流沙地质旋挖钻孔灌注桩施工技术

李志武 张浩 鞠军令

摘 要：旋挖钻机作为目前工程当中的一种新型的机器，它经过多年的应用，目前已经被广泛地应用在公路、铁路以及城市的建筑过程当中，它主要是用在桩基工程之中，它具有高效性、节能性、低污染性，所以受到越来越多施工单位的信赖和应用。但是由于旋挖钻施工机器的重量和体型，还有其钻进的过程当中绕劲过大等原因会使挖钻穿越厚的流沙层，使施工存在较大的难度，而且容易出现塌孔、缩颈等事故。基于此，本文以流沙地质旋挖钻孔灌注桩施工技术为例展开讨论。

关键词：流沙地质;旋挖钻孔灌注桩;技术

对于一般的桥梁工程而言，它的基础桩基穿越砂层从设计到现场考核的情况来看，砂层的组织成分较多，有粉砂层、出砂层、粒沙层，而且分布较为密集，砂层的厚度一般达到2～10米，大致呈水平状。在钻孔桩的长度范围内具有一定的规律性。随着深度的增加，砂层会逐渐增大，所以会出现细砂向砾砂的逐渐转变。基于此现状在流沙地质领域应该要选择旋挖钻机进行施工，这样才能够加快施工进度，提高施工效率。

1 工程概况

郑州航空港区10座桥梁工程施工一标段主要包含五座桥梁，分别是工业一路跨梅河干流桥、工业二路跨梅河干流桥、双鹤三街跨高路河1桥、工业四路跨高路河1桥以及双鹤五街跨梅河干流桥，五座桥梁上部结构均为一联三跨现浇预应力箱梁，下部结构为异型结构墩、台，基础采用承台+钻孔灌注桩。

本工程位于新郑市八千乡，区域地貌单元属山前冲积平原，微地貌为河谷河床地貌。场地为现现状梅河、高路河河道及河堤绿化带。依据地质勘察报告显示，本工程五座桥梁地质情况大体相近。22.5m以浅为第四纪全新世冲积形成的地层，以粉土、粉砂、细砂为主;约22.5m～65.0m为第四纪中晚更新世冲击形成的粉质黏土。本工程地下稳定水位埋深0～4.0m，年变幅1.0～2.0m左右。属第四系松散岩类孔隙潜水，主要靠大气降水及河水补给。

2 流沙地层成孔的主要因素及选择旋转机施工地理由分析

旋挖钻孔灌注由于其经济性、施工相对容易的特性成为桥梁基础的主要方式，钻孔桩朝着大直径、深孔的方向发展，成为地质条件非常复杂的地区施工工艺首选，对水上钻孔桩的作业质量至关重要。在流沙地层旋挖钻成孔困难，主要表现为以下两个方面。第一是从流沙稳定力学来分析，在钻孔达到流沙层的时候，影响流沙层稳定的外界因素就有地层以及流沙层自身的重力，还有孔内的液体冲刷力，通过分析可以知道地层的压力是通过上层传递的，在地质条件确定的情况下，仅仅是与荷载量有关，所以当荷载量增大的时候就会造成失稳状态。而流沙层自身的重力会产生分离，导致流沙层的工艺受到影响。其次，是挖钻成孔技术与其他程控工艺比较，它的冲击钻旋环传以及其他工艺具有特殊性，所以在使用的过程当中要针对性地去采取措施。与冲击钻、回旋钻施工技术比较，旋挖钻施工技术自动化程度高、成孔快、准确性高、孔壁摩阻力提高、沉渣少、桩基质量好。旋挖钻斗的切削、提升上屑的机理与常见回旋钻进的正、反循环成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通过钻斗把孔底原状土切削成条状载入钻斗提升出土，后者是通过钻头把孔底原状土打碎由泥浆循环带出土面。

选择旋挖钻机施工的理由：

（1）施工效率高：本工程的施工记录数据中显示，旋挖钻机成孔时间大约是传统钻孔桩机的50%，作业效率高，有利于加快进度，保证工期。

（2）有利于降本增效：由于旋挖钻机干作业对土质要求较高，一般需要采用换填或者钢护筒的措施，所以坍孔现象控制得较好，混凝土充盈系数比非旋挖钻机干作业的灌注桩要低得多，能够节约大量的混凝土，降低了工程成本，能为企业增加效益。

（3）有利于安全文明施工：南京地区雨季时间较长，下雨后场地较为泥泞，旋挖钻机相比其他方式灌注桩机械，在场地内移动便利;同时，旋挖钻机施工受天气影响不大，施工过程中没有大量泥浆需要处理，并且方便现场环境的管理。

选择旋挖钻机施工的建议：

（1）中风化砂岩层抗压强度高于强风化砂岩层，进入该土层时需放慢钻进速度，可以更换成岩钻并采用分级钻进的方案。

（2）干作业施工要求地下土层含水量少、渗透性差，否则需选择泥浆护壁湿作业施工。

（3）当遇到厚的杂填土层、素填土层、粉土层及砂土层等孔壁稳定性很差的土层时，需要采用护筒护壁，遇到成孔困难及复杂土层时建议慎选。

（4）在施工过程中遇到黏土时极易糊钻，建议选用体开式钻头，更便于卸土。

（5）桩底土层自稳性较差时，不建议采用桩底扩孔施工。

3 旋挖钻穿越流沙层控制内容及应对措施

3.1 加强技术工作

在施工之前首先要对于施工场地进行调查，对于流沙层埋深的长度以及护筒的强度都要适当的去注意，而且要做到加强的同时及时的清理运钻渣。首先要加强技术的交底工作，要向操作人员说明地质情况以及特殊性，所以要求操作技术人员严格的控制钻杆的位置以及垂直力度，还有穿越流沙层之后要注意的动作幅度，避免过激过大的操作。其次，在流沙层底层使用的钻头要进行合适的挑选，这样才能够进一步的提高流沙层钻孔效率。

