流沙层地质旋挖钻成孔工艺
2018-11-8 9:54:47 点击：
结合广东某高速公路旋挖钻的施工，总结出一套在流沙层特殊地质下的施工工艺。
关键词：流沙层 旋挖钻 成孔 工艺 化学泥浆
1 工程概况
广东某高速公路A2合同段中村大桥工程地质情况，从地面往下分别为耕植土、粉质粘土、粗砂、粉质粘土、中砂等，粉质粘土与砂层交错出现，其中耕植土埋深较浅，层厚0～1.6米，粉质粘土层厚3.6～4.6米，粗砂层厚3.7～10.7米，下层粉质粘土层厚10～23.4米，最底层为中砂层，层厚大于2米。中村大桥共计桩基214根，设计为摩擦桩，桩径1.3米，桩长40～48米不等。本工程的难点是地质复杂，桩基经过的多为流沙层，且局部桩位富有承压水。为保证施工进度和质量，经过多次比较拟采用旋挖钻成孔工艺。
旋挖钻的优点：与传统的正反循环钻机相比，旋挖钻机成孔速度更快，约为回旋钻机的4到5倍。其工艺优点为：①孔壁不易产生泥皮，因为在成孔过程中孔壁一直都受钻斗的刮擦；②在孔壁上形成较明显的螺旋线；这两点有助于增加桩的摩阻力，提高桩的质量。
本次施工钻机采用中联ZR220A旋挖钻机，投入设备如下表：
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2 施工控制工艺
2.1 旋挖钻试桩施工工艺流程图
旋挖钻施工流程图
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2.2 施工工艺
2.2.1 埋设护筒
首先进行测量放样。准确测设桩位，并在中心桩位周围埋设护桩，依据护筒直径挖至地面以下2米以上，采用人工配合钻机埋设，在护筒周围对称径地、均匀地回填最佳含水量粘土，并分层夯实，就位后再次校核桩中心位置。
2.2.2 钻机就位
钻进就位前先调整钻机的水平、垂直仪，使气泡居中，然后伸缩钻杆，使钻头底部导向尖对准桩位中心，钻头自然放松，根据护桩到钻头外壁的距离进行对位校核，严格控制孔位偏差在允许误差范围内。
2.2.3 钻进
旋挖成孔首先是动力头转动底门镶嵌斗齿的桶式钻斗切削岩土，并将原状岩土装入钻斗内，然后再由钻机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。
钻进时，缓慢旋转放下钻杆，当进尺在护筒顶以下一定深度，进行孔内注浆，以防止钻进过深影响钻孔质量。在钻进过程中及时向孔内补充泥浆（泥浆性能指标控制在：比重1.05~1.15，粘度18~20S，含砂率小于4%,胶体率不小于95%，PH值大于6.5），泥浆面确保低于原地面约20厘米左右，以维护孔壁稳定，同时保证文明施工，不致泥浆外溢。
在钻至砂层时要变档换速，利用液压缩进装置加压，要求轻压慢转，这样能维护孔壁稳定减少钻头的磨损。每钻进3~5回次后应调整一次水平、垂直仪，使气泡居中，能有效保证成孔的垂直度小于1%。在钻进过程中要经常检查钻斗，对于磨损较严重的钻点要及时更换，以确保钻孔孔径。
当钻至离桩底设计标高约2~3米时，技术人员要及时验孔，孔深控制以测绳测出的周边四点平均值为准，钻进至设计孔深时，钻斗底部加装挡砂板，捞取残存散落的原状土及砂。终孔后，检测泥浆各项指标，检测孔底沉渣厚度，若沉渣厚度超标(大于10�M)，应将孔底沉渣抽出。
钻斗升降速度的控制：钻斗在孔内提升过程中泥浆在孔壁和钻斗之间流动，若升降速度过大，则泥浆流动将加大对孔壁的冲刷，容易造成孔壁坍塌，因此需严格控制钻斗的提升速度。
桥涵施工手册中钻斗升降速度参考值
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在钻进过程中，钻斗取出的原状土直接排放在场内渣土堆放处，待渣土风干后用自卸车运至场外。
因为本工程地质情况，桩基穿过砂层最大达到10米，砂层较厚，泥浆在使用过程中不断受到污染，致使含砂率增大，泥浆指标不易控制，因此在钻进过程中要经常检测各项泥浆指标，及时补充性能指标合格的泥浆，以防止塌孔。
在钻进至砂层时要变档换速，利用液压缩进装置加压，要求轻压慢转，这样能维护孔壁稳定减少钻头的磨损。每钻进3-5回次后应调整一次水平、垂直仪器，使气泡居中，能有效保证成孔的垂直度小于1/100。在钻进过程中要经常检查钻斗，尤其在中粗砂较密和砾石层，更要加大检查力度及频率，对于磨损较严重的钻点要及时更换，以确保钻孔孔径。
