汉渝大道三段上跨内宜高速桥梁工程桩基在泥岩钻进过程中打滑原因分析

陈 建

（内江市川东工程勘察监理咨询有限公司 四川 内江 641000）

汉渝大道三段上跨内宜高速桥梁工程桩基在泥岩钻进过程中打滑原因分析

陈 建

（内江市川东工程勘察监理咨询有限公司 四川 内江 641000）

一、工程概况

汉渝大道上跨内宜高速路桥梁起止桩号为K1+077.2～K1+164.2，桥梁全长87米，采用20米+40米+20米简支预制预应力混凝土T梁。其中1#-2#墩40m简支预制梁斜交并上跨内宜高速，与内宜高速斜交80度。桥梁下部桥台采用埋置式桥台（0#台为肋板式桥台，3#台为桩基接盖梁式桥台），基础采用钻孔灌注桩基础。该桥所处地段自上而下分别为第四系全新统素填土层，冲积层，第四系全新统残坡积层，泥岩。场地地下水主要为第四系松散堆积层中的孔隙潜水，泥岩裂隙水不甚发育，地下水主要受大气和地表人工排水的补给，覆盖层中地下水通过泥岩裂隙渗入岩体形成泥岩裂隙水。

二、泥岩概述

泥岩因含有丰富的氧化物呈红色、深红色或褐色，这类沉积岩类的岩石统称为红砂岩。泥岩是泥质岩类中一种，由粒度≤0.005 mm的陆源碎屑和岩土矿物组成的岩石，属软岩类。

三、打滑原因

旋挖钻机在钻进泥岩时，经常出现打滑现象，即无阻力也加不压，无法钻进或钻进困难，从而影响施工进度及生产效率。施工过程中，如果干孔钻进泥岩，选用螺旋钻斗钻进效率较高，如果选用双底捞砂斗也可钻进，但负载较大；孔内一旦遇水马上出现打滑现象，因此打滑与水或泥浆有直接关系，所以泥岩打滑主要原因由以下几点组成：

1）泥岩的硬度，2）水或泥浆润滑作用，3）泥岩吸水软化等。

桥梁桩基采用双底截齿钻斗钻机，双底捞砂斗，切削式钻进。但实际捞砂斗也会出现打滑现象，主要因素是：1、钻斗上的缺陷；2、捞砂斗的直径；3、操作。

四、打滑预防与处理

1、预防打滑

首先结合显示器上的单斗进尺深度，在提升钻进阻力时，动力头上的减速机的声音随阻力变化，通过听动力头声音能判断进尺量，当钻进阻力上升，动力头的转速也随之降低，所以通过钻杆转速也能判断进尺量。如果地质变化不大，每斗钻进的时间及深度应保持在一定的范围内，泥层单斗进尺深度应在0.5～0.6m内，在反转关闭斗底时，尽量在钻进有负荷时，这时斗底具有一定的阻力，从而防止斗底与钻筒一起反转。

2、打滑处理

①二次下钻后，首先通过显示器上的数据来确定掉下渣土的厚度，再看掉下的地质的软硬度，如果掉下的泥土很多，且是硬胶泥，需换个比桩径小一些的钻斗来解决打滑，由于小直径钻斗与孔壁之间有较大的间隙，掉下的泥土在钻杆钻斗重量和加压力的作用下，通过钻斗与孔壁的间隙被挤压到旁边，小直径钻斗接触到实土便能正常钻进，当小钻斗提升后，被挤压到旁边的虚土掉入小直径的孔内，没有掉入小孔内的渣土被二次下钻后的大直径钻斗挤压到小孔内，从而大直径钻斗可以正常钻进。

