1、270 探矿工程(岩土钻掘工程) 2009年增刊旋挖钻机在厚砂卵石层及膨胀性粘土层钻孔灌注桩中的应用罗永葵，曾勇生(四川准达岩土工程有限责任公司，四川成都610072)摘要：新建铁路武汉至宜昌工程玛瑙河特大桥桩基孔深、口径大，地层为厚层砂卵石层及膨胀性粘土地层，施工条件复杂，经过多种施工方案分析比较，采用了旋挖钻机成孔，满足了工程质量和进度要求，亦给今后类似工程施工提供了事要的参考借搭作用。关键词：旋挖钻机；砂卵石层；膨胀性粘土；灌注桩中图分类号：TU4731+4 文献标识码：B 文章编号：16727428(2009)S1027003在铁路、公路等工程的钻孔灌注桩施工中，旋挖钻机以其对各种条件
2、土层的适应性强、无挤压效应、无振害、噪音小、无泥浆、成孔速度快等优点，得到了广泛应用。对于一般粘性土、淤泥质土、填土及砂性土、卵石土、泥岩、砂岩等，旋挖钻机穿越能力强，成孔效果好。新建铁路武汉至宜昌工程玛瑙河特大桥桩基施工实践表明，在厚层砂卵石层及膨胀性粘土地层施工大口径、深孔灌注桩，旋挖钻机在保证施工质量的情况下，亦能取得较快的成孔速度，进一步展示了旋挖钻机施工的优越性和适应性。1 工程概况新建铁路武汉至宜昌工程为沪汉蓉快速客运通道(设计速度200 kmh)的组成部分，东起汉口站，西至宜昌东站。本次施工的玛瑙河特大桥位于宜昌市安富寺镇玛瑙河处，全桥长2744 km，此处地势起伏不大，沿线多跨
3、越沟、道路以及一些鱼塘。线路于DK266+4795DK266+5223处跨越汉宜高速公路，跨越处采用9、10号墩台，每墩台由11根600m长020m桩基组成。玛瑙河特大桥跨越汉宜高速公路的桩基为承台大直径深孔桩基。根据钻探揭露，该场地上覆第四系根植土(Q。叫)，其下由第四系晚更新统砂卵石层(Q，“一)、第四系中上更新统可塑一硬塑粘性土(Q：-3al+#)成因的粘土组成。粘土的自由膨胀率为71一96，蒙脱石含量为1917一414l，为中强膨胀性粘土。地下水埋深122Om，场地内地下水位年变化幅度在1一15m左右，受雨水及玛瑙河河水影响较大。施工条件的复杂性，使得桩基施工的难度较大。2桩基成孔方案
4、比选跨汉宜高速公路的9、10号墩台桩基直径为02Om，设计桩长为60Om，设计桩顶顶面位于地面下15m左右。两墩台位于汉宜高速公路两旁坡脚附近，分别有2根桩位于坡脚上，边坡需处理，并且该墩台位于当地村民的农田上，表层土质较软，距离施工便道20O一30Om左右，墩台位置9Om以上地层为砂卵石，9Om以下地层为中强膨胀性粘土。21 成孔影响因素分析跨汉宜高速公路的9、10号墩台桩基施工存在诸多不利因素：(1)上部为较厚砂卵石层，砂质充填，透水性强，钻进过程中易塌孔；下部为中一强膨胀性粘土，成孔时间过长将会导致粘土发生侧向(桩孔内)膨胀，进而产生裂隙发生孔壁垮塌，影响桩身质量，甚至发生安全事故；(2
5、)距离汉宜高速公路较近，相互影响较大；(3)钢筋笼笼长较长，为桩身通长配筋，直牧稿日期：20090830作者简介：罗永葵(1968一)，男(汉族)，四川内江人，四川准达岩土工程有限责任公司高级工程师、注册一级建造师、注册造价工程师，主要从事工程勘察、地基处理、边坡治理等工程施工与管理工作以及概预算工作，四川省成都市青羊区浣花北路1号，02887399831，zdtongyong163corn；曾勇生(1973一)，男(汉族)，四川威远人，四川准达岩土工程有限责任公司高级工程师、注册土木工程师(岩土)，主要从事工程勘察、地基处理、边坡治理等工程施工与管理工作，zys27126como万方数据20
