ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１３．０６．０２６ 浅谈中～硬质岩层钻孔桩快速施工技术 汤文涛 广州市地下铁道总公司，广东省广州市５】０５８０ 摘要 旋挖钻机作为钻孔灌注桩施工中一种较为先 进的施工机械，在钻孔桩施工领域显示出明 显的优越性。但对于较完整、层理裂隙不发 育的中～硬质的岩层，采用旋挖钻机施工存 ３施工工艺 初勘地质报告显示：钻孔桩由上至下地 层为人工填土层、可塑状残积土层、硬塑状 残积土层、全风化花岗岩层、中风化花岗岩 筒使护筒中心与钻孔中心位置重合，用水平 尺或锤球检查，保证护筒垂直度。 ３．４潜孔钻成孔 结合现场实际情况选择合适的潜孔钻施 在较大的困难。本文结合广州地铁某竖井 围护结构施工，介绍了潜孔钻配合旋挖钻 在中～硬质岩层钻孔桩成孔施工方法。旋 挖钻机与普通冲孔桩机相比成孔速度快、 地层适用范围广、桩对位方便准确、环保特 点突出，施工取得了良好的效果，可供今后 中～硬质岩层钻孔桩施工参考借鉴。 关键词 钻孔灌注桩；潜孔钻配合旋挖钻；中～硬质 岩层；施工方法 旋挖钻机是一种专门的灌注桩成孔作业 施工机械，广泛用于市政建设、公路和铁路 桥梁、高层建筑等基础施工。近年来，旋挖 钻机作为钻孔灌注桩施工中一种较为先进的 施工机械，因其适应桩径范围广、桩位定位 准确、成孔速度快质量好、自动化程度高、 移动灵活方便等优点，特别是其具有高环保 性和工作效率，在市政及高速公路桥梁桩基 施工中，显示出明显的优越性。旋挖钻机配 以适宜的钻具可在填土、黏土、粉土、砂性 土、砂卵砾石层以及软～中硬质裂隙层理较 发育的基岩等地层进行成孔作业。但对于较 完整、层理裂隙不发育的中～硬质的岩层， 采用旋挖钻机施工钻孔桩存在较大的困难。 为了更好地发挥旋挖钻机施工的优点，竖井 围护结构钻孔桩采用潜孔钻机配合旋挖钻机 进行硬岩段钻孔桩施工，取得了良好的效 果 ２工程概况 竖井围护结构钻孔桩共有４０根，设计桩 长为１７．７５ｍ，桩径为８００ｍｍ。桩设计入岩 深度不得小于１ｍ。因岩面分布差异较大， 桩入岩平均深度为６ｍ。根据地质钻孔资料 揭示，竖井范围内从上至下依次有：人工填 土层（２．０２ｍ）、残积土层（１．８ｍ）、花 岗岩全风化带（１１．８ｍ）、花岗岩中风化带 （１２．９９８ｍ）。根据场区地层情况，首先进 行了４根试桩施工。在试桩施工中风化和微 风化砂岩段的过程中，采用螺旋凿岩钻头进 行施工。由于岩石整体性好、硬度大，钻 孔桩钻进速度缓慢，入岩钻进速度仅有ｌｍ／ 天，旋挖钻机成孔速度快的优点没有得到充 分的发挥，同时在施工过程中因钻进阻力较 大，钻机和钻具损耗太大，硬质合金钻齿更 换太频繁，综合运转成本太高。为了确保钻 机安全施工并保证施工进度，经研究决定采 用ＭＤＬ－１ ３５Ｄ锚固钻机成孔配合旋挖钻机 进行硬岩段钻孔桩施工。 层，最大岩石强度约３０ＭＰａ。 工机械。本工程采用ＴＭＤＬ一１ ３５Ｄ锚固钻 机进行潜孔钻施工。 钻孔桩施工前对竖井四个角点位置进 行补勘，探明竖井８ｍ＊１０ｍ范围内中风化 （１）｝￣ｉ－ｔＬ布置 花岗岩岩面高差达４．