2.2.4 质量要求
①护筒定位偏差≤50mm；②护筒内径比桩径≥100mm；③钻孔桩基垂直度偏差≤1%；④泥浆比重1.15―1.30；⑤泥浆含砂率≤4%。
2.2.5 清孔
经对孔深、孔径、垂直度等指标检查合格后即为终孔，终孔后应立即进行清孔，防止泥浆沉淀过多，造成清孔困难。
清孔方法：停止进尺后，将钻头提起10~20cm，并保持泥浆的正常循环，将孔内比重大的泥浆换出，使含砂率逐步减少，直至稳定状态。清孔时间根据泥浆比重及清孔过程中测量沉淀厚度来定。清孔过程中必须设有专人捞取钻渣，以加快清孔的速度。
清孔的有关要求：①清孔过程中必须保持孔内原有水头高度。②清孔应认真操作，不得用加深孔深来代替清孔。③沉淀厚度用检测锤检测，保证沉淀厚度小于10cm。检测锤由两个Φ25螺纹钢筋焊接而成，重量不小于4Kg，用测绳吊入。
2.2.6 钻孔质量保证措施
2.2.6.1 泥浆控制
①为保证泥浆的各项性能指标满足施工要求，施工中对泥浆的各项指标，特别是泥浆比重、粘度按如下时间进行检测：a每工作班开始时检测泥浆比重、粘度，以后钻进过程中每隔2小时测定一次泥浆比重、粘度、含砂率、PH值等指标。b在钻进过程中，若发现地质条件有变化时，根据地质条件及时测定、调整泥浆比重。c在清孔过程中，每半小时测定一次泥浆比重变化，保证清孔过程中泥浆比重有效减少，以达到清孔效果。②泥浆系统：
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由专人负责泥浆，不断调整优化。首次制备足够的泥浆，确保其各项性能指标稳定。
2.2.6.2 钻孔质量措施。①钻孔垂直度的控制:本工程采用的旋挖钻机，由电脑控制钻杆的垂直度，在施工过程中，钻杆始终保持垂直。②桩径和桩形的保证体系:为保证在钻进过程中不产生塌孔、锁径，在施工中采用泥浆护壁，当泥浆指标达不到标准时，立即采取措施，输入好的泥浆或搀加稳定液、膨润土进行人工造浆，改善和稳定泥浆性能。
进尺操作时应根据地层的变化，调整转速和进尺速度，应防止护筒有渗漏出现。
关键词：流沙层 旋挖钻 成孔 工艺 化学泥浆
1 工程概况
广东某高速公路A2合同段中村大桥工程地质情况，从地面往下分别为耕植土、粉质粘土、粗砂、粉质粘土、中砂等，粉质粘土与砂层交错出现，其中耕植土埋深较浅，层厚0～1.6米，粉质粘土层厚3.6～4.6米，粗砂层厚3.7～10.7米，下层粉质粘土层厚10～23.4米，最底层为中砂层，层厚大于2米。中村大桥共计桩基214根，设计为摩擦桩，桩径1.3米，桩长40～48米不等。本工程的难点是地质复杂，桩基经过的多为流沙层，且局部桩位富有承压水。为保证施工进度和质量，经过多次比较拟采用旋挖钻成孔工艺。
旋挖钻的优点：与传统的正反循环钻机相比，旋挖钻机成孔速度更快，约为回旋钻机的4到5倍。其工艺优点为：①孔壁不易产生泥皮，因为在成孔过程中孔壁一直都受钻斗的刮擦；②在孔壁上形成较明显的螺旋线；这两点有助于增加桩的摩阻力，提高桩的质量。
本次施工钻机采用中联ZR220A旋挖钻机，投入设备如下表：
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2 施工控制工艺
2.1 旋挖钻试桩施工工艺流程图
旋挖钻施工流程图
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2.2 施工工艺
2.2.1 埋设护筒
首先进行测量放样。准确测设桩位，并在中心桩位周围埋设护桩，依据护筒直径挖至地面以下2米以上，采用人工配合钻机埋设，在护筒周围对称径地、均匀地回填最佳含水量粘土，并分层夯实，就位后再次校核桩中心位置。
2.2.2 钻机就位
钻进就位前先调整钻机的水平、垂直仪，使气泡居中，然后伸缩钻杆，使钻头底部导向尖对准桩位中心，钻头自然放松，根据护桩到钻头外壁的距离进行对位校核，严格控制孔位偏差在允许误差范围内。
2.2.3 钻进
旋挖成孔首先是动力头转动底门镶嵌斗齿的桶式钻斗切削岩土，并将原状岩土装入钻斗内，然后再由钻机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。
