沿海地区不良地质地段旋挖嵌岩桩基成孔技术研究

李荣且，陈相超

(中交一公局第四工程有限公司，广西 南宁 530000)

0 引言

在基建工程中，旋挖成孔技术应用相当广泛，因其具有高质、高量、高效并且环保的特点，已经成为我国基建行业中使用的关键技术之一，尤其是在不良地质条件下应用较多。基于此，本文以中国-马来西亚钦州产业园区马莱大道(玉垌根江大桥、下埠江大桥)工程下埠江大桥为例，进行旋挖钻机嵌岩桩基成孔质量控制探讨。

1 工程地质概况

下埠江大桥全长415 m，其主跨为198 m，桩基长度范围在20～37 m之间，主墩选用的是40根φ1.8 m钻孔灌注桩，其墩位详细的地质情况描述如表1所示。

表1 墩位详细地层结构表

2 成孔技术难点

施工平台与孔底之间的距离有35.25 m，这就要求必须进行桩基成孔设备选型。根据地质勘察资料可得，该工程项目处于不良地质区域，墩位的土层砂砾厚度相对较大，并且在不同深度(-2.05～-14.54 m)处均夹有砂砾层。因此，泥浆指标的控制是相当关键的，要求能够有效确保孔壁保留较长的时间，而不出现坍孔。此外，面对长度较长的桩基，必须要保证其垂直度，如果垂直度控制不到位，会影响到钢筋笼的下放操作，以及后续的导管安装、浇筑等，也会对成桩的质量造成一定影响。

3 钻机

选择钻机的型号需要综合考虑钻孔深度、泥浆情况、钻头种类、扭矩以及配套设施等因素。本工程项目的钻孔深度达到了37 m，故对钻机的钻孔深度要求达到40 m，也就是需要使用钻孔深度>40 m的钻机，这也就要求必须选用扭矩较大的钻机。通过对上述的地层条件进行分析，此墩位处主要以全/强风化泥质粉砂岩为主，这在钻进过程中易出现倾斜现象，所以需要选用扭矩传递平稳、在砂土层中钻头强度高并且具有优良导向性的钻头。为了满足以上条件，本次工程选用单腰带四翼刮刀钻头作为钻机的钻头。考虑到墩位处地层的力学性质，其钻压值应保持在100～200 kN之间，并且为保证钻孔始终垂直，应当将孔底钻压维持在钻具总重的50%～70%之间，这就是说钻具扭矩最好>60 kN·m，总重量>20 t。此外，钻进速度对于成孔的周期影响极为明显，当前国内的嵌岩桩基成孔多采用冲击钻机施工。然而这种钻机耗电量大，施工周期较长，考虑到现场的电力设置及总功率限制，主墩桩需要较长的时间才可以完工，选择冲击钻机难以达到计划工期的要求。综合上述因素，拟选用当前国内最大型号的旋挖钻机SR385RC8进行施工。

4 钻机施工技术

4.1 钢护筒沉放

在墩位处，其表面地层为淤泥质砂土，结构较为松散，而钢护筒则需要尽可能下沉到密实层，才能够维持孔壁的稳定性，并且还能够有效避免出现护筒保不住水的情况发生。为了能更好地保证钢护筒的安装精度，需要使用导向架进行护筒导向。在测量监控的条件下，使用履带吊将首节钢护筒送至导向架内，并使用千斤顶对护筒水平位置以及垂直度进行调整，直到达到相关要求。同时再使用限位挡板将护筒固定在导向架内，确保首节护筒的准确定位。沉放应缓慢进行，在首节钢护筒位置固定后，便能继续接高护筒，这个过程需要使用到振动桩。在下沉中，需要做到定时测量，其通常是1 m测一次，才能够有利于及时纠正护筒的水平位置以及垂直度，在下沉早期，纠正工作相当重要，因为当入床较深的时候，即使发现偏差，也难以进行修正。因此护筒入床初期是保证护筒沉放达到相关要求的关键阶段。

