预防旋挖钻施工桩基塌孔的技术措施

预防旋挖钻施工桩基塌孔的技术措施

刘瑞丰

中建二局第三建筑工程有限公司北京100070

摘要：鉴于旋挖钻机装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、效率高、移动速度快及地层适用性较广等优势，除少数硬质岩选择旋挖钻时钻头损耗过高或工程地理位置受限设备无法进场外，现在越来越多的工程会优先选用旋挖钻作为桩基施工的钻进设备。但是在卵石、砂层等地质进行旋挖钻施工时，往往会因泥浆护壁不足以维持孔壁稳定造成塌孔从而影响桩基施工的正常进度。

关键词：旋挖钻；塌孔；卵石；砂层；成孔

[引言]随着施工管理水平的不断提高及工程技术成果的不断积累，近年来，我国的施工技术水平也取得了突飞猛进的发展。基础设施的建设也向超高层、大跨度及立体化发展，工程更倾向于以桥代路来节约用地。桩基的应用范围越来越广。钻头材质的不断改进及施工工艺的不断优化，除黏土层，砂土层，稍密~密实砂层，稍密~密实砂卵石层，全风化、强风化岩层及极软岩层外，旋挖钻也被适用于硬度越来越高的岩层地质。但旋挖钻在卵石或砂层等易塌地质条件下进行桩基施工时的塌孔是旋挖钻施工的弊端。本文根据工程施工经验总结相应的解决塌孔的技术措施。

1机械设备的选择

旋挖钻对比冲击钻、循环钻有以下优势：

旋挖钻成孔不需要依靠泥浆循环携带渣土，泥浆仅起到形成泥皮维持孔壁稳定的作用，泥浆循环量只是冲击钻和反循环钻机的1/5~1/10,在黏结性好的土层，可采用干式或清水钻进工艺，无需泥浆护壁，从而减少了二次清孔的时间并且有利于控制沉渣厚度，因此对水源的需求量小，排污费少，施工速度快，节能环保；

除松散的砂层、卵石层，极软的淤泥层和流塑黏土层和硬岩层外，绝大多数地层均适合旋挖钻机，对于旋挖钻机来说电只用于泥浆系统、维修和照明系统，小型发电机完全可以满足施工要求，对供电要求非常宽松，另外，旋挖钻机可以自己承担护筒吊装拆卸等施工任务，对配套机械设备的依赖性低。

旋挖钻机装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、效率高、移动速度快，钻进速度是冲击钻的2~50倍。

本工程为市政工程，场地条件较好，据地勘报告看地质条件除少量卵石层外其他均适合用旋挖钻机进行施工，故选择进场2台SANYSR360型旋挖钻机2台进行施工。

2施工工艺

选择传统的桩基施工工艺，施工工艺流程为：施工准备→测量放样→制备泥浆→钻机就位→埋设护筒→钻孔→成孔验收。

3塌孔的产生及其影响

3.1钻进过程的孔壁坍塌

旋挖钻钻孔过程中，由于不依靠泥浆循环携带渣土，现场管理人员容易对泥浆的质量疏于检测，泥浆比重、粘度往往不达标，造成泥浆护壁质量较差，加上旋挖钻钻头的往返行程较冲击钻大，每次升降钻头时均会影响到整个护壁。遇卵石地层或有承压水的砂层时，易产生塌孔现象；

钻进过程中孔内不及时加注泥浆而使泥浆面低于护筒底而使孔壁内外产生压力差，或者孔内水位降低后重新加注泥浆时水流直接冲击孔壁都易引发护壁坍塌。

钻进过程的塌孔会影响孔壁的表面的光滑度，从而影响孔壁的整体稳定性，严重的会埋设钻头无法完成提钻，造成严重的经济损失和影响施工进度。

3.2下放钢筋笼过程的孔壁坍塌

下放钢筋笼时，若钢筋笼未对中或者钢筋笼不顺直都会在下放钢筋笼的过程中对孔壁产生刮擦，尤其在卵石地层及砂层会引起连锁的垮塌现象。

若在钢筋笼下放过程中对孔壁产生扰动产生垮塌，孔底产生虚碴，需要重新提起钢筋笼，用钻头捞出孔底虚碴，虽能解决问题，但会由于反复扰动孔壁，造成孔壁空洞过大而增加扩孔系数，造成混凝土用量的增加，以及影响桩基的均匀度。严重的坍塌会使得钢筋笼被塌方埋没而无法提出，必须回填后重新钻孔，而使成本大大增加。

3.3灌注过程中的孔壁坍塌

灌注过程中塌孔的可能性相对来说较小但是难以发现。主要诱因是成孔后没有及时灌注混凝土，泥皮形成的护壁效能渐弱造成易塌地质塌孔，或者由于灌注过程中没有垂直拔管，使导管倾斜从而触碰孔壁造成坍塌。

