旋挖钻施工坚硬岩层的应用

旋挖钻施工坚硬岩层的应用

石润乾彭科梅雨凡

1中建五局土木工程有限公司湖南长沙410000

2中建五局土木工程有限公司湖南长沙410000

3中建五局土木工程有限公司湖南长沙410000

摘要：旋挖成孔工艺在20世纪90年代传入我国，因其施工效率高、成孔质量好、机械化程度高、噪音小、对环境污染少等优点，现在已经大规模应用于地基处理中。

关键词：旋挖；硬质岩层

1桩基施工中遇到问题

按照设计地质状况，结合环保要求和工期要求以及施工条件，在钻机选型上，项目部本着经济、合理、环保的原则，选用旋挖钻可以满足施工生产要求。根据施工组织安排，施工现场配备了4台SR280旋挖钻机，根据不同地质情况，每台旋挖钻机配置了不同规格和类型的钻具和斗齿，以适应不同地层的钻进。

在进行该桥11#墩桩基施工时，距离桩底10m左右，钻进缓慢，工效较低，机械设备损耗较大，平均进尺2m/天，并造成钻杆劈裂事故。后经取样分析，设计地质发生变化，特别是距离桩底设计标高5~10m范围内岩性坚硬，经设计及试验确定，该地层为弱风化粉砂岩，地质取芯强度达到40~50MPa，该特大桥11#~29#、34#~38#墩均为此地层。一般情况下，旋挖钻可以钻进一些强风化的、抗压强度在30MPa以下的岩层，但也不能钻进胶结致密的卵砾石层和抗压强度较高的岩层，如果强行钻进很容易发生机械事故。因此，该地层地质状况已经超过一般旋挖钻适应地层范围。

2对问题的分析及处理措施

经过分析讨论，该岩层强度高，埋置深，钻进相对困难，采用旋挖钻施工，选择合适的钻斗及钻进工艺至关重要。

最后决定采用短螺旋钻斗和双底捞砂钻斗交替配合钻进，采用短螺旋钻头以低速、低扭矩、先浮动后加压的方式钻进，同时更换为耐磨的合金钢斗齿，在钻进中及时检查斗齿，发现破损及时焊接修补或更换。短螺旋钻头钻进后及时换双底捞砂钻斗捞取孔底沉渣，防止钻头打滑，影响钻进效果。

3工程概况及地质资料

根据《岩土工程勘察报告》，本区地层主要结构为：场地内地层结构相对简单，扩建场地下部岩土对应四期扩建勘探大体可分9层，工程地质深度范围内自上而下可分为：

第（1-1）层：杂填土（Q4ml）：棕红色，

系粉质粘土、建筑垃圾等回填，稍湿～湿，稍密～松散。分布普遍，最薄处为0.30m；最厚处为14.90m；平均厚度为4.52m；层面最高处标高为34.46m；层面最低处标高为16.17m。

第（1-2）层：冲填土（Q4ml）：灰黑色，系粉煤灰冲填，饱和，松散。分布普遍，最薄处为0.50m；最厚处为11.50m；平均厚度为4.69m；层面最高处标高为31.16m；层面最低处标高为17.12m。

第（1-3）层：素填土（Q4ml）：棕红色，系国电九江发电厂一期建设时（上世纪八十年代）的粉质粘土回填，稍湿，稍密。分布普遍，最薄处为0.60m；最厚处为13.90m；平均厚度为4.43m；层面最高处标高为30.23m；层面最低处标高为12.03m。

④粉质粘土（Q4al）：土黄色，可塑，有黑色铁锰质渲染；局部呈可塑～软塑，分布普遍，最薄处为0.50m；最厚处为9.60m；平均厚度为3.61m；层面最高处标高为28.57m；层面最低处标高为5.39m。

⑤粘土（Q2el+dl）：棕红色及棕黄色夹灰白色，呈网纹状，硬塑；分布普遍，最薄处为0.10m；最厚处为17.30m；平均厚度为6.90m；层面最高处标高为32.57m；层面最低处标高为6.97m。

⑧粉质粘土混碎石及角砾（Q2fgl）：棕黄色，稍湿～湿，稍密～中密；粉质粘土为可塑～硬塑，碎石及角砾粒径为0.5～5cm，含量为20～30%，偶混砂卵石；分布普遍，最厚处为14.50m；平均厚度为3.43m；层面最高处标高为19.90m；层面最低处标高为2.89m。

