旋挖钻在填海地区厚砂层及厚淤泥层中成孔技术

罗贵乾（中铁十六局第一工程有限公司，北京 101300）

旋挖钻在填海地区厚砂层及厚淤泥层中成孔技术

罗贵乾（中铁十六局第一工程有限公司，北京 101300）

钻孔灌注桩采用旋挖钻在厚砂层和厚淤泥层中成孔，事故率较高。本文根据深圳机场站旋挖钻成孔施工经验，论述了旋挖钻在填海地区厚砂层和厚淤泥层中成孔施工技术控制措施，为旋挖钻在填海地区厚砂层及厚淤泥层中成孔施工提供技术参考。

旋挖钻；厚砂层；厚淤泥层；成孔工艺

1 引 言

近年来旋挖钻以低噪音、低振动、高钻速、移机方便等优势在工程建设中应用较为广泛。旋挖钻成孔施工对孔壁土体的扰动较大，扩孔率较大，加上旋挖钻机自重较大，在填海地区厚砂层和厚淤泥层中成孔易发生塌孔、缩颈等现象，且事故率较高。本文结合机场站旋挖钻施工，通过选用高性能泥浆、加长护筒等方法解决塌孔及缩颈问题，可为旋挖钻在填海地区厚砂层及厚淤泥层中成孔施工提供技术参考。

2 项目概述

图1 深圳机场站地质横断面图

2.1 工程概况

深圳机场站是穗莞深城际铁路项目的终点车站，该车站位于深圳市宝安机场T3航站楼西侧规划道路下，靠近机场办公区，车站北端为盾构吊出区，南端预留盾构始发条件。车站基坑临边建筑物保护采用直径0.8m，间距1.0m的钻孔隔离桩，桩长30.0m;附属围护结构采用直径0.8m，间距 1.0m 钻孔灌注桩，桩长 8.0 ～ 19.5m；临时立柱采用1.2m的钻孔桩，桩长22.5m。

2.2 地质概况

深圳机场站基坑范围内地质岩土层分布依次为：地表素填土〔层号(1)1〕厚4.66m，填砂〔层号(1)2〕层厚1.30 ～ 11.00m，平均厚度 5.17m，填石〔层号 (1)3〕平均厚度1.93m，淤泥〔层号(2)1〕层厚0.40～17.20m，平均厚度6.04m，淤泥质粘土〔层号(2)2〕层厚0.30～12.30m，平均厚度5.10m，淤泥质黏土〔层号(2)3〕层厚0.20～8.80m。施工时测得地下水位距离地面2.5m。

3 设备选型

图2 深圳机场站旋挖钻施工图

钻孔灌注桩成孔施工可采用的机械较多，有冲击钻、旋转钻、旋挖钻等设备。本工程选用旋挖钻施工主要考虑以下几点：

1）施工场地狭小，旋挖钻机移机方便，交叉施工作业可避免机械相互冲突。

2）施工区域靠近机场办公区，旋挖钻机噪声小，可减少对机场办公区的影响。

3）基坑地处深圳机场范围内，环保要求高，旋挖钻机施工泥浆用量比较少，有利于环保工作的开展。

4）旋挖钻机和其他钻机相比有广泛的适用性和高效性，能够同时满足各种桩径的钻孔桩施工使用。

4 成孔施工技术控制措施

4.1 制备泥浆

4.1.1 材料选用

在厚砂层中成孔的关键技术是做好泥浆护壁，泥浆性能的优劣直接影响到成孔的效果。旋挖钻在厚砂层中钻孔对泥浆材料的要求较高，一般选用高性能黏土、膨润土、高性能聚合物等材料。

机场站钻孔施工时根据现场实际地质情况分别选用了奈普顿高性能旋挖钻机专用聚合物泥浆及膨润土制造泥浆。经过对比奈普顿高性聚合物泥浆适合于填土层及淤泥层中钻孔施工，而在厚砂层中采用膨润土制备泥浆，成孔率高于奈普顿高性聚合物泥浆。

4.1.2 泥浆制备

机场站根据桩体大小结合现场实际挖出两个储存量约80～110m3的泥浆池，宽4m长6m深3～4m的泥浆池，泥浆储量可根据现场实际进行调节，在池边做好泥浆循环设施，按规范做好防护措施。

《铁路桥涵施工规范》[1]和《高速铁路桥涵工程施工技术指南》[2]要求，正循环泥浆比重1.1-1.3，松散地区粘度要求19-28s，含砂率不大于4%，PH大于6.5。实际在砂层中施工时，将泥浆比重可适当调至1.2-1.3，粘度在25-30s，PH值至8-10之间，成孔率较高。