５ｍ，其中竖井东北角 在桩孔内施工足够数量的不小于钻孔 ￣ｔｉ－ｉＬ桩已进入微风化地层４ｍ，岩石强度达 桩设计孔深的小口径梅花形布置的钻孔（本 ６３ＭＰａ，这给施工带来了极大困难。现场 工程每桩布置３～５个孔），以便在孔底形 钻芯取样照片见图１所示。 成便于旋挖钻机进行全面破碎的结构面。 潜孔钻成孔直径为１ ３０ｍｍ，按５个孔计算， 潜孔破碎面积为０．０６６ｍ ，占钻孔桩面积的 １３．２％。现场潜孔钻钻孔布置见图２所示。 （２） 占进成ｊＬ 钻机就位对准布置好的孔位，然后开始 钻进。每节钻杆长度为３米，钻进过程中通 过依次添加钻杆达到设计孔深。钻机配套动 力为一台ｌ５ｍ 空压机。钻机钻进过程中一 方面通过活塞杆往返运动，使回转供风机构 向前滑动，钻具以一定轴压作用于孔底，实 现凿岩推进；另一方面，通过其空心轴把高 压风送人钻杆直达冲击器，经由钻头通风孔 图１钻芯取样照片 完成孔底吹碴动作，将孔底杂物吹出孔外。 通过对地层岩性、深度进行分析研究， 钻头构造见图３Ｎ示。 认为仅采用旋挖钻无法发挥旋挖机成孔快的 优势，决定采用潜孔钻配合旋挖钻机成孔。 具体施工工艺流程如图２所示。 ３．１施工准备 施工前，先清除设计桩位范围内场地的 杂物，平整施工场地，保证潜孔钻机及旋挖 钻机底座场地平整、夯实，避免在钻进过程 中钻机产生沉陷。 ３．２测量放线 根据设计图纸，现场测量放样定出钻孔 桩位置。 ３．３护筒埋设 图３钻头构造图 桩位确定后，利用十字线放出四个控制 桩位，并以四个控制桩为基准埋设护筒。护 ３．５钻孔桩成孔 简直径比桩基孔径大１００ｍｍ～１ ５０ｍｍ，长 ￣ｔＦｉＬ桩内的潜孔钻施工完成后用旋挖 ２ｍ，护筒至少高出地面３００ｍｍ。挖埋护简 钻机钻进施工。本工程采用ＳＲ—ｌ５０Ｃ旋挖 时坑底应整平，然后找出护筒的圆心位置， 钻机进行钻孔桩成孔施工。钻孔进行前，司 用十字线定在护筒顶部或底部，然后移动护 钻人员必须先熟悉地质状况，从而确定所处 ④④ ５４－孑Ｌ ４４－孑Ｌ ３个孑Ｌ 微风化岩层较深 微风化岩层较浅 中风化岩层 图２现场潜孑Ｌ钻钻孔布置图 一６４ 地层，调整钻进参数。在钻进过程中钻机不 能产生位移或沉陷，否则应及时处理。处理 孔内事故或因故停钻时，必须将钻头提出孔 外。 首先是通过钻机自有的行走功能和桅 杆变幅机构使得钻具能正确的就位到桩位， 利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门的桶 式钻头置放到孔位，桩机就位后开始钻孔。 在护简底处应低压慢速钻进，钻至护简底下 １．Ｏｍ左右后开始正常钻进。钻机动力头装 置为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力 头的方式将加压力传递给钻杆钻头。土层段 股采用筒式钻头，施工时在孔内将钻头下 降到预定深度后，转钻头并加压，旋起的土 一够，旋挖钻钻不到设计深度；而旋挖钻施工 又未达到设计深度且出现中间低四周高现 象，二次使用潜孔钻施工时造成滑钻现象， 导致工艺失败。 措施：必须将所有潜孔钻施工到设计深 度后，再采用旋挖钻施工，严格执行潜孔钻 与旋挖钻的施ＴＡＩ￣Ｉ序。 ４．３砂层串孔导致砼超灌及其对策 潜孔钻与旋挖钻同时施工时，潜孔钻钻 头处的高压风对砂层扰动破坏严重，出现与 正在施工的钻孔桩之间地层串通，导致砼超 灌严重。 ： ｌｌ 壤第５２页 凝棒组成，主要实现数据的采集和处理，并 把它反馈到中央单元。探头的结构如图２Ｎ 不。 探头伸入管道的长度视具体项目而定， 原则上不影响气流流动即可。注意：探头下 方的斜口一定要逆气流方向安装。 ０ＭＡ一３５ １ ０气路共有３路入口，分别 为：仪表风入口、蒸汽入口和量程效准气人 口，其中仪表风经过过滤减压阀后分成三路 进入机箱，分别作为正压防爆气气源，冷指 气及保护气气源，调零和抽吸气气源。共有 ５路气路出口，全部由气路控制单元连向探 挤入钻筒内，泥土挤满钻筒后，反转钻头， 钻头底部封闭并提出孔外，然后自动开启钻 头底部开关，倒出弃土。岩层段成孔采用螺 旋破岩钻头回转破碎岩体，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，直 至钻至设计深度。钻进过程中注意调整成孔 垂直度，桩深度不得小于设计深度。 ３．６吊装钢筋笼、下放导管、浇筑硷 钢筋笼吊放采用２５Ｔ汽车吊车一次性下 放，采用两点起吊法。钻孔桩身混凝土采用 导管法灌注水下混凝土。具体施工方法与钻 孔灌注桩施工方法相同。 ４常见问题及相应的对策 ４．１卡钻及处理措施 在施工过程中入较深的中风化花岗岩 或微风化花岗岩岩层时，会出现钻头卡钻情 况，卡钻后钻杆拔出困难，导致无法继续施 工，旋挖钻无法施工到设计深度，如下图。 原因：１）机手操作不熟练，非专业司 钻工；２）在入较深的花岗岩或比较破碎的 岩层时没有来回反复的提拔，而是一味地钻 进。 预防措施： １）在施工前进行岗前培训，积累施工 经验。 ２）在入花岗岩岩层较深或岩层比较破 碎时采用来回反复提拔，多次利用高压风把 打碎的岩碴（粉）吹出孔内，防止岩碴填满 钻杆与孔壁之间的空隙出现卡钻现象。 图４ ４．２潜孔钻数量不够导致旋挖机无法钻 到设计深度 潜孔钻卡钻后未继续施工到设计深度， 以及潜孔钻施钻时相邻两孔在岩层位置偏斜 造成串孔，这两种现象均导致潜孔钻数量不 措施：旋挖钻与潜孔钻尽量避免同时施 头，管路内分别流通：冷指气，保护气，抽 工。 吸气，效准及吹扫气，伴热气。 ２．３使用 ４．４砂层塌方及处理措施 由图３可见，Ｈ２Ｓ、ＳＯ２及Ｈ２Ｓ／ＳＯ２变化 潜孔钻施工至砂层位置时，潜孔钻钻 曲线。依据Ｈ Ｓ／ＳＯ 趋势，操作人员可及时 头处的高压风破坏扰动该地层，极易造成塌 调整进入克劳斯炉的空气量，使Ｈ ｓ和Ｏ：维 方。 持在合适的化学计量系数以使产生的尾气中 的两种反应物（Ｈ Ｓ和ＳＯ ）都明显出现并 措施： 保持改良克劳斯工艺的２：ｉ的比例，从而提 １）潜孔钻钻孔时下套管护壁，对土层 高整个克劳斯制硫装置的硫回收率，有效降 扰动较小，塌方的几率较小； 低排放到大气中的硫化物含量。 ２）采用跳孔施工，潜孔钻施工完成 ３ ０ＭＡ－３５１ ０分析仪常见问题现象及解 后，立即完成旋挖钻施工，潜孔钻不宜连续 决办法 施工； ・ ３．