⑨全风化粉砂岩、砾岩交互层（E）：棕红色，全风化粉砂岩呈粉土及粉细砂，全风化砾岩呈粉质粘土混角砾，中密；分布普遍，最薄处为0.25m；最厚处为9.50m；平均厚度为3.09m；层面最高处标高为21.17m；层面最低处标高为0.11m；平均标高为10.62m。

⑩强风化粉砂岩、砾岩交互层（E）：棕红色，泥质胶结，强风化，薄层块状；分布普遍，最薄处为0.40m；最厚处为6.60m；平均厚度为1.36m；层面最高处标高为18.16m；层面最低处标高为-3.03m；平均标高为7.35m。

（11）中风化粉砂岩、砾岩交互层（E）：棕红色及肉红色，钙质胶结，中风化，厚层块状。未钻穿，层面最高处标高为12.23m；层面最低处标高为-3.83m；平均标高为4.63m，强度达到56.4～62.6MPa。

九江市某电厂地处长江二级阶地，受地形及电厂工业排水等影响，其地下水主要有上层滞水及孔隙潜水二层，地下水位在0.90m至9.0m之间。根据《岩土工程勘察规范》判定地下水和土对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。

4设备选择

本工程设计采用直径为800mm的砼灌注桩，桩底进入（11）层中风化粉砂岩砾岩互层不小于1米，承载力模式为端承桩。

通过现场实际踏勘，同时为满足工期进度要求，我单位决定采用施工速度快的旋挖钻机进行施工。因（11）层中风化粉砂岩砾岩互层强度较高，达56.4～62.6MPa，参照《建筑地基基础设计规范》单轴抗压强度大于30MPa为硬质岩层，对于旋挖钻机施工具有一定难度，为此我们选配了三一SR-220型旋挖钻机及配套的机锁钻杆、截齿钻头、牙轮筒钻、截齿筒钻等。

5钻机施工

5.1刮削式施工。这种施工工艺是指利用强制加压和钻头旋转，通过钻头斗齿或截齿将原土或软岩从地层中剥离、崩落，然后进入钻头的过程。对于上部粘土层施工难度小，采用切削式施工，利用斗齿泥斗就可完成施工。对于强度强度不大于30MPa的第⑨层全风化粉砂岩、砾岩交互层（E）采用截齿泥斗完成施工。截齿为锥形，顶部受力面积小，应力集中，且均为合金头，可以较轻松对软岩进行破碎。这种施工方法对于粘土和软岩施工速度快，大约3-5分钟进尺1米。

5.2碾压破碎施工。对于（11）层中风化粉砂岩砾岩互层的硬质岩层应采用此种施工方法。钻具更换为机锁钻杆、牙轮筒钻钻头。利用机锁钻杆强制加压，钻杆旋转，筒钻底部合金牙轮同时碾压岩面，致使岩面破碎形。

6施工注意事项

6.1在使用筒钻碾压破碎时，崩落的岩屑不能及时清理出孔口，钻头在旋转过程中易形成卡钻，每钻进20分钟左右应提出钻头，待岩屑沉入孔底再可以加压钻进。

6.2钻头反转取芯时，如果突然遇到阻力加大，然后骤然减小，初步判断岩芯折断。

6.3同因岩面坚硬、钻杆压力大、进尺速度慢、钻进时间长致使钻具易发生损坏，所以应经常检查钻头钻具。

6.4桩底岩芯不可钻进过深，再进行捞取或破碎。因筒钻高度一般为1.2米左右，当钻进达到1.2米时岩芯顶到钻头方口连接处，极易对钻具造成损坏。

6.5采用螺旋钻破碎时，岩屑不易捞取干净，灌注前宜采用气举反循环进行清孔。

7结束语

近年来，在我国许多大型基础设施建设工程的施工中更是得到了广泛应用。但由于旋挖钻进工艺是一种较新的施工技术，在不同的地质条件下，还会出现一些新问题，需要大家在以后的实践、研究中继续努力探索，不断提高旋挖钻进工艺的施工质量。

参考文献

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[2]黎中银，夏柏如，吴方晓．旋挖钻机高效入岩机理及其工程应用［Ｊ］．中国公路学报，2009，22（3）：121-126．

[3]丁时伟，李治军．基于旋挖钻机的混凝土灌注桩施工方法和工艺探讨［Ｊ］．黑龙江水专学报，2010，37（2）：48-50.