②如果掉下的渣土是软泥，可压缩性好，那就无须换钻斗，反复操纵加压及动力头反转正转，由于动力头与钻杆之间具有间隙,每节钻杆与钻杆之间也具有间隙,虽然此时钻进打滑,但钻杆和钻斗自身重量是具有阻力的,所以快速地反转正转钻杆，利用间隙便能产生冲击力，冲击力遇到钻杆钻斗自身的重量便能产生阻力，有了阻力就有反作用力,有了反作用力就具有摩擦，这时便能把加压力瞬间传递到夹层的虚土上，来压缩掉下的渣土，让渣土从钻斗与孔壁之间的缝隙挤压上来，以及进入钻斗一部分，直到斗齿接触到实土正常钻进为止,一定记住反转正转时,加压在前才能把加压力瞬间传递。

如果是泥岩软化托底打滑那就反转正传加压来克服，如果是泥岩较硬因水降低摩擦系数打滑，通过上述的处理方式可解决。泥岩因胶结物质和风化程度的差异，其强度的变化大。在钻进过程中可加入硬脂酸锌，又称为十八酸锌，主要在塑胶原料中做润滑剂，以及热稳定剂。

五、案例分析

2016年10月，在汉渝大道三段上跨内宜高速公路工程的钻孔作业中所遇到的作业对象就是泥岩地层，采用三一SY250R型入岩钻机施工，1#桥墩设计桩径为1.8 m，设计桩长22m,整个桩身基本上都是在泥岩的范围内，要求穿越泥岩入到砂岩。

钻齿的磨损现象严重，钻具进尺困难，能否进一步提高钻进的速度，并降低钻齿损耗？

六、问题分析

经现场观察发现该工地主要存在两方面原因：

一是钻具的布齿角度不合理，角度偏小致使钻齿的齿体和岩层的接触面积过大，导致在钻进中不利于齿尖吃入作业的岩面，并会造成钻齿的齿体被严重磨损；

二是该机的操作手虽然为熟练操作员，但其一直操作普通型旋挖钻机，对于入岩钻机的操作尚属首次，缺乏入岩钻进经验，对入岩钻机的操作方式和作业地质的特点不甚了解。

七、改进方案

一）、钻具 钻进泥岩时，由于泥岩具有较强的硬度在结合泥浆润滑作用下，便出现打滑或难以钻进现象，可通过以下几点来优化钻具：

1、优化钻斗： 钻斗的阻力主要来源于齿尖和先导尖，可通过齿具的数量、位置、角度、种类、型号来降低阻力，先导尖可改变高度宽度，线性和点性接触方式程度来减低阻力；

2、小直径钻斗：由于减小钻斗直径，能降低扭矩负载和增加加压力的压强，可以使用二次或三次成孔；

3、技改钻斗：也可把双底捞沙齿座切割掉，在钢板上镶嵌截齿，改成双底入岩钻斗 。

二）、钻杆

钻进泥岩时可使用两种钻杆，分别为摩阻式和机锁式钻杆。

三）、操作

钻进泥岩时，由于泥岩的特性，泥浆润滑，在加之桩径和钻斗因素，这一切都影响着钻进，随之也给操作带来困难 。

1原因：钻进泥岩时，出现打滑或无法钻进时，首先要找到原因，是钻斗的问题，还是地质强度问题，要分析清楚。

2加压方式：

2.1 摩阻杆加压；2.2机锁杆加压；2.3机锁；2.4解锁；

2.5 振动声音：上提钻杆时，每节钻杆收回时会发出撞击振动和声音，通过此现象可判断钻杆收回情况，断定是否存在带杆情况。

工程钻进总结：汉渝大道三段上跨内宜高速桥梁工程桩基在泥岩钻进过程，当钻进泥岩时可通过了解泥岩强度，水桩干孔桩径等因素，来应用钻杆钻具齿具，钻具优化和技改，在结合操作方式基本可以满足多数泥岩钻进并适当加以润滑粘土来改善钻机循环以确保钻机正常进行，但是由于泥岩的特殊的物理力学性质，在旋挖钻机作业时中若要充分提高钻进效率，则往往需要解决钻进过程中出现的钻具打滑、吸钻、糊钻等不良工况。而解决这些不良工况的关键在于选用和改制适用的钻具，并根据不同的情况切换到合适的操作方式。

U45

B

1007-6344（2017）01-0053-02