旋挖钻机与冲击钻机石灰岩地层联合快速成孔施工工艺

旋挖钻机与冲击钻机石灰岩地层联合快速成孔施工工艺

郝宝泉

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摘要：桩基地质条件上层为杂填土、粉质黏土、强风化石灰岩，下层中风化石灰岩溶蚀发育，多发育为溶孔、溶隙，旋挖钻机在土层、强风化岩层中成孔较快，冲击钻机在有溶洞分布的石灰岩地层中成孔效率高、质量稳定。两种钻机联合成孔实现了桩基成孔进度快、成孔质量好。

关键词：旋挖钻机；冲击钻机；石灰岩、过渡段

引言

桩基地质条件上层约20m范围内为杂填土、粉质黏土、强风化石灰岩，下层中风化石灰岩溶蚀发育，多发育为溶孔、溶隙，溶洞最多达8层，桩基成孔难度大，制约桩基及总体施工进度。经钻孔分析发现，桩基采用旋挖钻机施工时进度较快，但在溶洞位置易出现斜孔；采用冲击钻机成孔时间太长，影响总体施工进度。经过试验总结，桩基成孔采用旋挖钻机与冲击钻机石灰岩地层联合作业的工艺，大大加快了桩基成孔整体施工进度，确保了穿过石灰岩地层成孔质量。

1工艺原理

桩基成孔利用旋挖钻机在软弱地层中成孔速度快。冲击钻机在有溶洞分布的岩层中成孔效率高、质量好的特点。两种钻机分别在各自施工优势的地层中钻进，大大提高了桩基成孔速度。岩层以上5m设置过渡段，避免过渡段出现塌孔，使接力钻进过渡平顺，确保了孔壁垂直度。

2工艺流程

桩孔定位→已知溶洞注浆预处理→旋挖钻机就位→旋挖钻机埋设钢护筒→旋挖机钻进→冲击钻机就位及二次对中→冲击钻机接力钻进→未知溶洞处理→桩基成孔

3桩孔定位

采用全站仪坐标法来进行桩中心位置放样，放样后四周设护桩并复测，误差控制在5mm以内。桩位用Φ10mm、长度50cm钢筋打入地面30cm作为桩的中心点，在桩位周围做上标记既便于寻找又能防止机械移动时破坏桩点。

4已知溶洞注浆预处理

采用注浆法对已知溶洞桩基进行预处理，并在施工过程中进行过程处理。

桩基钻孔前，地勘资料显示有大型溶洞的桩位全部进行注浆处理。静压注浆以水泥浆为主，水泥浆配合比水：水泥=0.6:1～1:1，一般情况下配合比为水：水泥=1:0.8；注浆量大时可采用双液浆或采用分次压注水泥浆的方案。

5旋挖钻机就位   

旋挖钻机底盘为伸缩式自动调平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。

6旋挖钻机埋设护筒

在埋设护筒前，首先对场地进行平整，垫高、清除杂物。施工中，护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。首先正确就位钻机，使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋护桩三线合一，旋挖钻机开始钻进，使成孔直径较桩径大30cm，深度小于护筒埋深约30cm，然后用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中，从钻头连接扩孔杆至钻进挖深到安放好护筒仅需15分钟。

7旋挖钻机钻孔

当钻机就位准确，泥浆制备合格后即开始钻进，钻孔主要是用挖土钻头。钻进时每次进尺控制在50cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳,提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度,如有偏差及时进行纠正，而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度，以增加压力，保证护壁的质量。同时，做好整个过程中的钻进记录，随时根据不同地质情况调整泥浆指标和旋挖速度。

8冲击钻机就位及二次对中

冲击钻机定位后，底座通过支垫钢板对平整度进行调整。钻机平整度符合要求后，以护筒四周的护桩为基准，调整钻机使起落钢丝绳中心对准桩中心。冲击钻机定位后，通过打设锚钉固定底座，确保在钻进中不发生倾斜和位移，保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量。

9冲击钻机接力钻进

冲击钻机利用岩层以上5m设置的过渡段对旋挖钻机的钻孔通过钻头重力导向作用进行纠偏，使钻头平稳的从覆盖层进入岩层，使两种钻机接力钻进平顺过渡，确保孔壁的垂直度满足设计规范要求。

10未知溶洞处理

对未知溶洞采用灌注混凝土填充法、抛填法、钢护筒法进行过程处理。

10.1抛填法处理

1）钻进时密切注意护筒内泥浆面的水平位置变化，当泥浆面迅速下降时，表明钻孔过程中将勘探未揭示的溶洞击破。

2）首先应迅速用大功率泥浆泵补浆补水，同时及时提冲击锤，防止冲击锤被埋，并适当增加泥浆中的粘土数量，提高泥浆密度。

3）然后用装载机配合大型挖掘机（1m3）及时将准备好的片石、粘土按3：7的比例抛入。投入量按溶洞竖向高度加2m以上，少量多次进行投放。

4）采用小冲程进行钻进，让钻锤击碎黏土和片石并挤入溶洞内壁起到护壁作用。直至孔中的泥浆面停止下降，并慢慢上升，此后可加大冲程进行钻进，对投入的填充物进行冲击式挤压，确保溶洞被堵死。若溶洞内进尺过快，则继续投入片石、粘土，投入量根据进尺速度确定，少量多次。

5）若同一溶洞封堵后再次塌孔，证明溶洞空隙较大，粘土片石未能有效封堵住溶洞，为增加堵洞固结强度，降低灌注桩时塌孔风险，需要再投入粘土时分批投放袋装水泥，以整袋投入。

6）当泥浆漏失现象全部消失后，转入正常钻进，如此反复使钻孔顺利穿越溶洞。

8）击穿溶洞顶、底板后，用钻锤将溶洞顶、底板处的桩孔修理圆滑，以防卡钻。

10.2灌注混凝土法

1）对于大型溶洞、填充物为流塑状溶洞、溶洞内有涌水等大型溶洞，因其泥浆的侧向压力较大、自稳性较差，采用灌注混凝土护壁二次成孔钻进法。

2）在击穿溶洞顶板后，首先加大泥浆比重，防止涌水、涌浆稀释泥浆，导致泥浆护壁能力下降，发生孔壁坍塌。

3）钻至溶洞底板后，不用清孔，即向孔内灌注水下C30水下混凝土到溶洞顶2.0m以上。

4）待混凝土达到70%强度后，重新钻进进行桩基的施工。

10.3钢护筒法

根据溶洞内填充物情况预先对溶洞进行回填处理，同时钢护筒在溶洞范围内下沉时必须用振动锤夹住，防止其下坠变形。冲击锤冲至溶洞顶部范围时应做到上下轻提慢放，缓慢地进尺至溶洞处形成一小的裂口，不得高提进行强烈的冲击，以防卡锤。进入溶洞后，根据施工经验，孔内的泥浆势必全部漏失，因此需单独进行溶槽处理。

11桩基成孔

成孔到达设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。

结束语

旋挖钻机与冲击钻机联合成孔，经实际应用成孔速度快，成孔质量稳定，节约了桩基钻孔费用，在石灰岩地层钻孔施工具有较高的推广价值。

参考文献

［1］陈建枫，长江中游超厚覆盖层大直径入岩桩基旋挖+冲击组合成孔施工方法[J].公路，2020，10:200-205.

［2］裴迎春，浅谈旋挖钻机成孔工艺在公路桥梁桩基础施工的应用[J].甘肃科技，2019，13:107-109.

［3］林佳梅，市政高架桥桩基旋挖钻机成孔施工工艺[J].绿色交通，2017，35:281-282.