘土：膨润土＝1：0.4：0.08（质量比）；
4.2.2、计算桩孔体积，挖2倍桩孔体积的泥浆池；
4.2.3、根据泥浆配合比，在泥浆池中加入水、粘土、膨润土，搅拌至均匀。
4.2.4、试验室检测泥浆相对密度、粘度、含砂率、胶体率、PH各项指标，合格后方可使用。泥浆各项指标如下：
相对密度g/cm3 粘度Ts 胶体率% 含砂率% PH值
1.05~1.15 大于17 大等于95 不大于2 大于6.5
4.2.5、注意事项：
泥浆配制前在泥浆池底部和四周铺设塑料布，防止泥浆渗漏。
钻孔过程中每进尺5―10米时测定泥浆各项技术指标，不满足要求时及时调整，保持各项指标符合要求。
4.3、护筒埋设
4.3.1、埋设护筒采用挖坑法。
4.3.2、对要埋设护筒的桩位进行放样，现场技术人员复核，旋挖钻机钻头中心对准桩位中心挖孔扩孔，所挖孔直径为护筒直径加40cm，挖孔深度为护筒长度。
4.3.3、在孔内回填30―50cm粘土，夯击密实。
4.3.4、利用护桩拉线绳定出桩位中心，再用线锤将桩位中心点引至孔底。
4.3.5、用吊车吊放护筒至空内，用线绳连接护筒顶部，吊垂线，用吊车挪动护筒，使护筒中心基本与桩位中心重合，其偏差不大于3cm。
4.3.6、护筒位置确定后，吊垂线，用钢卷尺量测护筒顶部、中部、底部距离垂线的距离，检查护筒的竖直度。护筒斜度不大于1％。
4.3.7、符合要求后在护筒周围对称回填粘土，对称夯实。
4.3.8、四周夯填完成后，再次检测护筒的中心位置和竖直度。
5、成孔情况
本桥桩基施工基本上采用普通筒式钻头、螺旋钻头，均能完成成孔，个别墩桩采用了筒式取芯钻头配合成孔，全桥桩基在三种钻头的配合下，完成了桩基施工任务。
6、质量检验
经过超声波桩基检测，本桥桩基均为Ⅰ类桩，对桩基中线偏位检测均符合规范要求。
7、与冲击钻机的经济效益、施工工期比较
7.1、经济效益比较（1.7米桩径）
新疆地区，1.7米桩径旋挖钻机成孔灌注施工单价1000元/米，加成桩中钻机部件消耗合计1150元/米，1.7米桩径冲击钻机成孔灌注施工单价1200元/米。
7.2、施工工期比较（相同桩径）
旋挖钻机单桩成孔时间平均11小时，成桩100根累计用时88天，通过调查冲击钻机在该地层单桩成孔时间7天。节约了施工时间。
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