6、09年增刊 探矿工程(岩土钻掘工程) 27l径较大，质量重；(4)桩基位置到施工便道的土质软、距离较长。因此，应选择一种能适应该地层的桩基施工方法，确保钻进效率及桩基质量。22施工方案分析选择根据地层条件，桩基施工可采用旋挖、冲击、正反循环与人工挖孔等工艺措施进行。221人工挖孔一桩基上部砂卵石层厚度大，且正值雨季，地下水位较浅、较为丰富，人工挖桩孔时，可能会发生涌水坍塌，护壁成孔难度大；下部为中一强膨胀性粘土，桩孔深，人工挖孔施工时间过长，易发生侧向膨胀塌孔，施工人员安全无法保证；人工挖孔需护壁，造价较高，故该方法不予考虑。222冲击钻成孑L采用冲击钻成桩孔，由于上部砂卵石层为砂质充填、不稳
7、定，在受到频繁冲击震动情况下，易发生跌落、滑动、露头、甚至坍塌等现象，造成卡钻、埋钻等事故，致使工期延误；下部粘土塑性指数较大兼有膨胀性，易造成粘钻或塌孔，施工进度缓慢，施工时间过长。冲击钻进导向全靠重力作用，一旦局部有孤石，将产生偏钻现象。桩孔距离高速公路太近，冲击震动较大，对高速公路车辆的运行及附近村民房屋有影响。另外，冲击钻机耗电，钢丝绳消耗大、自身重量大，搬迁运输成本大及泥浆产生量大、处理困难等，综合考虑这些因素，不宜采用冲击钻施工。223正反循环钻机施工正循环钻机和反循环钻机施工桩孔都是通过泥浆的循环进行护壁和出渣，二者钻进成孑L工艺相同，适用的地层也基本相同，不同的是泥浆的循环方式
8、。正循环钻机施工桩孔时，靠泥浆的自然循环方式排渣，泥浆的上返速度低，携带土粒直径小，排渣能力差，岩土重复破碎现象严重，既影响了钻进速度，钻具的磨损也比较大。施工的桩孔直径不宜大于1000mm，钻孔深度不宜超过40m，清孔时间也较长，达56 h。反循环钻机的循环能力和排渣能力比较强，但由于下部地层属于膨胀性粘土，桩尖抽浆形成负压，当反循环泥浆不能及时从泥浆沟流进桩孔，致使泥浆面太低，操作不当，易引起膨胀性黏土塌孔埋钻，从而使得施工时间大大延长。对于一个40Om深的垂1Om桩基成孔需要25 d，而对于成一个60Om深的啦Om桩基则需要更长时间。正反循环钻机都是利用泥浆将孔底的泥土等携带上来并排放到
9、地面上的泥浆池内，现场泥浆污染严重、运输困难，桩基定位也不方便。由于施工时正值雨季、施工工期比较紧、地层性质不好、泥浆管理差、场地位于高速公路两侧，且该位置桩基为60Om深的啦Om桩基，钻孔时间过长易造成塌孔，严重的甚至需回填重新进行钻孔，耽误工期，造价更高。综合考虑不采用正反循环钻机施工。224旋挖钻机施工旋挖钻机通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土，反复循环而成孔，具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、施工噪音低、不污染环境的特点。旋挖钻机配备有多种钻头如旋挖斗、筒式钻、螺旋钻等，根据不同地层情况合理调整使用。该地层上部卵石粒径小、下部粘土承载力为180kPa，适合旋挖钻机施
10、工。该部位桩基使用旋挖钻机进行施工，钻斗挖土每一循环视孔深不同约在28min内完成，每钻进一斗人土0508m，钻进速度快，成孑L效率高，约6 h左右即可成孔，孔壁在水中浸泡时间短，膨胀性地层膨胀速度也就相对较慢，减少了孑L壁坍塌等事故，能够满足工程施工工期及地层的要求。同时，旋挖钻机由全液压系统控制，能保证桩基垂直度、孔位、孔深、沉淀厚度等各项指标达到施工规范要求。综上所述，选用旋挖钻机施工方案。，3旋挖钻机施工及效果 。 131 施工工艺桩基采用旋挖钻机施工的工艺为：桩位放线_+护筒埋设一+泥浆制备-施工钻进_成孔检测_+清孔-+钢筋笼下放_+下放导管-灌注混凝土32护筒埋设先在地表杂填土层