图3 选用不同材料拌制泥浆

图4 加长护筒埋设示意图

4.2 护筒埋设

在厚砂层和厚淤泥层中钻孔，护筒最好选用钢护筒。护筒埋深应结合现场实际地质进行加长，防止钻孔时出现护筒下陷、倾斜等现象。

浅埋砂层一般要求护筒穿过砂层，进入硬土0.5m，如果砂层太厚则进行换填后再埋设护筒。

4.3 钻孔施工

4.3.1 钻头选择

旋挖钻钻头分为回转钻头和嵌岩钻头，回转钻头又分为单底斗和双底捞砂斗，在钻进过程中可根据地质情况零活选用钻头形式。

机场站在地表人工填土层、厚砂层及厚淤泥层中施工时，均选用双底板捞砂钻头，在部分填石层及桩底全分化岩层施工时选用短螺旋钻头施工。施工发现不同地质选用不同的钻头可以明显提高施工效率，节约生产成本。另外旋挖钻具有较大的扩孔率，为提高钻孔质量，钻头选择小于孔径2-5cm的钻头，可以减少扩孔率。

4.3.2 钻进速度控制

旋挖钻在开孔钻进时应轻压慢进，严格控制转速，待护筒埋设好后方可逐步加速钻进。同时应根据地质情况控制钻进速度，防止进尺过快出现卡钻和埋钻现象。

采用旋挖钻施工时，根据现场地质情况严格控制钻速，可有效的减少塌孔、缩颈等施工事故发生。开孔时较慢，一般控制转速不大于10r/min，在地表硬土层中转速较快，在厚砂层中采用慢转速慢钻进，同时加大泥浆比重和粘稠度，在厚淤泥层中采取快速钻进，同时根据提钻难易程度增加扫孔次数，避免孔径缩小，在局部填石层及桩底全分化岩层中转速较慢。钻进过程应注意控制钻头提升速度，减少钻头对孔壁的扰动，避免塌孔。

图5 泥浆比重测试

4.2.3 钻孔泥浆控制

4.2.3.1 泥浆高度控制

钻孔过程中要随时观察孔内泥浆面高度，根据孔内泥浆高度随时补充新鲜泥浆，确保孔壁土体内外两侧压力平衡，减少塌孔事故发生。

现场施工时部分桩基采用提高护筒高度来提高泥浆高度，增加孔内泥浆静水压力，减少塌孔发生。

4.2.3.2 泥浆质量控制

钻孔桩泥浆质量控制的好坏直接影响桩基的成孔效果和成桩质量。泥浆主要控制指标为泥浆的粘度、比重和含砂率。规范中推荐的泥浆性能指标，不能满足不同地质和钻孔方法的适应，在具体施工时，工作人员难以操作。

旋挖钻成孔施工过程中，应根据现场砂层厚度情况和施工经验随时调整泥浆指标。同时在泥浆中加入适量烧碱等添加物可增加泥浆的粘度。

4.2.4 清孔控制

钻孔至设计高程，检查孔径等各项指标合格后，应立即进行清孔。旋挖钻机清孔一般采用沉降法和置换法进行。

机场站砂层较深，采用双底捞沙土斗进行多次清孔，经检测可达到设计要求。旋挖终孔后停钻，将钻头提高距离孔底10cm～30cm空转，同时将泥浆池内新鲜泥浆注入孔内，把钻孔内悬浮钻渣较多的泥浆换出。使清孔后泥浆指标达到规范要求后，即可终止清孔。

4.2.5 钻孔换填

对局部砂层较厚的桩位采取以上措施后，依然没有较好的成孔效果时，则采取钻孔换填进行处理，钻孔换填分局部钻孔换填和整体钻孔换填。局部换填处理是在相应的塌孔位置采用黏土进行局部回填，黏土回填超过塌孔位置后用旋挖钻机压实回填土，静置一周后，开始慢速钻进，同时进行泥浆池循环。整体换填处理是个别钻孔桩塌孔范围较大，不能采取补救措施，则将孔内泥浆抽走，改用黏土进行整体回填，放置7～10天后再进行施工。

5 施工效果

机场站首根临时立柱（编号50#，桩径1.2m,混凝土浇筑部分孔深9.0m），成孔后实际浇筑混凝土15.0m3,而设计方量只有10.17m3，超方约4.8m3。现场地质揭示此处上下分布着2个砂层，分别为距地面3m处砂层厚8.0 ～ 11.0m 和距离地面 20m 处砂层厚 2.0 ～ 5.0m。根据现场地质情况，对每个桩分别采取局部及整体换填处理。待第49#临时立柱施工时，实际超方量为1.2m3。

6 结 语

根据深圳机场站钻孔桩施工实例，在填海地区厚砂层及厚淤泥层中采用旋挖钻成孔施工，可结合现场实际地质选用不同材料制备高性能泥浆、严格控制泥浆质量、加长护筒、局部换填等方法解决塌孔及缩颈问题。上述成孔施工控制措施，可为旋挖钻填海地区厚砂层及厚淤泥层中成孔施工提供技术参考。

[1]铁路桥涵施工规范 TB10203-2002

[2]高速铁路桥涵工程施工技术指南 铁建设[2010]241号

The rotary drill in the reclamation area of thick sand and thick mud layer in the hole technology

According to the Shenzhen airport station rotary drill hole construction experience,discusses the rotary drill in the reclamation area of thick sand and thick mud layer hole construction technology control measures for rotary drilling in the reclamation area of thick sand hole construction and thick mud layer to provide technical reference．

rotary drilling；thick sand layer；thick silt layer；pore forming process

TU94

B

1003-8965(2017)01-0086-03