浅析旋挖钻设备在钻孔施工中的优势

寇文林

中铁二十局集团市政工程有限公司

旋挖钻在工程施工中具有钻进工艺先进，钻进速度较快，适应地质构造范围较广的特点。旋挖钻成孔主要是动力头转动底门镶嵌斗齿的桶式钻斗切削岩土，并将原状岩土装入钻斗内，然后再由钻机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复钻至设计深度。

1工程概况

中铁二十局集团市政工程有限公司兰州新区某项目，总建筑面积139021.2平米。本工程包含1#楼、2#楼、3#楼及部分地下室，1#楼包含1#-2、1#-3、1#-4楼，三栋楼高度55.8m，桩为旋钻孔灌注桩，主体结构为框架-剪力墙结构，其中1#楼包含购物中心、酒店、写字楼及办公楼。2#、3#楼均为商业地产，建筑高度15m，基础为梁筏基础，主体结构为框架结构。建筑结构使用年限50年，抗震设防烈度7度，耐火等级一级，防水等级一级。

2工程地质情况

根据项目工程地质勘察报告显示，场地地层在30m深度范围内主要有①素填土、②黄土状粉土、③角砾、④含砾粉质黏土、⑤砾砂、⑥含砾粉质黏土、⑦砾砂、⑧含砾粉质黏土、⑨砾砂、⑩含砾粉质黏土等地层构成。

勘察期间，各勘探点均未见到地下水，据调查，场地地下水埋深大于30m。场地内及附近无崩塌、滑坡、泥石流、土洞、河流冲刷等不良地质。

3.钻孔设备选择

3.1与传统冲击钻相比旋挖钻成孔优点

旋挖钻钻孔灌注桩技术被誉为"绿色施工工艺"，与传统的正反循环钻机相比，其特点是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少。其工艺优点为：

3.1.1自动化程度高、成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。

3.1.2伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。

3.1.3孔壁不易产生泥皮。因为在成孔过程中孔壁一直都受钻斗的刮擦；在孔壁上形成较明显的螺旋线。这两点有助于增加桩的摩阻力，提高桩的质量。

3.1.4振动与噪声较低。由于旋挖钻通过钻头旋挖取土，再通过伸缩钻杆将钻头提出孔内再卸土。旋挖钻使用泥浆仅仅用来护壁，而不用于排碴，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。孔的垂直度、孔径、标高及孔地虚土等均能较好控制，对确保工程质量非常有利。

3.1.5旋挖钻机、电、液一体化高度集中，结构紧凑，操纵灵活方便，机械化、自动化程度高，施工现场内可自行移动，自立桅杆，移动、对孔位方便、快捷。采用伸缩式钻杆，节省了人力和加接钻杆的时间，辅助时间少，时间利用率高。

3.2旋挖钻成孔缺点之处

3.2.1因为不易形成泥皮，护壁性相对较差，容易缩径、塌孔。对于黏性较高的粘土成孔，成孔速率不高，主要粘土吸附在斗筒周壁，不易卸下。

3.2.2设备费用高，施工成本与其他成孔方式相比较高。砂卵石层中钻进存在成孔困难。

4旋挖钻成孔施工要点

4.1确保钻机、钻杆的垂直度，是保证所成孔不倾斜的关键。在钻成前校准垂直后，一般在成孔过程中就无需再进行调配。

4.2钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度。由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进。

4.3成孔过程中，钻头上下升降频繁，升降速度一定要控制。速度过快时，孔底的负压会造成部分虚土或底部塌孔。

4.4旋挖钻成孔，具有透水层或流沙层地质施工工点一般根据现场实际情况可采用长护筒施工或采用泥浆护壁，泥浆应具有良好的物理性能、流变性能和稳定性能。泥浆用粘土应选择粘粒含量大于50%，塑性指标大于20，含砂量小于5%。