钻进时，缓慢旋转放下钻杆，当进尺在护筒顶以下一定深度，进行孔内注浆，以防止钻进过深影响钻孔质量。在钻进过程中及时向孔内补充泥浆（泥浆性能指标控制在：比重1.05~1.15，粘度18~20S，含砂率小于4%,胶体率不小于95%，PH值大于6.5），泥浆面确保低于原地面约20厘米左右，以维护孔壁稳定，同时保证文明施工，不致泥浆外溢。
在钻至砂层时要变档换速，利用液压缩进装置加压，要求轻压慢转，这样能维护孔壁稳定减少钻头的磨损。每钻进3~5回次后应调整一次水平、垂直仪，使气泡居中，能有效保证成孔的垂直度小于1%。在钻进过程中要经常检查钻斗，对于磨损较严重的钻点要及时更换，以确保钻孔孔径。
当钻至离桩底设计标高约2~3米时，技术人员要及时验孔，孔深控制以测绳测出的周边四点平均值为准，钻进至设计孔深时，钻斗底部加装挡砂板，捞取残存散落的原状土及砂。终孔后，检测泥浆各项指标，检测孔底沉渣厚度，若沉渣厚度超标(大于10�M)，应将孔底沉渣抽出。
钻斗升降速度的控制：钻斗在孔内提升过程中泥浆在孔壁和钻斗之间流动，若升降速度过大，则泥浆流动将加大对孔壁的冲刷，容易造成孔壁坍塌，因此需严格控制钻斗的提升速度。
桥涵施工手册中钻斗升降速度参考值
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在钻进过程中，钻斗取出的原状土直接排放在场内渣土堆放处，待渣土风干后用自卸车运至场外。
因为本工程地质情况，桩基穿过砂层最大达到10米，砂层较厚，泥浆在使用过程中不断受到污染，致使含砂率增大，泥浆指标不易控制，因此在钻进过程中要经常检测各项泥浆指标，及时补充性能指标合格的泥浆，以防止塌孔。
在钻进至砂层时要变档换速，利用液压缩进装置加压，要求轻压慢转，这样能维护孔壁稳定减少钻头的磨损。每钻进3-5回次后应调整一次水平、垂直仪器，使气泡居中，能有效保证成孔的垂直度小于1/100。在钻进过程中要经常检查钻斗，尤其在中粗砂较密和砾石层，更要加大检查力度及频率，对于磨损较严重的钻点要及时更换，以确保钻孔孔径。
2.2.4 质量要求
①护筒定位偏差≤50mm；②护筒内径比桩径≥100mm；③钻孔桩基垂直度偏差≤1%；④泥浆比重1.15―1.30；⑤泥浆含砂率≤4%。
2.2.5 清孔
经对孔深、孔径、垂直度等指标检查合格后即为终孔，终孔后应立即进行清孔，防止泥浆沉淀过多，造成清孔困难。
清孔方法：停止进尺后，将钻头提起10~20cm，并保持泥浆的正常循环，将孔内比重大的泥浆换出，使含砂率逐步减少，直至稳定状态。清孔时间根据泥浆比重及清孔过程中测量沉淀厚度来定。清孔过程中必须设有专人捞取钻渣，以加快清孔的速度。
清孔的有关要求：①清孔过程中必须保持孔内原有水头高度。②清孔应认真操作，不得用加深孔深来代替清孔。③沉淀厚度用检测锤检测，保证沉淀厚度小于10cm。检测锤由两个Φ25螺纹钢筋焊接而成，重量不小于4Kg，用测绳吊入。
2.2.6 钻孔质量保证措施
2.2.6.1 泥浆控制
①为保证泥浆的各项性能指标满足施工要求，施工中对泥浆的各项指标，特别是泥浆比重、粘度按如下时间进行检测：a每工作班开始时检测泥浆比重、粘度，以后钻进过程中每隔2小时测定一次泥浆比重、粘度、含砂率、PH值等指标。b在钻进过程中，若发现地质条件有变化时，根据地质条件及时测定、调整泥浆比重。c在清孔过程中，每半小时测定一次泥浆比重变化，保证清孔过程中泥浆比重有效减少，以达到清孔效果。②泥浆系统：
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由专人负责泥浆，不断调整优化。首次制备足够的泥浆，确保其各项性能指标稳定。
2.2.6.2 钻孔质量措施。①钻孔垂直度的控制:本工程采用的旋挖钻机，由电脑控制钻杆的垂直度，在施工过程中，钻杆始终保持垂直。②桩径和桩形的保证体系:为保证在钻进过程中不产生塌孔、锁径，在施工中采用泥浆护壁，当泥浆指标达不到标准时，立即采取措施，输入好的泥浆或搀加稳定液、膨润土进行人工造浆，改善和稳定泥浆性能。
进尺操作时应根据地层的变化，调整转速和进尺速度，应防止护筒有渗漏出现。
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