4.2 泥浆的使用

在钻孔过程中，泥浆的使用也是极为关键的。尤其在本工程项目中，此次项目以全/强分化泥质粉砂岩层为主，造浆性能比较弱，因而泥浆的控制显得尤为重要。本项目的泥浆配比由试验室试配后决定，均为PHP高性能泥浆。使用此类泥浆，是因为其能够使钻渣处于结合的絮凝状态，方便清除，同时也能持续保持泥浆自身高黏度、低比重的性能。此泥浆的主要优势在于可以有效提升钻进速度，能够将泥浆的比重控制在1.03～1.08之间；能保护机械正常工作；因为泥浆渗出量比较小，且固相含量较少，所以有助于稳定孔壁，保持孔壁顺直；对于预防孔漏以及堵漏均有成效，即使在渗漏性失水地层也能够达到防漏堵漏的效果。泥浆的详细指标详见表2。

表2 泥浆详细指标表

4.3 旋挖成孔

对松软土层选择使用回转钻头，借助钻齿旋转，可以将土挖入到钻斗内随后闭合，再将土带出钻孔卸载(如图1所示)。而坚硬砂岩层则建议选择小直径回旋钻头，先用小钻头在中心位置钻出小孔后，再使用桩基所需的回旋钻头进行二次钻孔。钻进过程中，需要将钻机安置于施工处，并进行钻杆位置调整，使钻头正好对准钻孔中心，在保证钻杆垂直之后再进行钻进。期间操作人员需要时刻注视着显示屏上所显示的钻进参数。开始钻进时需要采取低速钻进，并且为了更好地保证孔位的准确性，其主卷扬机钢丝绳应当承担大于钻具、钻杆强度的20%，当钻进护筒下之后应当结合土层情况选择钻进速度。钻进期间要定期使用测量仪器进行钻杆垂直度的检查校准，以确保成孔的垂直度。

图1 旋挖钻孔出渣现场图

5 防治成孔质量通病的措施

当处于不良地质、低承载力条件下时，进行质量问题的预防需要注意：

(1)工程项目的施工位置通常地质情况较差，不利于施工，在施工中往往出现缩孔、地下水丰富等状况，这要求相关施工人员在开展施工操作前就要对不良地质地段可能会导致的不良情况做出详细的应对方案。比如施工期间可采取通过稳定液调整、回填黏性土以及反向旋转钻具等办法进行孔壁的修复。相关工作人员要考虑到工程项目施工的实际情况进行紧急措施处理，同时还需要保证施工期间遇到突发情况能够及时通知相关工作人员到场处理。

(2)旋挖成孔能否成功的一大重要因素在于稳定液的使用，相关人员要科学合理地选择稳定液，才能保障黏土细度处于一定范围内，保证其稳定性。

(3)为防止出现坍塌的情况，进行作业时，所使用的泥浆必须要满足相关要求，并且将钻进速度控制在合适的范围内，尽量防止因钻进出现碰撞而导致护壁泥皮破坏的现象。灌注导管在灌注之前，相关工作人员要检查其封密性是否良好。

6 施工注意事项

在施工期间需要注意几个方面：

(1)尽量确保施工场地平整，可以有效防止出现钻机沉陷的情况。排出的渣土距离孔口的距离应≥7 m，并及时进行清理。

(2)相关工作人员对于成孔参数的控制要合理科学，当在淤泥质砂土或全风化泥质粉砂岩地层中进行钻孔操作时，极易出现塌孔的状况，这需要结合场地的实际地质情况选择合适的注浆办法，增强泥浆孔壁支撑作用。

(3)注浆时工作人员要保证垂直操作，才能防止因泥浆流入到土层从而导致护筒底部土质松散的情况。工作人员应定期对钻机开展全面合理检查，对钻机出现的问题及时进行修理，避免在使用期间出现不良状况。

(4)工作人员还需要定期检查压浆泵压力表是否处于正常工作状态，若是出现异常情况，要及时进行合适的处理维修，防止作业期间出现漏电、爆管等不良情况。同时，相关工作人员还要准确记录成孔的各个数据参数，便于后期施工管理。

7 结语

在沿海不良地质、低承载力地区进行旋挖成孔具有一定的难度。为了能够更好地保证成孔质量，施工人员需要把施工场地的实际情况掌握清楚，尤其是其地质地层相关信息，结合实际情况选择钻机、钻进速度、扭矩、泥浆配比等。除此之外，在施工期间，还要注意旋挖成孔质量通病的防治，要定期进行检查，一旦出现问题及时处理纠正，要牢记施工的注意事项，才能更有效地保证旋挖钻机的成孔质量。

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