旋挖机在钻孔施工中的技术应用.doc

旋挖机在钻孔施工中的技术应用近年来，随着国家重点工程对桩孔质量、成孔速度、施工环保等要求的不断提高，一些中小型旋挖钻机也悄然兴起，越来越受到施工者的关注。旋挖钻机成桩亦可称其为回转斗成桩和取土成桩。在覆盖层施工具有成孔质量好、速度快、无噪音、无污染等优势。由于我国地域广阔，地质条件较为复杂，旋挖钻机施工中成孔工艺的制定要有针对性，以防止发生埋钻、坍塌等施工事故，避免造成损失。本文结合我公司河南三门峡的郑西铁路客运专线上的施工案例，就旋挖钻机成孔过程中如何避免坍塌、埋钻，不进钻，打滑等谈谈施工经验，以供广大施工者参考借鉴。 一、工程概况 郑西铁路客运专线全长454公里，穿越河南，陕西两省，其中河南境内318公里，其走向基本与现有的陇海线，连霍高速平行，东起郑州，向西经洛阳，三门峡，灵宝市，渭南，西至西安枢纽西安北站（新建），沿线河南境内将新建新荥阳，新巩义，洛阳南，新渑池，新三门峡，新灵宝站等。据不完全统计施工单位个体，国企大大小小上百家（包括那些冲击施工在内的基础处理），旋挖钻机上百台，旋挖机总桩量两三万根，桩型灌注桩，桩径120毫米，一般桩深54米。最深桩74米，地表泥沙地区，一至十米左右黄泥沙层，十至二十五米左右沙砾层，有的地段出现粘土层（三门峡的好阳河大桥），二十五米至三十米，为细沙层，三十米以后到四十米为粉细沙层，四十五米到五十米为泥岩层（好阳河大桥的大王村段），五十米至五十三米有些地段出现了孤石层（如十二里河特大桥），六十米到六十七米粉细沙层（一般的小型设备的钻杆不够深度，位于灵宝特大桥段），直到七十四米均为沙岩层。由于地质的复杂性，再加上有些工地缺水没泥浆等影响成孔速度较慢，平均每天均保持在“打成灌完一根桩，埋好护筒人不忙”的一根半的基础上。二、成孔工艺 采用旋挖钻机取土成孔，成桩工艺：定桩位埋护筒注泥浆钻进取土一次清孔放钢筋笼插入导管二次清孔砼灌注拔出护筒。施工中最大的难题是钻孔作业至十至二十五米的沙砾层易坍塌。经研究发现，除操作手在控制钻进尺度及回转斗提升速度等方面显得经验不足外，最大的影响在于静态泥浆的配比、钻具的结构及护筒的埋护不合理，易造成护壁泥皮过薄、钻具下方负压过高及孔口渗透，从而引起坍塌事故。 三、静态泥浆的配比旋挖取土成孔中，静态泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用是护壁，在孔壁处形成一薄层泥皮，使水无法从内向外或从外向内渗透来进行防护。针对工程的地质情况，加强泥浆技术，重新调整泥浆配比，控制泥浆比重，提高泥粉质量，增加粘性及润滑感，适当添加处理剂，增强絮凝能力是重要的，确保护壁泥皮的厚度及强度。初次注入泥浆，尽量竖直向下冲击在桩孔中间，避免泥浆沿护筒侧壁下流冲塌护筒根部，造成护筒根部基土的松软，正式钻进前，再倒入23袋膨润土，启动钻机的高速甩土功能，进行充分搅拌，提高膨润土的含量，增大护筒底部同基土结合处护壁泥皮的厚度，防止钻进过程孔口渗漏坍塌。 另外也可在钻孔前进行泥浆提前配置，将好的黄土或膨润土，火碱及专用纤维素按照相关的比例进调配，（泥浆的详细配比调制在这不作详解）。四、护筒的埋护 针对现场地质情况，专门定制高4米、厚10毫米、直径12米的护筒。护筒内径尺寸较大，能贮存足够的泥浆，在钻杆提出桩孔时，可确保护筒内的水压，维护孔壁泥皮的稳定。同时单边铡隙达到200毫米，可有效避免回转斗升降过程碰撞、刮拉护筒，保护孔口的稳固。钻进过程，操作手凭经验目测对孔定位，工作强度加大，易于疲劳，且精度低，容易造成孔的偏差及砼的超方。还好现国内生产的旋挖钻机都有有快速回转自动定位功能，每个工作循环均能精确对孔定位，即降低了操作手的劳动强度，同时能保证成孔质量，有效解决了大护筒带来的负面影响。特制4米超高护筒，可以埋至粘土层以下500毫米，能有效防止孔口渗漏坍塌及周围环境振动、冲击对桩孔的影响。