旋挖钻在珠三角城际铁路厚砂层桩基应用中关键技术研究

林卫东

摘要：针对旋挖钻机在厚砂层地质中塌孔、埋钻、清孔等施工难点，本文结合在佛肇城际铁路大旺特大桥50+80+50m连续梁桩基工程的施工实践，从设备选型、泥浆选用制备、钻进工艺、注意事项及清孔技术，总结和探讨在厚砂层地质中旋挖钻关键施工技术，为其在珠三角地区同类地质中广泛推广应用提供参考。

关键字：旋挖钻机厚砂层地质聚合物泥浆

Abstract: based on the analysis of the rotating drill in the thick of sand layer in the geological hole collapse, buried drill hole cleaning, etc, the construction difficulties, this paper in the Buddha cause inter-city railway big popular super major bridge 50 + 80 + 50 m continuous beam pile foundation engineering construction practice, from equipment selection, mud choose preparation, drilling, points for attention and hole cleaning technology, sums up and probes into some sand layer in thick in the geological spin dig drill key construction technology for the pearl river delta region in the same geological widely applied to provide the reference.

Key words: the rotating drill sand layer thickness geological polymer mud

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A文章编号：

1、工程简况

佛肇城际铁路大旺特大桥工程位于广东肇庆高新技术开发区，为10*30m箱梁+50+80+50m连续梁+39*30m箱梁结构，桥梁全长1650米。其中连续梁跨大旺大道，下部为钻孔桩基础、群桩承台、双曲线墩身；上部为单箱单室直腹板箱梁，三向预应力体系，梁底采取二次抛物线设计。连续梁11、12号墩为主墩，主墩桩基础为10*1.5米钻孔桩，桩长分别为53.5米、52米；10、13号墩为边墩，基础为12*1.25米和10*1.25米钻孔桩基础，桩长分别为29米、39米。

桩基基本情况图如下：

从11号墩地质柱状图显示，从地面5.21-2.11m，2.11--4.79m，-4.79--21.79m，-21.79--24.59m，-24.59--26.79m，-26.79--52.048m地层地质分别为粉质粘土、细砂层、细砂层、淤泥质粉质粘土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。其中砂层厚度达到23.9m，地下水位为-1.5m。13号墩地质自地面5.64-1.44m，1.44--12.86m，-12.86--23.16m，-23.16--24.76m，-24.76--26.96m，-26.96—36.748m分别为粉质粘土、细砂层、圆砾土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。砂层厚度达到24.5m。

因制梁场位于连续梁桥头，该工程属于全线控制性的节点工程，采用常规的冲击钻机难以满足总体架梁进度要求。为此，需要采取能满足施工进度要求的施工设备和施工方法。经比选拟选用中联重工ZR220B型旋挖钻机进行施工。该钻机最大钻进扭矩220knm，最大钻孔直径2000mm，采用4*13/15m钻杆，最大钻深（锁紧式）48/56m。

2、应用旋挖钻需要解决的关键问题

旋挖钻机具有成孔速度高，扩孔系数小，泥浆可重复利用等优势，在粘性土、紧密状态以上的砂性土地层中应用具有相当广泛的适应性，经济性。但在流性状态的黏性土和松散的砂层地质中和岩石地层中有以下技术难题需要予以重视和解决。

2.1钻进技术的控制：孔深达50米的厚砂层地质，确保钻孔安全高效，设备选型和施工工艺是成败的重要因素。

2.2厚砂层地质泥浆的选用和制备：对于旋挖钻机，泥浆主要有保护孔壁、防止塌孔、排除渣土、冷却和润滑钻头作用。由于旋挖机成孔孔壁不会产生泥皮，在厚砂层地质中施工，容易产生塌孔和埋钻事故。制作经济优质的泥浆是避免塌孔事故的关键因素。

2.3清孔技术的改进：厚砂层深孔地质，如何确保清孔指标达到规范要求，是确保成桩质量的重点之一。

3、关键技术难题的解决办法

针对上述因素，经综合国内外旋挖钻施工经验，结合现场情况进行研究，經现场实践，总结出如下施工关键技术。

3.1钻进技术

3.1.1为提高成孔质量，选取钻头直径小于钻孔直径1-2cm的钻头，以减少过大的扩孔系数。

3.1.2根据不同地质，选取不同类型的钻头：

3.1.3旋挖钻成孔，80%埋钻发生在砂层，为防止出现塌孔埋钻形象，对于砂层，选用双层底门捞砂钻头。钻头在出入孔口时，放缓提、放的速度，尽量减轻对孔内泥浆的扰动，保护孔壁的稳定，避免孔口坍塌，护筒下沉现象的出现。当钻头打满提钻时，适当反钻几下再缓慢提钻，这样可避免孔底因抽吸力过大而造成孔底部分出现坍蹋。

3.1.4强风化地层钻进时，采用点加压动力头扭转不超过中等压力值，在没有较大进尺时，开始第二回次钻进，一般每次可进30-40cm。中风化采取短螺旋钻头钻进，用钻斗清底。

3.1.5在下钢筋笼的时候，尽量保证操作规范，减少和桩孔四壁接触，以保证沉砂达到灌注桩的标准。

3.1.6要求钻机工作人员注意保持好泥浆液面的高度，要及时给予孔内补浆。

3.2泥浆选用和制备技术

泥浆通常用膨润土、纤维素、纯碱配制。对于砂层地质，泥浆密度相对要求高，否则沉渣超规，灌桩困难。本次采用的新材料奈普顿（Neptune）旋挖钻机专用聚合物泥浆，是膨润土等其它泥浆聚合物的理想升级产品。适用地层于粘土、粉土、沙土、砂层、人工填土及含有部分卵石碎石的地层。该产品是一种新型建筑材料，在国内一些建设项目中已经使用，但尚未形成成熟的施工技术并全面推广，经实践总结如下制备技术。

3.2.1使用步骤：

3.2.1.1 施工准备：挖两个泥浆池，大小在100立方米，长6米，宽5米，深3—4米，可根据用量确定泥浆池的大小，并在池边上装好循环泵和空气压缩机，周边按国家安全规范做好防护。

3.2.1.2 将清水注入泥浆池后，用20%氢氧化纳（又名烧碱、火碱或片碱）溶液调节水的PH值在8-10之间，用空压机搅拌均匀（搅拌时间为10-20分钟）。

3.2.1.3 将循环泵打开，进行自循环后，通过泵出水管口加入专用聚合物泥浆，慢慢均匀加入，一般沙层加量为万分之二点五（即100吨水中加入本产品25公斤），后用空压机搅拌一小时，用工程漏斗测定溶液的黏度到30秒左右即可满足一般工程地质。（一般情况下手感稍有粘度起线丝状即可，特殊地质根据实际情况而定）。