旋挖钻成孔质量控制要点浅析

2014-12-25王朝

城市建设理论研究 2014年37期

王朝

摘要：文章结合粉土、粉砂、粉质粘土层等地质条件下旋挖钻成孔重点所关注的作业环境、机械状况、垂直度控制及泥浆指标控制等几方面要点进行列举及分析，以期引起建设者的足够重视和过程重点控制，从而保证了钻孔桩的成桩质量及合格率，减少质量隐患及不必要的经济损失，本文对此作了初步的总结探讨，以期对今后类似工程施工起借鉴作用。

关键词：旋挖钻成孔质量控制

中图分类号：O213文献标识码： A

Abstract: combined with silt, silty sand and silty clay layer of the geological conditions of backspin drill into the enumeration and analysis of several aspects of the hole the focus work environment and mechanical conditions, the verticality control and mud index control points, in order to cause the builders of the enough attention and process key control, so as to ensure drilling pile quality and qualified rate, reduce the quality hidden trouble and unnecessary economic loss, this paper discussed the preliminary summary, in order to offer reference for future similar engineering construction.

Keywords: rotary drill hole quality control

引言

众所周知，钻孔桩的施工工艺对于大家都比较熟悉，但在近年来，部分工程旋挖钻成孔的质量较差，所引起的后续工程施工质量也难以保证，并给施工单位带来了不必要的成本支出及经济损失，因此成桩质量直接取决于成孔质量，本文就影响旋挖钻成孔质量方面的几个要点进行列举和分析，改观成孔质量，确保成桩合格。

1 概述

近年，每个城市都在争先加快基础建设，因此地铁及高架桥建设成为了城市建设项目的首选，同时也减缓了交通的拥堵压力，但无论是轨道交通还是高架桥建设均离不开基础工程钻孔桩的施工，但在地质为粉土、粉砂等地层下钻孔桩施工，首选设备多为旋挖钻成孔作业，如何能保证旋挖钻作业钻孔桩的施工质量100%合格，首先必须关注旋挖钻的成孔作业环境、机械状况、垂直度控制及泥浆指标控制四个要点。

2 要点列举及分析

2.1 作业环境

（1）作业环境即钻机作业时履带下方所站立的地面是否坚实且平整度能否满足钻孔要求的平台，在履带式旋挖钻作业过程中，对于作业平台的要求相对较低，因此这也成为成孔质量难以保证的关键，地铁围护结构及高架桥均对成孔的垂直度要求较高（≯3‰），因此旋挖钻作业前首先将作业区域进行砼硬化或制作砼导墙（见图2.1-1），以满足钻机底盘作业平稳，避免钻机作业过程中，基底软弱，造成孔壁倾斜。由于地铁车站主体或城市高架桥一般均设置在城市的主干道上，因此，钻机的作业可借助原状沥青道路开槽施工，但地铁风亭、出入口等附属结构大多位于十字口道路的四个象限区域，表层多为松散的杂填土，因此必须对作业平台进行硬化或其他特殊处理。

图2.1-1 砼导墙效果图

（2）地铁车站主体围护桩一般处于城市的主干道上，虽然钻机处于坚实的沥青或砼路面上，但还应注意路拱横向的设计坡度1.5%，旋挖钻就位前，必须根据路拱的坡度首先进行换算，然后按照角度将主控盘调平，使得钻杆轴线与钻孔的轴线重合（见图2.1-2）。从而保证旋挖钻机的钻孔姿态正确。

图2.1-2 套管钻机道路施工示意图

2.2 机械状况

在钻孔桩施工中，旋挖钻机的性能及完好状态对于成孔的质量影响同样很大，旋挖钻机智能化程度较高，则成孔的误差范围越小，同样施工精度也相对较高。一般，近年来出场的旋挖钻机智能化程度相对较高，在钻机定位、自动安平、垂直度自动校核、旋转底盘自动归位等方面均有良好的表现，这样可以大大的减少人工操作及校准的难度和提高工作效率，从而保证了钻孔桩成孔的质量。同时，在钻机进场前，必须了解预进场钻机的完好状态、新旧程度及近期是否有过良好钻孔经历，各方面指标均满足连续作业要求后，再允许进场，这样从设备进场前就为钻孔桩的施工提供有利的保障，避免钻机进场后，设备陈旧，运转不连续，间断性停机，造成软土地层下钻孔中途间断，孔内塌方、扩（缩）径现象，给后续的钢筋笼下放及成桩质量带来较大隐患。