11、的桩孔位处挖出大于护筒外径lOOmm的圆坑。护筒选用比桩孔直径大100200mm的钢护筒，护筒用厚度为lOmm的钢板卷制，护筒内径可为2200mm，护筒长度一般为3Om。将护筒放置于坑内，往护筒四周均匀对称回填优质黏土，并分层夯实使护筒周围密实。其后再继续钻进往下压砸护筒上边沿并进行护筒焊接工作，直至护筒埋设人粘土层内05m以上，护筒顶部高出地面200300mm左右。整个护筒埋设3节9Om长。护筒埋设过程中必须随时调整护筒中心与孔桩中心重合并保持筒壁垂直，中心位偏差不超过50ram，垂直度偏差小于1。33钻孔泥浆制备由于本墩台桩孔地层比较特殊，上部砂卵石层万方数据272 探矿工程(岩土钻掘工程
12、) 2009年增刊厚90m左右、下部粘土为中强膨胀性；桩孑L深度较深，达到630m左右，因此，要求成孑L时间短、护壁性能好。首先要选用优质泥浆。泥浆指标应维护较高水平，实际施工泥浆密度定为1351。45 gcm3，粘度为3040 s。其次，在施工过程中应特别加强泥浆的系统质量管理，经常检查泥浆性能指标是否达到设计要求，遇孑L内泥浆比重、黏度下降时，及时向孔内投放膨润土，必要时掺加Na：CO。纯碱等外加剂，以改善泥浆性能，增加泥浆的护壁能力，保证孔壁的稳定。在容积大致为2500m3的泥浆池内储存用泥浆搅拌机拌制的泥浆，泥浆密度在140 gcm3左右。泥浆造浆材料选用优质400目以上的钠基膨润土，
13、必要时再掺入适量CMC羧基纤维素或Na：CO，纯碱等外加剂，保证泥浆自始至终达到性能稳定、沉淀极少、护壁效果好和成孔质量高的要求。泥浆配合比-水：膨润土：碱=1：015：0015(对不同的地层，膨润土的掺量和碱的加量可做适当的调整)。由于桩孔较深，施工需要更长时间，松散砂卵石层渗透性较高、地下水水位较高，当孔内泥浆面下降时地下水就会渗流入桩孔内，使泥浆比重降低、粘度下降，护壁效果大大下降，孔壁失去护壁压力使孔壁失去平衡而坍塌。因此，在钻进过程中不断向孔内补给泥浆，同时向孔内投入膨润土甚至纯碱，以保证泥浆的性能指标，维护护壁的稳定。34旋挖钻机钻进鉴于桩孔直径为舵Om、孔深为630m左右，选用长
14、沙中联配备重型摩阻钻杆的ZR250旋挖钻机进行钻孔。成孔前，检查钻头保径装置、钻头直径、钻头磨损情况。施工过程中对磨损超标的钻头及时更换。钻斗在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，将土渣挤入钻斗内，装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。钻机就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。当钻斗下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将士卸于堆放地点。每一循环视孔深不同约在28rain内完成，每钻进一斗入土0508m。当钻机钻出一定量的钻渣时，利用自卸汽车及时将钻渣运至弃渣场，保证施工现场的干净、通畅、后续工作能够连续施工而不受干
15、扰间断。在出渣同时，继续向孔内注入拌制好的泥浆甚至投入膨润土，确保孔内泥浆液面高度。钻机施工过程中泥浆面始终不得低于护筒底部，保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆护壁，反复循环直至成孔，每个孔基本在6070 h左右成孔，保证了成孔的速度及效率。施工期间护筒内的泥浆液面应高出地下水位15m以上，在受水位涨落影响时，泥浆液面应高出最高水位15m以上，及时向孔内添加泥浆，确保孔内泥浆水头不低于护筒底脚05m。在旋挖钻机钻孑L过程中，必须保证旋挖钻机成孔的垂直度，通过仪表操作不断调整钻杆的垂直。由于该位置表层土质承载力低又要受泥浆的浸泡，为防止地面沉陷使钻机钻杆不垂直而导致钻孔不垂直