灌注前的孔壁坍塌会成为孔底沉渣，必须重新组织钻机掏渣；如果灌注过程中发生孔壁坍塌又没有发现，很容易出现桩基缩颈、超径、夹砂甚至断桩，影响桩基成桩质量。

4预防塌孔的技术措施

4.1预防钻进过程中的孔壁坍塌

严格控制泥浆的各项指标，质量好的泥浆在钻头旋进的过程中，会在孔壁表面形成光滑、封闭的泥皮，可以在内外压力均衡的情况下有效维持孔壁稳定；

旋挖钻机钻孔开孔施工应轻压慢进，钻头转速不宜大于10r/min，待主动钻杆全部进入孔后，方可逐步加速进行正常钻进。保证孔内水位始终高于护筒底部50cm以上；

在开始钻进或穿过软硬层交界处时，宜缓慢进尺。在钻进过程中如发现钻杆摇晃厉害或难以钻进时，应立即提钻检查，查明原因并处理后再钻，以免导致桩孔严重偏斜，甚至扭断或损钻杆，影响施工；

升降钻头要平稳缓慢，不能急上急下，防止碰撞护筒和钩挂护筒底部，防止剧烈扰动的泥浆冲刷护壁；合理控制钻斗的升降速度。钻斗的升降速度主要指标参考值参见表4-1。

表4-1钻斗的升降速度主要指标参考值

拆装钻杆时要迅速准确，减少停钻时间；

孔内出土不得堆积在孔口周围，应及时清理孔口；

遇松散卵石、砂层时可适当提高泥浆比重以形成较厚的泥皮来维持孔壁稳定，泥浆比重取1.15为易。

4.2预防下放钢筋笼时的孔壁坍塌

钢筋笼下放之前，必须检查钢筋笼的加工质量，钢筋笼直径偏差在允许的范围之内，防止钢筋笼直径过大造成对孔壁的挤压；

根据现场的施工条件及工装设备，采用合理的分节长度及接头形式，减少钢筋笼的对接时间；

可采用圆饼式混凝土垫块，以减少钢筋笼下放过程中对孔壁的扰动；

钢筋笼下放完成后及时进行混凝土灌注。

4.3预防灌注过程中的孔壁坍塌

提前组织好混凝土灌注作业的各项准备工作，避免出现因混凝土质量不合格，交通路线不畅通，混凝土运输设备不足、损坏，混凝土原材料不足等原因造成混凝土灌注作业中断；

合理控制工序的衔接，尽量做到导管安放完毕，现场已具备满足混凝土封底所需的足量混凝土且后继会持续正常跟进；

选择熟练的技术工人灌注混凝土，拆拔导管时应匀速垂直，严禁在导管未出卡盘时发生倾斜。

5塌孔的处理措施

5.1浅部塌孔的处理措施

若卵石层，砂层等易塌地层在浅部且有较多桩位地层分布与此一致时，可考虑采用加长护筒的方法，使该部位的地层在旋挖钻钻进过程中被钢护筒支护从而达到成孔成桩的目的。若只有个别桩基浅部有易塌地质条件，可考虑采用人孔挖空浇筑护壁的方式代替钢护筒，直至易塌地质全部被人工浇筑的护壁支护，待混凝土护壁具备一定强度后用旋挖钻机钻进。

5.2中、底部塌孔的处理措施

中、底部塌孔后，若塌孔不严重切趋于稳定时，适当的增加泥浆比重，保持孔内水位高度继续钻进直至成孔；如塌孔较大且无稳定趋势时，可采用黏结性好的黏性土回填至塌孔顶部上方，用旋挖钻钻头先压实后重新钻孔；当塌方极为严重回填黏性土不足以使孔壁稳定时，可采用回填混凝土法，先清理至塌孔底部，及时采用水下灌注C15混凝土至塌孔上方50cm左右，待48小时后钻机继续作业，填充至塌方位置的混凝土被留置作业混凝土护壁抑制塌孔的再次发生。

6结语

不同的工程，当地的运输条件，工程所在地的施工作业条件，周边地质条件，机械设备条件，工人操作水平等均存在着较大的不同，根据实际情况选择合适的机械设备和施工方法能够大大的降低施工成本，提高施工质量和作业效率。

目前，旋挖钻在国内已大量施工，工艺也日趋成熟，本文总结了卵石或砂层等易塌地质条件旋挖钻成孔施工技术，希望给类似工程的管理人员提供一点可以借鉴的施工经验。

参考文献：

[1]张晓军.浅谈旋挖钻机在各种复杂底层的施工技术[J].山西建筑,2011,37(13).

[2]张彬.旋挖钻在松散卵石层成孔的施工技术[J].中国水运,2013,13(1)：260-263.

[3]王晓亮.浅谈旋挖钻机成孔塌孔抑制方法[J].工程技术,2014.（2）:125-126