2.3 垂直度控制

地铁车站主体围护结构多由一根根几十米长的独立桩连成一排桩墙结构，最终形成平面“口”字形封闭围护结构，在基坑土方开挖及结构施工过程中起到支撑桩外土体和间接防水作用，因此在钻孔桩施工过程中，首先必须确保每一根钻孔桩的垂直度满足设计及规范要求，这样才能保证基坑开挖后桩体靠基坑内侧才不侵限，以便于后续工程的施工。因此钻孔桩虽然作业工序相对简单，但在成孔过程中对于垂直度的控制却比较困难，有些已进场设备的自动化程度相对较低，或自动化主控平台损坏（失灵），垂直度控制就更加困难，怎样能控制好旋挖钻机作业过程中的成孔垂直度，列举两例以供参考。

（1）套管钻机成孔的垂直度校正方法

套管钻机适用于为粉土、粉砂地层下且地下水较为丰富，管涌相对频繁情况下的一种钻孔桩施工工艺，利用VLM2000型磨桩机先将25～35m的钢护筒在旋挖钻及筒内掏土的情况下将护筒下压至桩底以下，从而保证孔壁在钻孔取土的情况下，不发生坍塌和管涌现象。因此对于此类方式作业的钻孔桩只要控制好护筒的下压垂直度，即可确保钻孔孔壁垂直。

在护筒下压过程中，在钻机前进的方向及垂直钻机前进方向15～20m各设置一根线锤，将线锤浸于盛满液态桶状的容器内，减缓风吹动的情况下摇摆，然后由工序主管工程师不时的利用线锤与15～20m外的钻机护筒外壁进行上下比对，护筒下压过程中发生偏离及时提醒钻机工利用磨桩机调整护筒，知道锤线与护筒外壁重合即可进行下压作业。（见图2.3-1、2.3-2）

（2）旋挖钻机单机成孔垂直度校正方法

旋挖钻机单机作业时，由于钻孔多为泥浆护壁成孔，因此在成孔过程中，控制垂直度的最直接方法就是控制钻杆垂直度，在钻进前，首先将钻机调平，然后根据钻头中心定位孔位，将钻头中心与孔位中心对应，采用智能化平台将钻杆调直，与第（1）节方法相似在钻机前进方向及垂直钻机前进方向15～20m各设置一根线锤，利用锤线与钻机钻杆外壁进行上下比对间接进行校正钻机作业过程中的孔壁的垂直度，以确保成孔垂直度控制在设计及规范范围之内。（见图2.3-3）

图2.3-1 套管钻机成孔垂直度控制平面图

图2.3-2 套管钻机成孔垂直度控制立面图

图2.3-3 旋挖钻机成孔垂直度控制

2.4泥浆指标控制

泥浆可以作机具的润滑剂，同时也可以冷却机具，防止孔壁坍塌或剥落，旋挖钻钻孔过程中，由于钻机速度及对孔壁的扰动较大，因此泥浆指标控制成为关键，在一些粉土、粉砂地层或粉砂、粉土交替出现的地层下，对于泥浆的指标控制及土料选择尤为重要。

土料必须选择空隙比较小，韧性较好的优质粘土或膨润土加添加剂组成护壁泥浆，且采用循环泥浆作业。在粉土、粉砂及塌孔回填后层钻孔作业，孔内泥浆的比重配置较高一些，控制在1.3～1.5之内，在砂土及较厚夹砂层中成孔，泥浆比重控制在1.1～1.3之间，其泥浆粘度≥17s。泥浆配置时应注意控制以下几个方面：

（1）控制泥浆液面：要控制护筒内液面标高高于地下水头高度1m以上，必要时由专人检查孔内泥浆的液面高度，以保证足够水头压力，维持下部孔壁安全。

（2）控制泥浆比重：泥浆比重过大，失水量大，孔壁易剥落、崩解的可能性就大。泥浆比重过小，孔内水压力就小，易造成坍孔。泥浆比重控制在1.1～1.5之间。

（3）控制泥浆粘度：粘度过高会使泵压升高，排量显著减少，钻速下降，排渣困难，压力增长，泥浆粘度控制在18～22s，一般为20s。

（4）控制泥浆PH值：泥浆PH值的大小，表示了泥浆酸碱性的强弱。PH<7时，泥浆为酸性，PH值越小，酸性越强；PH>7为碱性PH值越大，碱性越强；PH=7时，泥浆为中性。如果PH值大于11，则泥浆会产生分层现象，失去护壁作用。

3 结语

通过旋挖钻的成孔作业环境、机械状况、垂直度及泥浆指标几方面指标的控制，能够彻底的改善，在旋挖钻成孔过程中的施工质量，同时也能避免不合格桩体出现后给后续工程造成的很大影响和不必要的经济损失。