不同地質情況下的鉆機組合施工及控制

高飛 樊展望

摘? 要：通過對沖擊鉆、反循環鉆在不同地質鉆孔施工的速度、質量、效益比較分析，進而進行組合施工方案，并指出施工過程中的控制事項，為同類地層樁基施工提供借鑒。

關鍵詞：地質;鉆孔;分析;組合

中圖分類號：U445 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0128-02

城市立交橋建設是當前城市重交通路口疏導的主流。而樁基施工中不同的地質中不同鉆機發揮作用均不同，本文針對沖擊鉆和反循環鉆在漯河市京廣立交樁基施工進行對比，并提出了組合施工的方案，以為后續施工做出指導。

1 概況

河南省S238常付線漯河市郾城區京廣立交改建工程，位于河南省漯河市，是河南省東西方向的干線公路，在交通網中占有重要地位，是豫中南地區的重要通道，工程整體全長2.5km，其中橋梁長701m， 橋垮布置為4×30+5×30+37+50+37+5×30+5×30。東引橋采用單墩三根1.8m排樁，平均樁長53m，樁頂為地系梁，西引橋因地下管線影響采用單墩四根1.5m群樁，平均樁長53m，樁頂為承臺。地質情況由上至下為：磚渣層、粉土、粉質粘土、中砂、粉質粘土，其中磚渣地層厚度約2-8m，砂層厚度約10m。

2 施工難點

橋西地質復雜，地表有2-8m不等的回填磚渣，地層不穩定，部分護桶無法穿過覆蓋層，鉆孔中易出現塌孔。樁基穿越10m厚中砂層，鉆進中易出現塌孔現象。經現場調查，部分樁位下部有周邊建筑基坑施工時殘留的加固錨桿，鉆孔困難。

3 鉆孔原理及選用

反循環鉆是利用鉆桿帶動盤式鉆頭旋轉，以達到破碎巖土，泥漿利用泥漿池與孔內高差自流至孔底，再利用鉆機上的大吸力泥漿泵，通過鉆桿把孔底泥漿和鉆渣吸至沉淀池中，泥漿經沉淀池后進入泥漿池，以形成循環作業。根據實際情況本工程選用GPS-32型反循環鉆機。

沖擊鉆孔是利用重錘沖擊的原理成孔，鉆機利用機身將鉆頭提升至一定高度，利用自有落體的沖擊力沖擊巖層鉆進，利用泥漿泵向孔內注入泥漿，通過泥漿冷卻鉆頭、形成護壁，同時通過泥漿懸浮鉆渣排出到沉淀池，沉淀過后的泥漿再回流到泥漿池，從而形成循環。本工程選用K-8/10型沖擊鉆。

4 成孔比較

工程進場以后根據現場情況，先期對覆蓋層較薄的樁孔，通過開挖清除磚渣，埋設深護桶等措施采用反循環鉆成孔，成孔效果較理想。但在磚渣層較深的樁反循環鉆孔進效率及質量欠佳，易出現卡鉆、塌孔現象。根據現場情況在同一樁位選用不同鉆機各鉆孔一根樁基，進行比較探討搭配使用。

（1）成孔質量。根據反循環鉆和沖擊鉆成孔后灌注前質量檢測可反映出循環鉆成孔質量較好，孔徑較均勻，擴孔率小，沉渣少。采用兩種鉆進分別對同直徑1.5m、孔深54m樁基進行施工對比分析，從成孔總體質量上可知回旋鉆的成孔總體質量比沖擊鉆好;反循環鉆的成孔質量為：孔徑1.51m，清孔前沉渣厚0.1m，泥漿比重1.1-1.3，混凝土超方2%，傾斜率0.4%;沖擊鉆的成孔質量為：孔徑1.58m，清孔前沉渣厚0.3m，泥漿比重1.4-1.7，混凝土超方11%，傾斜率0.3%。（2）成孔效率。統計兩種鉆機在不同地層鉆時間，通過對比分析，發現循環鉆的鉆進速度是沖擊鉆的5.6倍，再加之該工程地處市區，沖擊鉆夜間施工噪音大，夜間22：00至第二日6：00無法施工，同墩位的54m樁基施工中沖擊鉆比反循環鉆成孔慢9天。具體見表1。由表2可知粉土、粉質粘土中沖擊鉆易出現吸鉆、粘鉆現象，鉆進速度不易過快。而在磚渣層中反循環鉆易出現卡鉆和堵塞泥漿管的現象。（3）成本消耗。根據沖擊鉆和反循環鉆從開孔到灌注完成的時間及混凝土量分析比較，具體見表2。（4）對比總結。從以上鉆孔數據可知，反循環鉆在本工程中不論從鉆孔時間、質量、成本方面都優于沖擊鉆。但由于反循環鉆在磚渣層中易出現卡鉆、堵塞泥漿管、壞鉆、不能鉆進等現象。加之部分樁基上部地層有砂漿錨桿需采用沖擊鉆鉆孔穿過。在單獨采用反循環鉆成孔中因磚渣造成機械卡鉆、堵管、維系等原因降低了鉆進效率，單樁成孔需2天。而單獨采用沖擊鉆成孔，因在粘土層中鉆進效率低，加之項目地處城區，夜間不可施工，造成鉆進效率低下，單樁成孔需11天。如采用以上兩種鉆機單獨施工均降低了施工效率，增加了施工成本。