16、甚至钻机倾斜等事故，在钻机下垫一块50m20m0Olm的钢板。成孔过程中，按施工确定的参数进行施工。35施工效果本次两墩台20根桩，单桩成孑L一般只需67h左右；从埋设护筒到浇注混凝土完毕，单个桩基需要21 h，施工时间短，工程进展比较顺利。所成桩孔孔深、孔径和孔斜度均在规范要求之内，钻孔检查验收均一次性通过。9号台1l根桩基、10号台9根桩基的超声波检测结果表明，合格率为100，9号台11根桩基、lO号台8根桩基为I类桩，109号桩基为类桩，I类桩占总检测桩数的947，桩基质量优良，从而验证了该桩基采用旋挖钻机施工的可行性、优越性。4结语本工程充分利用旋挖钻机施工质量可靠、成孔速度快、成孔效
17、率高、适应性强、移动方便等特点，很好地满足了深孔厚层小粒径砂卵石及膨胀土地层桩基的施工要求，施工质量优良。尽管旋挖钻机一次性投入费用高，但适应性强，经济效益综合指标远大于其它钻机施工，是一种理想的施工工艺。在厚砂卵石层及膨胀性土中钻孔，泥浆护壁的好坏直接影响到成孔速度和成桩质量。施工中要安排专人对泥浆的液面高度、密度和稠度进行跟踪检测，适时调整，以满足工程需要。参考文献：1TZ2132005，客运专线铁路桥涵工程施工技术指南s2TZ2102005，铁路混凝土工程施工技术指南s3徐维均桩基施工手册M北京：人民交通出版社，20074 周晓龙广州星海花园度假村工程松厚砂卵石层的钻孔桩施工J岩土工程界
18、，2005，8(4)：7980万方数据旋挖钻机在厚砂卵石层及膨胀性粘土层钻孔灌注桩中的应用作者： 罗永葵， 曾勇生作者单位： 四川准达岩土工程有限责任公司,四川,成都,610072刊名： 探矿工程-岩土钻掘工程英文刊名： EXPLORATION ENGINEERING(ROCK & SOIL DRILLING AND TUNNELING)年，卷(期)： 2009,36(z1)被引用次数： 1次参考文献(4条)1.TZ 213-2005.客运专线铁路桥涵工程施工技术指南2.TZ 210-2005.铁路混凝土工程施工技术指南3.徐维均 桩基施工手册 20074.周晓龙 广州星海花园度假村工程松厚砂
19、卵石层的钻孔桩施工期刊论文-岩土工程界 2005(04)本文读者也读过(10条)1. 黎中银.王宏伟.解大鹏.LI Zhong-yin.WANG Hong-wei.XIE Da-peng 旋挖钻机入岩机理和钻岩效率的分析期刊论文-建筑机械（上半月）2008(1)2. 王景祥.WANG Jing-xiang 旋挖钻机及其施工工法期刊论文-建筑机械(上半月)2010(8)3. 史秀云.SHI Xiu-yun YTR80多工法旋挖钻机结构及特点分析期刊论文-建筑机械（上半月）2009(10)4. 吕军斗.田文杰.L(U) Jundou.TIAN Wenjie 旋挖钻机在无水砂卵石地层围护桩施工中的应
20、用期刊论文-建筑技术2009,40(11)5. 段军朝.熊艳.DUAN Jun-chao.XIONG Yan 旋挖钻机在超厚卵石层中的应用及质量预防措施探讨期刊论文-建筑机械（上半月）2010(11)6. 区焱彬.王修春.OU Yan-bin.WANG Xiu-chun 长臂旋挖钻机在基础工程中的应用期刊论文-山西建筑2010,36(20)7. 肖云辉.Xiao Yunhui 砂卵石地层钻孔灌注桩基础的施工期刊论文-南平师专学报2003,22(2)8. 周光强 复杂地形超厚卵石地层钻孔灌注桩施工技术期刊论文-中国港湾建设2003(2)9. 宋雨.陈以田.张继光.李晓亮.郭春涛.SONG Yu.CHEN Yi-tian.ZHANG Ji-guang.LI Xiao-liang.Guo Chun-tao 徐工XRS800旋挖钻机期刊论文-建筑机械化2010,31(12)10. 裴苏民.Pei Sumin 旋挖钻机在复杂软弱地质条件下的应用研究期刊论文-安徽建筑2010(2)引证文献(1条)1.任良治 汛期江上工程钻探施工实践期刊论文-探矿工程-岩土钻掘工程 2010(9)本文链接：http:/