护筒埋设的传统方法：先用800毫米的回转斗钻至护筒深度，侧壁安装边刀扩至护筒外径尺寸，副卷吊起，放入护筒，校正，层层填埋夯实。采用传统方法，劳动强度大，效率低，耗时长，埋设护筒通常需要12小时，几乎占到总成孔时间的一半。有的旋挖钻机配备了一种超长护筒专用驱动器，固定在动力头下端的承撞体上，通过销轴，将护筒直接安装在驱动器上，利用动力头边旋转边加压的功能，将护筒压至规定的埋设位置，再取土成孔。有效提高护筒跟土壤的结合度，增强抗外界振动、冲击的能力，在注浆或提升回转斗时有效防止渗水、漏浆现象的发生，降低孔口坍塌的概率，节约了时间，提高了效率，降低了强度。护筒离地应控制在150300毫米，除保护孔口防止坍塌外，还用以防止表面水或地面漏浆、杂物等滑落孔中。 五、回转斗的结构 施工初期，有的设备租赁公司采用自制的双门底开式回转斗，圆柱型盛料桶，侧壁无泥浆导流槽，底盘无侧齿，使用中发现，液压系统压力偏高，回转斗提升力明显增大，且桩径缩孔现象较为严重。经有关技术人员分析，主要原因在于回转斗的结构不合理，提升回转斗时下方产生较大负压，从而导致提升阻力增大及孔壁收缩、坍塌。通过改进，将回转斗盛料桶改为圆锥式，侧壁加焊导流槽，以有利于在桩孔内的导向及泥浆的导流，减小桩孔内的负压。同时底盘加焊侧齿，适当控制回转斗与刀尖间的距离，防止回转斗升降旋转时碰坏孔壁。现场表明，改进后的回转斗在提升过程中，液压系统压力明显降低，桩身的缩孔、坍塌现象有所缓减，具有良好的使用效果。 六、钻机的钻进控制 钻进过程，回转斗的底盘斗门必须保证处于关闭状态，以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中，破坏泥浆的配比；每个工作循环严格控制钻进尺度，避免埋钻事故；同时应适当控制回转斗的提升速度。施工实践表明，800毫米的桩径，升降速度宜保持在075085ms，提升速度过快，泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，冲刷孔壁，破坏泥皮，对孔壁的稳定不利，容易引起坍塌。 七、影响坍塌的其它因素 桩孔完成以后，清孔、下放钢筋笼、砼的灌注等工序中均应规范操作，避免成孔的坍塌。如钢筋笼下放过程，应吊车吊起、坚直、稳步放入孔内，避免碰撞孔壁，以造成泥皮或孔壁的破坏，从而引起灌注过程，桩孔的坍塌及出现断桩、废桩等事故。 施工总结施工中影响桩孔坍塌的因素很多，最重要的一点，就是如何因地制宜，有效针对不同的地质情况，制定相应的施工工艺，以确保钻进成孔的顺利进行，避免施工事故的发生。第一：针对黄泥砂层（半泥半砂）的地层，这是最简单而且是最易钻进的地层，对操作手来讲简直是挥手之间钻几米的好地层，在这里不作详论；第二：面对砂层和软泥层的钻进方法。这种地层正是考验手法技能的高低了，这样地层下钻加压不要过重，只要自动进钻最好不要再加压了，钻满后匀速上提（要是用的是双底钻的话，在上提之前先反转几圈使斗门关闭再上提），不要过快，防止泥浆冲刷孔壁，造成扩孔、塌方桩，下放钻头时也不要过快；第三：对纯黄粘土和泥岩层的钻进方法。纯黄粘土这种地层的的优点是直接可清水成孔，不易塌方，但对操作手来讲并不轻松，容易造成孔内打滑不进尺，磨蹭一两个小时都有可能不进尺，一般常采取的这几种方法来解决：1、是向孔内填一些拳头大小的石头或者是黄土来增加摩阻力；2、是调整桅杆倾斜角度，给钻杆增加摩阻力，当钻头一进尺后要立即将桅杆调整垂直，继续钻进后上提卸土；3、是钻头斗齿更换或稍微加长斗齿二三公分试钻，若还是不进钻的话，可将钻头外边一两个斗齿座的角度增大至六十度左右即可；第四：针对硬岩层和风化岩的钻进方法。由于该地层硬度高，强度大，可使用岩层筒钻和岩层螺旋钻头，将其搅碎后，再用单底钻或者是双底钻即可。