１当Ｈ，Ｓ、ＳＯ，两数值均长时间为０ ３）旋挖钻施工时采用泥浆护壁施工， 时，可能原因为探头堵塞或电磁阀泄露。解 对砼超方有了明显的改善。 决办法为：先进入“手动调零”菜单但并不 点击“开始调零”按钮，几分钟后返回。然 后关闭蒸汽和压缩空气的两个球阀，观察数 ５与冲击钻成孔的工期造价对比 值是否有变化，若两个数值依然为０则证明 探头堵塞，此时需要疏通射流泵。若数值开 ５．１工期对比 始有变化且能恢复正常，但当打开蒸汽或仪 施工历时共５０天，累计完成钻孔桩４０ 表风球阀时几分钟后数据又回０，则说明电 根，共计成桩７１０．９５ｍ，其中人中风化岩岩 磁阀有内漏，当打开蒸汽球阀时为零则蒸汽 层成桩约２４０ｍ，桩均长人中风化岩层６ｍ。 电磁阀内漏，反之为调零电磁阀内漏。 现场潜孑Ｌ钻钻进速度约为０．７ｍ／ｒａｉｎ， ３．２若两个数值出现乱跳的现象，即波 每孔钻进时间约为３０ｒａｉｎ，拔出钻杆时间约 动幅度特别大，通过调风等手段不能使其恢 为ｌ５ｒａｉｎ，包括钻机就位、维修等耗费时 复正常。需拆下探头上的光纤观察是否有光 间，每孔用时约１ｈ。每根桩按５个孔计算， 发出，若无光发出则说明光路有故障，进一 潜孔钻施工需用时５ｈ。潜孔钻完成后采用 步检查光源及光纤。若光纤头上有光发出则 旋挖钻成孔时间约为５ｈ，包括下钢筋笼和 清洁光纤和透镜并装好后进入“手动反吹” 混凝土浇筑时间在内，成桩约１４ｈ／根。而 菜单进行两次到三次手动反吹，之后观察是 采用冲击钻机成孔，入岩约ｌｍ／天，成桩约 否数值恢复正常，若恢复正常需进入“手动 ４天／根，速度比潜孔桩配合旋挖钻施工慢 调零”菜单两分钟后点击开始调零按钮。若 得多。 不能恢复正常，需联系工艺进行采样化验， 确认工况的实际情况，再作判断。 ５．２造价对比 ３．３系统长时间无维护后可能由于光 采用潜孔钻配合旋挖钻进行嵌岩桩施 谱下降出现数值都有变化但比较异常，此时 工，成孔成本约３００元／ｍ，而采用传统的冲 应察看“组分参数”菜单中的零点系数一 孔施工成本约２００元／ｍ，采用潜孔钻配合旋 栏，零点系数偏差会比较大，此时需要维护 挖钻进行嵌岩桩施工成本为传统施工工艺成 透镜。擦洗完透镜后需要进入“手动调零” 本的１．５倍。 菜单并点“开始调零”按钮。擦洗完透镜后 系统需要ｌＯ￣ｌＪ２ｏ分钟的预热数值才会恢复正 常。 ６结语 ４结语 在线分析得到的是实时的分析数据， 潜孔钻配合旋挖钻机钻进行中～硬质 能真实地反映生产过程的变化，通过反馈线 岩层钻孔桩施工，充分发挥了潜孔锤对 路，可立即用于生产过程的控制和优化。保 硬、脆、碎基岩地层施工小口径速度快的 证在线分析仪稳定运行的关键是日常维护中 优越性，也发挥了旋挖钻机施工大口径速 要做到细检查、勤维护，及时发现问题，排 度快的优越性，解决了仅采用旋挖钻机在 除故障。 中硬岩地层施工难题，达到了中硬岩层快 速施工的目的，可供今后类似工程施工借 鉴。本工程钻孔桩直径较小，仅８００ｍｍ， 参考文献 对于大直径、更高强度硬岩层中采用潜孔 …乐嘉谦．仪表工手册．化学工业出版社，１ ９９８ 钻与旋挖钻相结合施工是否适用，需要进 ［２】章顺增．在线分析仪表维修工．化学工业出版 一步实践。 社，２００４ ６５一