旋挖钻机在长大钻孔桩中的应用

　　摘要：以南京大胜关长江大桥北引桥为例；对旋挖机在卵石层、泥岩、安山岩等复杂地质施工中出现钻进困难问题，提升力突然加大，减小成孔倾斜度，清孔时间较长。
　　关键词：钻孔灌注桩，旋挖钻机，钻进困难，倾斜度
　　随着高速铁路的快速发展，钻孔灌注桩在桥梁基础中越来越多。旋挖钻机具有效率高，成孔速度快的优点与传统的冲击钻、回旋钻、螺旋钻相比日渐明显。以往采用旋挖机施工钻孔深度大都在50m左右，且钻进地层主要为粘土层和砂层。在大胜关大桥北引桥部分墩采用了NR2206DR旋挖钻机施工引桥钻孔桩，实现了旋挖钻机在直径为2.0m，最大深度达85m的长大钻孔桩施工；达到了对旋挖钻机成孔质量的有效控制；解决了旋挖钻机在卵石层、泥岩、砂岩、安山岩中的钻进难题，为今后同类施工提供了经验。
　　1、工程概况
　　大胜关北引桥N1、N2、N30、N31、N32、N33#墩采用NR2206DR型旋挖钻机施工桩基础，钻孔桩直径为2.0m，深度达75m以上，最大深度为85m，N2墩需接长钻杆才能达到设计深度。引桥地质情况复杂，上部主要为砂层，砂层下为20～30m厚的岩层。N1、N2#墩岩层主要为破碎安山岩、砂岩。N30～N33岩层为弱风化泥岩，且上部砂层中都夹有卵石。
　　2、旋挖钻机成孔特点
　　用于桩基施工的旋挖钻机是NR2206DR型，最大桩径2.5m，最大深度为85m。该钻机通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土，反复循环而成孔，并具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、噪音小、环保的特点。同普通钻机相比具有以下优点：
　　a）旋挖钻机自动化程度很高，可以自动调节钻杆倾斜度和反映钻孔深度。
　　b）旋挖机钻进中不需循环泥浆，只需要钻进中补充泥浆保持水压。比普通旋转钻机钻孔中形成的泥皮要薄，有利于桩体受力。
　　c）旋挖钻机由底部斗齿将土体切碎，并压入钻斗内，然后由钻杆提出，如此循环作业比传统旋转钻钻渣由循环的泥浆带出的工作效率有大大提高。
　　d）旋挖钻机成孔后经检孔后下放钢筋笼，最后下导管开始清孔。缺少下放钢筋笼前的一次清孔。
　　3、施工中的技术及质量控制
　　3.1场地布置
　　由于钻机设备较重，施工场地必须平整，并有一定硬度，避免钻机发生沉陷，必要时需铺设跑板保证钻机平稳，防止因旋挖机前后晃动造成斜孔。
　　3.2护筒埋设
　　根据当地地质及水文情况，选取护筒壁厚及长度，总长度一般比地下水位高2m，直径比设计桩径大20cm，护筒埋设可采用振动锤或先由旋挖机在桩位处掏出孔洞再由吊机和人工配合用旋挖机钻斗挤压并调整到位。
　　3.3泥浆配置
　　泥浆配置同普通旋转钻机，由于地基岩土中又夹有粉砂土层、细砂层，地面水位较高的特点，调制出良好各项性能指标的泥浆尤为重要。
　　泥浆相对密度：1.02－1.10，粘度：18－22s，砂率≤4％，泥皮厚度：＜2mm，PH值：大于7。
　　3.4成孔倾斜度控制
　　旋挖机钻杆伸缩式钻杆，钻杆垂直度较好，自身具有垂直度检测系统，因此成孔垂直度较好。使用前需用经纬仪标检查标定垂直度检测系统。但是钻进中仍需要注意已下几点：
　　a)对钻碴取样与地质资料对比，当钻进到地层从软弱地层过渡到硬地层（如细砂层到夹有卵石的砾砂层、砂层到泥岩）；岩面倾斜、破碎带时需减压减速。
　　b)旋挖机重量较大，场地需换填或铺碎石，旋挖机工作时需要铺设跑板。