3.2 埋流沙层技术

对于浅层的流沙层来说，由于其地表较浅，所以在施工的过程当中采用的是埋设护筒的方式进行防护，而对护筒可以适当的去加长，保证护筒的长度能够穿越流沙层。同时在施工的过程当中，对孔顶载荷也要进行控制，比如说大型的机具必须要近距离的停放，尽量的加大距孔口的位置，挖出渣土并且及时的清运等。对于护筒的加强和加长，能够有效的去控制流沙层的防护作用，可以保证正常的钻进。

3.3 合理选用作业和配套机

对于深埋流沙层来说，常见的深度都是20米以上，而对于此类流沙层主要是要先选用合理的配套机具。一般在采用旋挖钻施工工艺的时候，通常是选用SR150型旋挖钻工具。采用的是摩擦式的钻杆，砂土层和流砂层的胶结性能比较差，所以要選用双底板捞沙钻斗进行钻进。在钻进的过程当中要减少清孔的时间，缩短孔壁暴露的时间，在现场应该配备空气吸泥机，用于清理孔底的沉渣。而且要用导水管下灌注混凝土。除此之外，也要选好其他的机制，比如说出渣车、吊车、装载机、挖掘机等，以备不时之需。

3.4 改善泥浆性能

对于深层流砂来说，还要改善泥浆性能。通常应该采用一些优质的膨润土制备泥浆，而且在制备泥浆的过程当中要保证其搅拌均匀，在搅拌过程当中适量的加入一些调节PH的试剂。使黏土的成分能够得到有效的分解，这样能够增加泥浆当中的细微颗粒的含量，减少一些粗颗粒的含量，可以有效地防止泥浆的失水率，从而形成一张薄而密质的泥皮，这样对于流沙层的稳定性来说有重要的作用。其次，在泥浆制备的过程当中可以加一些CMC，以此来增加溶液的黏稠性，并且可以使其更加黏稠、乳化、悬浮，能够更好地起到保护胶体的作用。它能够使孔壁形成一张薄而坚韧，具有渗透性低的滤层，这样能够控制孔壁的失水量。在钻进的过程当中要对泥浆进行严格的控制，对于泥浆的指标测定要及时的调整，泥浆的比重必须按照规定黏稠度要控制在一定的范围内，并且含沙率以及pH值都要受到严格的控制。再次，旋挖钻施工的过程当中，应该要保证泥浆的不循环使用，在一定程度上维持流沙层的稳定，可以增大泥浆的比重，在施工的过程当中应该重点控制泥浆的比重，同时，由于旋挖钻提钻后会带出一部分的泥浆，这时候应该及时补充，保持水头压力。在孔口处，提出时应该要稍停留几秒，这样可以使大部分泥浆能够流入进去，减少泥浆的损失，并且降低沙土的含水量，这样便于土的堆放和运输。在钻进的过程当中，应该要重点的去控制泥浆的含沙率，泥浆当中如果含砂率过大就会使泥浆受到扰动，泥浆当中的沙粒就会对孔壁形成切削的作用，不利于孔壁的稳定，所以应该要加强检测的频率，发现含砂率过大的时候应该及时地去补泥浆或者是暂停操作。

3.5 及时对钻孔效果进行检验

对钻孔进行检测，主要是检测孔底孔的倾斜度以及孔径孔内的水头高度、出渣量等。通过监测这些内容可以及时的发现，在钻孔的过程当中是否出现了塌孔、缩径以及钻孔偏斜的情况，如果出现这些情况，要及时的去采取有效的措施进行控制。采用旋挖钻进行桩基施工，每根桩工期平均为5天，汉洪高速、珠山湖大桥及汉江三官桥项目桩基施工均采用冲击钻或回旋钻，同等对比1根桩需要工期20天左右，大大节约工期，且大量节约用电，成孔质量提高，明显降低了施工成本，同其他成孔方法比较，旋挖钻施工渣土及泥浆易于处理，对环境污染小，节约能源，具有较好的社会效益。

3.6 制定详细应急预案

通過检查发现流沙层当中出现了大孔或是埋钻等事故的情况，就应该立马的制定专项的应急预案，集中配备一些应急处理的物资和设备，确保能够及时地处理好事故。而且要对各控制要素采取针对性的应对措施和改进措施，经过不断地试验和总结，直至这些技术和指标达到标准后才可以停止，这样能够有效地去克服流沙层的地质条件困难。

4 结语

简而言之，在流沙地质下采用旋挖钻技术，它在一定程度上会使成桩的速度更快，它可以明显地缩短施工周期。旋挖钻机的自动化程度和工艺比较先进，所以对桩位的控制和成孔的质量都有明显的优势，可以提高施工的质量。采取旋挖钻钻进技术可以使泥浆不循环使用，使孔底的沉渣较少，而且配合使用一些吸泥机还可以减少二次清孔的次数，它在一定程度上减少了泥浆的使用率，而且控制了环境污染的程度，它的成功率也较高，所以现场的设备机器投入较少，便于管理，有利于现场的文明施工，正是由于其有独具的优点，所以它在采用过程当中能够达到控制施工成本，实现质量控制、环保施工、经济效益明显的效果。

参考文献：

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