5 組合施工

依據前文總結兩種鉆機在不同地形的優勢，我們將兩種機械組合施工，充分發揮兩種鉆機的自身特點，提高鉆機的利用效率，節省施工時間。上部厚磚渣錨桿層采用沖擊鉆施工，穿過磚渣錨桿層后深入粘土層≥1m后采用反循環鉆施工，在反循環鉆施工正式鉆進前，首先利用反循環鉆的抽機對沖擊鉆的泥漿進行清孔，清除沖擊鉆沖擊形成的未排出孔外的沉渣，再利用反循環鉆的撈渣桶清除大塊無法用泥漿排除的零散磚渣，最后利用反循環鉆的鉆頭，慢速鉆進，攪動孔底，清除因沖擊鉆沖擊打入土體的碎塊，待碎塊、沉渣清除完成后在利用反循環鉆正常鉆進。

6 組合施工效果

根據方案，對本工程3a-1采用組合鉆機組合施工，施工效果良好，各項數據受控，達到了預期目的。采用沖擊鉆施工8m深磚渣層用時5.5小時，更換機器用時1小時，撈除沖擊鉆剩余鉆渣0.6小時，反循環鉆鉆進上層25m粉質粘土用時4.3小時，反循環鉆鉆進5m厚砂層用時2小時，反循環鉆鉆進下層11m厚粉質粘土用時1.9小時， 由施工過程可知，采用兩種鉆機組合搭配施工，單樁54m成孔耗時僅15.3小時，大大提高了成孔效率，加快了施工進度，提高了施工效益。

7 施工注意事項控制

在進行兩種機械的組合施工時，要注意一些問題，如：護桶埋設、泥漿比重、鉆機就位、硬軟地層穿越、排漿等，只有將這些注意事項控制好，才能使兩種機械有效組合施工。

（1）護桶埋設。護筒直徑比樁徑大20cm以上，因過程中需更換鉆機，需保證護桶的穩定性，所以護桶埋設深度不小于2m。護筒四周用粘土夯實，保證孔口不坍方、不漏漿。埋設好的鋼護筒頂比地面高出20～30cm。（2）泥漿比重。在兩種鉆機的組合施工中，泥漿比重的控制是一個關鍵項目，泥漿起著潤滑鉆頭，防止塌孔，排除鉆渣的作用，如果在過程中不能進行有效的控制，鉆孔過程中極易出現塌孔、鉆速減慢等現象，同時會造成成孔后清渣不徹底，孔底沉渣過厚的現象。鉆機在不同地層的泥漿要求不同，在施工過程中要根據地層變化隨時調整泥漿比重，以達到泥漿造壁，保護孔身的目的。各地層泥漿控制見表3。（3）鉆進定位。在兩種鉆機配合施工中，要進行兩次鉆機就位，這就要求鉆機的定位準確性要高。同時在鉆進過程中要及時檢查鉆機鉆頭的鉆進方向，有無偏差，出現偏差及時調整，防止鉆進中出現偏孔、傾斜度過大等現象。（4）硬軟地層穿越。沖擊鉆在粘土層中施工時因為粘土層的特性，容易出現粘鉆現象，嚴重的會造成鉆機傾覆;所以在施工中要及時掌握、準確判斷地層情況，及時調整鉆進方法速度、確保順利穿越硬軟巖交界。為保證沖擊鉆穿越磚渣層后，孔內不殘留大塊的磚渣造成反循環鉆施工困難，所以在沖擊鉆鉆進穿越磚渣層后，需多鉆進1m，同時在反循環鉆就位后，先利用反循環鉆的清渣設備，對因沖擊鉆沖擊入孔底的磚渣進行清理，清理完成確認無殘渣后方可開展，防止出現卡鉆、堵管等現象。（5）排漿。沖擊鉆與反循環鉆的泥漿的比重、粒徑都不同，所需的泥漿池大小也不同，特別是在城市施工中，由于場地限制，無法開挖大面積的泥漿池，泥漿的外運排放尤為重要，在施工中要配備足夠的泥漿運輸車，確保泥漿排渣的及時外運清理。

8 結束語

從施工情況來看，反循環鉆在本工程的粘土、砂層施工中適合，沖擊鉆在磚渣層施工中適合。采用兩種鉆機組合，在磚渣層中采用沖擊鉆鉆進，待穿過磚渣層1m以上再采用反循環鉆鉆進，這樣既能發揮沖擊鉆在磚渣層的優勢，又能發揮反循環鉆在粘土層、砂層的優勢，節約了時間成本、提高了經濟效益。

參考文獻：

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