关于桥梁桩基回旋钻成孔技术的若干探讨
严锡龙
摘要：近年来，随着我国公路桥梁等一大批交通基础设施的高速发展，交通建设行业对桥梁桩基的成桩质量、成孔速度以及环保问题等一系列的要求都在不断地提高，一些中小型回旋钻机已悄然兴起，越来越受到工程建设者的喜爱及认可。因此，本文就回旋钻在成孔过程中如何避免坍塌、埋钻等常见问题展开专题探讨，以供业内同行共同研究学习。
关键词：桩基工程；回旋成孔；工艺要求；质量控制
随着高速公路的迅速发展，钻孔灌注桩运用在公路桥梁基础工程中日益增加，近几年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，旋挖钻孔灌注桩采用膨润土静态无循环泥浆护壁，直接旋挖钻斗取土，适用于软土、流泥、流沙和卵砾石等复杂地质条件下灌注桩工程施工。旋挖钻机钻孔桩亦称回转斗钻孔桩、取土成桩，在覆盖层施工具有成孔质量好、速度快、环保无噪音、行走移位方便、桩孔对位方便准确等优势，对于干硬性粘土，可不用静态泥浆稳定液护壁，一般覆盖层采用泥浆护壁。但由于我国地域广阔，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。因此，要求基础施工队伍在施工技术措施上要落实，并加强施工质量管理，密切注意抓好施工过程中每一个环节的质量，力争将隐患消除在成桩之前。本文将结合本人多年参与施工现场的管理经验，就回旋钻在成孔过程中如何避免坍塌、埋钻等事故来详述回旋钻的成孔工艺及一些质量预防措施。
1 工程实例概况
汕头某外环公路新建工程，总桩量936根，桩型灌注桩，桩径φ1200mm-1800 mm，桩深大约在35m。沼泽地区，2米左右为少量建筑垃圾回填层，2～4米为粘土层，4～10米为亚粘土层，10～13米为沙层，13～25米为亚粘土层，25～30米为沙层，30～32米为粘土层。
2、工艺控制流程
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4～10米亚粘土层时，桩孔缩径现象严重及成桩过程中孔的坍塌。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。
3 静态泥浆配比
因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，因此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。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。可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。针对工程的地质情况，由于地基岩土中又夹有亚粘土层、砂层的特点，为此调制出良好泥浆的各项性能指标尤为重要，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，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2～3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。
4 钢护筒埋设
针对现场地质情况，专门定制高4m、厚10mm、直径φ1.2m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200mm，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。舜杰公司的钻机具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4m超高护筒，可以埋至粘土层以下500mm，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φ800mm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3～4小时，几乎占到总成孔时间的一半。新研发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150～300mm，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。
5 回转斗结构
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。经相关术人员分析，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。
6 钻进过程控制
a.开始钻进时，钻进进尺应适当控制，避免埋钻事故，在护筒刃脚处，应低档慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥皮护壁。钻至刃脚下1m后，可按土质以正常速度钻进；如护筒土质松软发现漏浆时，可提起钻锥，向孔中倒入粘土，再放下钻锥倒转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆孔隙，稳住泥浆继续钻进。同时应适当控制回转斗的提升速度。施工实践表明，φ800mm的桩径，升降速度宜保持在0.75～0.85m／s，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。
b. 在粘土中钻进，由于泥浆粘性大，钻锥所受阻力也大，易糊钻。易选用尖底钻锥、中等转速、大泵量、稀泥浆钻进。
c. 在砂土或软土层钻进时，易坍空孔。易选用平底钻锥，控制进尺，轻压，低档慢速，大泵量，稠泥浆钻进。
d. 在轻亚粘土或亚粘土夹卵、砾石层中钻进时，因土层太硬，会引起钻锥跳动和钻杆摆动加大及钻锥偏斜等现象，易使钻机超负荷损坏。宜采用低档慢速，优质泥浆，大泵量，两级钻进的方法钻进。
e. 钻进过程中，每进尺2～3m，应检查钻孔直径和竖直度，检查工具可用圆钢筋笼（外径D等于设计桩径，高度3～5m）吊入孔内，使钢筋笼中心与钻孔中心重合，如上下各处均无挂阻，则说明钻孔直径和竖直度符合要求。
7 产生坍塌因素
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。
结束语
由于桥梁钻孔灌注桩属于地下隐蔽工程,成桩过程中其中间环节较多，加上工程地质情况的变化、施工人员操作水平的差异，工程条件的优劣，设备完好情况的不同等因素影响，从而给桩孔坍塌带来了一定的控制风险。因此，作为一名工程建设者，应该熟知这种回旋成孔灌注工艺的质量控制要求，只有了解其施工特性，才能因地制宜，有效针对各种不同的地质情况制定相宜的控制措施，以确保桩基的顺利成孔。
参考文献
[1]《公路桥涵地基与基础设计规范》，人民交通出版社，(JTJ024-85)
[2]《公路桥涵施工技术规范》，人民交通出版社，(JTJ041-89)