　　c)更换钻杆或钻杆使用过久后对桅杆垂直度进行校核，对旋挖机垂直度控制器进行标定。
　　采取以上措施后，成孔倾斜度明显降低，成孔倾斜度一般可控制在0.5%以内。
　　4、钻进中易遇到问题
　　4.1钻进中钻进速度较慢
　　在钻进过程中要根据不同岩层选取不同的钻头。旋挖机常见的旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖斗、筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头、冲抓锥钻头和液压抓斗。常用主要为螺旋钻头及截齿钻斗和斗齿钻斗。大胜关引桥地质情况复杂，上部主要为砂层，砂层下为20～30m厚的岩层。N1、N2#墩岩层主要为破碎安山岩、砂岩，部分桩位具有1～2m的胶结层。N30～N33岩层为弱风化泥岩，且上部砂层中都夹有卵石。施工时主要采取以下措施：
　　a)遇到较大的卵石层时用带有截齿钻头的底板更换适宜在砂层和粘土中钻进的斗齿底板。
　　b)遇到较厚胶结层时改用短螺旋钻头钻穿胶结层后再用筒式钻斗。
　　c)进入岩层后特别是安山岩，硬度较大，旋挖钻机扭矩明显加大，钻进较困难，采用了直径为1.0或1.5m的小钻头先掏空，再用直径为2.0m的钻头成孔。
　　采取以上措施后，解决了旋挖机在较大直径的卵石层和安山岩中遇到的钻进速度慢和钻头磨损厉害的问题，钻进时间也明显减少；同相邻墩位相比，采用旋转钻机单根成孔时间是普通旋转钻机成孔时间的1/4～1/3。
　　4.2钻进中提升力明显加大
　　旋挖钻机采用底部斗齿将土体切碎，并压入钻斗内，每次取土至钻斗70%为宜，出现提升力增大主要有以下几点原因：
　　a)在提升钻斗时，因钻斗上的导流槽被粘土填满或导流槽磨损严重，造成钻斗与孔壁间隙较小，提升钻斗过快造成负压。
　　b)粘土地层中有颈缩现象，孔径缩小。
　　施工中注意以上两点后提升力明显增加的情况不再出现。因此在钻进过程中要控制钻斗钻进尺度及提升速度。若钻进尺度较大，易造成埋钻事故；若钻机升降钻斗时速度过快，钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁，再加上钻斗下部产生较大负压作用，造成孔壁颈缩、坍塌现象。所以钻斗提升时应严格控制其速度，经现场实践得知，钻斗升降速度保持在0.75－0.80m/s。当钻至粉砂层或砂土层时，其升降速度应更加缓慢。
　　4.3清孔时间较长
　　旋挖钻机钻进是由底部斗齿将土体切碎，并压入钻斗内，然后由钻杆提出，与传统旋转钻钻渣由循环的泥浆带出的工作方式不同。旋挖钻机钻进中不需要泥浆循环，只需要钻进中补充泥浆保持水压，因此孔内浆体含砂率较大，终孔时底部有较多沉渣，清孔时间较长。施工时主要采取以下措施：
　　a)孔钻至设计标高后，提起钻斗，静置一段时间让孔内粗砂沉淀，再用钻斗掏除沉渣，减少留在孔内泥砂。
　　b)旋挖钻机施工时泥浆循环场地往往受到限制，可将相邻的护筒连接起来，泥砂有足够空间及时，必要时采用泥砂分离器。
　　c)控制好泥浆指标，确保泥浆中泥砂能及时沉淀。储浆池中泥浆经多次使用后质量变坏，施工中也需不断调浆，确保浆体质量。
　　实践证明只要控制好泥浆指标和保证好泥浆循环空间后可以在3小时左右满足灌注要求。
　　综上所述在该桥钻孔施工中采用旋挖钻机施工后缩短了钻孔桩施工时间，成孔质量也得到保证；有效的解决了用旋挖钻机在卵石层、泥岩、砂岩、安山岩中施工长大钻孔桩的技术难题，打破了旋挖钻机施工的局限性，为今后同类施工提供了经验，取得了较好的社会和经济效益。