5钻孔过程中事故的原因及处理

5.1卡埋钻具

卡埋钻具是旋挖钻进施工中最容易发生的、也是危害较大的事故,因此在施工过程中一定要采取积极主动的措施加以预防。发生的原因及预防措施：

5.1.1较疏松的砂卵层或流砂层,孔壁易发生大面积塌方而造成埋钻。在钻遇此地层前,应提前制定对策,如调整泥浆性能、埋设长护筒等。

5.1.2因机械故障或而使钻头在孔底停留时间过长，导致钻头筒壁四周沉渣太多而造成卡埋钻。因此,平时要注意钻机本身的及时保养和维修，同时要调整好泥浆性能，使孔底在一定时间内无沉渣。

5.2塌孔

主要是因为钻进过程中不使用泥浆，或使用很少的泥浆，护壁效果差所致。为防止钻孔坍塌，钻进过程中应保持孔内水位适当高出地下水位，要注意控制钻斗的升降速度。

5.3漏浆

漏浆事故主要与地下水位和泥浆的性能有关，如发生大裂隙漏浆，应采用回填的办法处理；漏浆不太严重则应调整泥浆性能，形成的泥皮应有足够的韧性；可在泥浆中渗入适量的水泥，搅拌均匀后使用。

5.4不进尺

主要原因为钻头被粘土糊满打滑或钻进过程中遇到漂石、坚硬的卵石层、基岩等。出现打滑时，可往孔内投入石块、换螺旋钻头或截齿钻头等办法来处理。

5.5扩孔、缩孔

遇有扩孔、缩孔时应采取防止塌孔和防止钻锥摆动过大的措施。缩孔是钻斗磨损过甚、焊补不及时或因地层中有遇水膨胀的软土、粘土泥岩造成的，前者应注意及时焊补钻斗，后者应采用失水率小的优质泥浆护壁。已发生缩孔时宜在该处用钻锥上下反复扫孔。

6灌注水下砼时导管出现问题的处理方法

6.1导管进水

在混凝土灌注期，导管进水是由于过多提升导管过猛，管底提出混凝土表面时发生的。遇到这种情况时，依次拔出导管，将装有底塞的导管（提前预备）重新插入原混凝土表面2m以下，然后检查如导管中无水则可继续灌注。

6.2导管堵管

初期堵管多因隔水栓卡管，发生初灌堵管时，可用振动器振动、硬物敲打导管外侧，或提升导管迅速下落振冲。中期导管堵塞大多是混凝土的砂石级配差及运输中造成混凝土离析、混凝土中有大块物体、混凝土在导管内停留时间过长而发生堵塞的。当发生中期导管堵塞时，处理的方法是将导管连同堵塞物一起拔出，疏通导管。

6.3灌注时坍孔

发生灌注坍孔有以下几种原因：护筒脚漏水；地下水压超过孔内水压；孔内泥浆相对密度、粘度过低；孔口周围堆放重物或机械振动。发生灌注坍塌时，可采用吸泥机吸出混凝土表面坍塌的泥土。如坍孔仍在继续且有扩大之势，应将导管及钢筋骨架一起拔出，用粘土或掺入适量的水泥将孔填满，待孔位周围地层稳定后再重新钻孔施工。

6.4埋管

埋管一般是由于导管埋置深度过大所造成的。为了避免造成埋管事故，在混凝土灌注过程中应严格控制埋管深度在2m~6m之间；若已造成埋管事故，即要对该桩基进行返工处理、或经专家论证是否需要处理。

7结束语

旋挖钻钻进技术及设备在基础工程施工中具有一系列优点，在施工前要了解施工现场情况，认真熟悉地质勘察报告、设计图纸及施工、验收规范，检查机械设备的关键部位，对施工过程中可能会发生的一些问题及时进行分析处理，做到科学组织，精心施工，严格管理，充分利用旋挖钻在桩基施工中的技术优势，不断推进旋挖钻机机械设计及施工技术发展。

参考文献：

[1]JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》

[2]杨文秀《浅议旋挖钻施工钻孔桩的优势》山西建筑2007年

[2]王欣《旋挖钻机成孔灌注桩常见问题的分析及对策》吉林水利2004年