浅谈旋挖钻机在钻孔桩施工中的技术优势

随着我国岩土施工技术的飞速发展，在钻孔灌注桩中，施工机械更新换代比较快，近几年旋挖钻机的引进及应用，使钻孔灌注桩的施工速度大大提高，施工成本大幅度节俭。本文介绍钻孔灌注桩在紧邻建筑物、交通要道以及地层中含有大量坚硬岩石的情况下，采用旋挖施工机械和工艺，通过对钻头的选择和对施工存在问题的处理，从而达到加快工程施工进度和节约成本的目的。

一、前言

我司施工的猎德西区综合发展项目C区工程，基坑面积约40000㎡，开挖深度18m，基坑支护结构形式为止水帷幕+支护桩+预应力锚索。支护桩采用￠1200@1400的钻孔灌注桩，根据入岩深度要求，支护桩施工长度约22m。在支护桩施工过程中，由于基坑周边紧邻建筑物及交通要道，且地下地质从15米深左右开始为中、微风化岩层，在该种地质情况下施工单位采用旋挖钻机成孔，在施工中遇到了一些问题，并采取了一些处理方法，现总结出旋挖钻机在不同地质条件下的成孔技术及重点控制的项目和一些特殊问题的处理方法，供同行在今后相类似的工作中参考。

二、旋挖钻机优势简介

旋挖机成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头的回转破碎岩土，并直接将其装入钻头内，然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土/卸土，直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进工艺。而在松散易坍塌地层，则必须采用泥浆护壁钻进工艺。与传统的冲击钻机和回转钻机相比，旋挖钻机具有以下优点：

1、能够一机多用，实现多种钻进方式，在主机不变的情况下，旋挖钻机可配合短螺旋钻头或钻斗来进行适应不同地层要求的成孔。

2、设备性能先进，自动化程度高，劳动强度低：旋挖钻机为履带式全液压自行式钻机，采用全套液压系统，并配备先进的电脑操作系统，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、钻进效率高：旋挖钻机可根据地层情况配置不同的钻头，在粘性土层可使用长钻筒，加快钻进速度；对于砂卵石含量较大的地层可使用短钻筒，配置泥浆护壁，控制钻速；对于含孤石、漂石及较硬岩石地层可换用长、短螺旋钻头进行处理，松动后再换上钻筒继续钻进。

4、成桩质量好：旋挖钻进对地层扰动小，孔壁泥皮薄，形成的孔壁为粗糙型，有利于增加桩侧摩擦阻力，保证桩基设计承载力。孔底沉渣少，易于清孔，能提高桩端承载力。

5、环境污染小：旋挖钻进所用泥浆量仅为正反循环钻进的1/10～1/20，因而施工现场较整洁，对环境造成的污染小，同时旋挖钻进振动小，噪声低。

但是，旋挖钻机受地层地质情况的制约较大，在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层时，钻进就变得比较困难，但可以针对硬岩层、粒径超过100mm的卵石层、直径大于200mm的漂石地层的配备筒式取芯钻头、冲抓锥钻头，以及螺旋钻头来克服由地层带来的困难。

三、施工准备

1、泥浆配置：旋挖钻机对地层扰动较小，通常情况下只用护壁稳定液即可施工。在孔口一定距离内挖设泥浆池及循环水沟，并采用清水加膨润土制备护壁稳定液，加强试验，择优选择配合比，加强质量控制，泥浆比重控制在1.1～1.3。当钻入砂层等易塌地段时，可视情况往稳定液内加入粘土，增大泥浆稠度，提高泥浆护壁能力。

2、钻头储备：根据施工需要，增加普通钻头和螺旋钻头的储备。

四、主要技术措施

1、试桩：为确定旋挖钻机及选用的钻头能否有效克服区段施工范围内的困难地层，在钻孔灌注桩正式施工前，首先选一根桩做试验桩，试桩时详细记录好各地质层的岩样情况，并记录好钻机在不同地质层的钻进速度和进尺难易程度，在进尺比较困难的地质层可以考虑更换钻头。

2、软地层施工技术：本工程在地下15m深度范围内为淤泥、砂层及软土区域，钻机只需配置一般的筒式钻头成孔即可，进尺速度比较快，每小时可以进尺15～20m，且钻头的磨损非常小，基本上不需要对钻齿进行维修和更换。但在软底层区域，尤其是砂层部位，容易出现塌孔现象，此时需加深孔内水位，加大泥浆的粘度，防止塌孔事故的发生。

3、硬地层施工技术：当钻头钻进中风化岩层时，普通的筒式钻头进尺速度边的非常缓慢，每小时进尺约1m左右，并且岩层对钻头磨损较大，钻头钻齿要经常更换。此时普通的筒式钻头不再适用，需更换成螺旋钻进行钻进，将岩层破碎后，再采用普通的筒式钻头将碎石取出即可。针对此种现象，项目监理部要求施工单位每台钻机按工作效率至少配备相同直径的钻头2～3个，一个用于钻进时，其它备用钻头可以进行整修，不影响正常工作。本基坑在东南角部位钻进到18米的位置时出现了砾岩，岩石强度非常高，螺旋钻无法有效钻入岩体，此时可采用球齿筒式取芯钻头，利用球形齿上的钨钢头对岩体碾压切割，有效切段分割岩土，直接将岩石取出。

五、施工中常见问题及处理措施

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，一旦出现事故，要采取有效措施及时处理。发生的主要原因及预防措施有：

○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。在钻至此地层时，应提前制定对策，调整好泥浆比重。

○2粘泥层一次进尺太深孔壁易缩径而造成卡钻。在这类地层钻进要控制一次进尺量，如在15m以下深度钻进时，一次钻进深度更好不超过40cm。

○3因机械事故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或孔壁缩径而造成卡埋钻。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少沉渣。

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，控制好泥浆比重，同时注意控制钻斗的升降速度。

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。

4、不进尺

主要原因：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。

防治措施：当出现打滑时，调整斗齿的角度为60°，可往孔内投入石块、换螺旋钻头或截齿钻头等办法来处理。如遇到漂石、坚硬的卵石层、基岩等情况时，更换或改造钻头，重新安排刀具角度、形状、排列方向或改用全截齿旋挖钻斗。

5、掉钻头、钻头底板

钻杆与钻头的连接不结实或者钻头地方接头与钻头体焊接不牢、穿销强度不够等都可能造成钻头脱落。钻头底板的连接轴强度不够、连接钻头底板的螺栓剪切破坏、钻头底板连接轴与轴套焊接不牢等都可能造成钻头底板脱落。施工过程中要注意对这些部位的检查。如果造成钻头脱落，可用筒式钻进行打捞

总结

旋挖钻进技术及设备在桩基施工中具有一系列无法比拟的优点，在施工前要调查了解施工现场实际情况，认真熟悉地质勘察报告、设计图纸，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，充分利用旋挖钻机在桩基施工中的技术优势，提高施工质量、降低施工成本，不断推进旋挖钻机施工技术的发展。