回旋钻孔工艺改进

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　　[摘要]温州市城区防洪堤三期工程地处岸滩区，地质条件复杂、表层抛石多、淤泥层及砂层较厚，且部分钻孔灌注桩要求进入卵石层2m以上。本文从护筒埋设、钻头型式、泥浆比重、排渣和除砂、转速和钻压等方面进行工艺改进，提高了成孔速度和质量，实现又好又快，达到降本增效。
　　[关键词]回旋钻孔工艺改进砂层钻孔灌注桩卵石层
　　1钻孔灌注桩分项概况
　　1.1桩型简介
　　温州市城区防洪堤三期工程为Ⅱ级堤防工程，紧临二期工程修建，共分一、二两个阶段建设。一阶段有桥梁灌注桩297根和驳岸灌注桩439根，桥梁灌注桩设计桩径φ1100mm，桩长约44～50m；驳岸灌注桩设计桩径φ800mm，分a、b两种类型：a桩39.5～44.7m，b桩30.7～35.7m。二阶段Ⅰ标段有桥梁灌注桩44根和驳岸灌注桩729根，桥梁灌注桩设计桩径为φ1200mm的12根、φ1000mm的32根，桩长均为48m；驳岸灌注桩设计桩径φ1000mm的173根、φ900mm的556根，分长、短两种类型，长桩44～46m，短桩33～39m。
　　1.2地质条件
　　本工程地处瓯江下游河口地带，属冲海积地貌类型，地质条件复杂。根据地质报告显示，此地段纵向可划分10个地层，由上至下分别为块石碎石杂填土、淤泥质粉质粘土夹粉砂、含淤泥粉砂、淤泥、含淤泥粉砂、淤泥质粘土、粉砂夹淤泥、粉质粘土、含淤泥粉砂、卵石。
　　本工程一阶段的桥梁灌注桩和驳岸灌注桩a桩及二阶段的驳岸灌注桩长桩、桥梁灌注桩均进入卵石层作为持力层，发挥端承桩功效。
　　1.3潮流及水位
　　本工程河段属于瓯江河口过渡段，受潮流和径流的共同作用。外海潮波进入瓯江河口后，因受地形和径流影响潮波发生变形，潮汐类型为非正规半日浅海潮，瓯江河口平均潮差超过4m，从河口向上游潮差逐渐减少。在防洪堤建设范围内，最靠岸侧的高潮时水深4.5～5.5m，低潮时水深约1～2.5m，100年一遇高潮位5.66m，若遇台风影响潮流水位会有所叠加。
　　2钻孔工艺改进
　　2.1改进护筒埋设工艺
　　护筒埋设难点一：桩位处有原老驳岸及护堤抛石、条石，埋设护筒存在一定障碍，不彻底清理块石和抛石也将给钻孔施工带来较大的隐患。
　　护筒埋设难点二：桩位处有较厚的流塑状淤泥层和透水砂层，受潮水影响易造成护筒底穿孔漏浆，给钻孔施工带来较大的隐患。
　　经过地质特点和实践摸索，采用反铲挖掘机埋设护筒的工艺优于振动锤和冲压器埋设护筒工艺。用反铲挖掘机在原老驳岸处开缓坡进入河道，在低潮位的时候进入孔位所在区域，将地表块石和抛石清理干净，再将一次性护筒放入挖孔内并下压，使之进入下部密实土层3m以上，护筒周边用粘土回填并隆起，防止护筒底漏浆现象的发生。若河道淤泥较厚，可采用钢板循环铺垫或自制铁驳保证挖掘机不陷入淤泥。
　　2.2改进钻头型式
　　针对工程地层情况，钻头采用单腰带三翼锥形锯齿型钻头，切削刃镶嵌K0型硬质合金。其特点是对地层的适应性强，强度大、寿命长、稳定性好、排渣通畅、防止泥包效果好、钻进效率较高。
　　（1）钻尖切削刃
　　原钻头尖端的切削刃以扇形布置（见图1），与竖直向成一定角度，这种钻头的缺点在卵石层钻进过程中尤为突出，进尺较慢且切削刃磨损较严重。
　　
　　
　　现钻头尖端的切削刃统一沿竖向而置（见图2），钻进动力集中在钻尖竖直面上，钻尖以最快的速度钻入卵石层，钻头通过转动扰动漂起或破坏打碎卵石，减小了硬质合金切削刃的磨损，加快了卵石层的进尺。
　　
　　
　　（2）钻杆出浆口位置
　　原钻杆出浆口位置位于钻头腰带下方（见图1），不利于排粗渣和冷却钻头，进尺较慢且磨损较严重。
　　现钻杆出浆口位置靠近钻尖（见图2），钻杆内新鲜的泥浆更进距离冲洗孔底、冷却钻头、携带钻渣，加快了排渣速度，加快了卵石层的进尺。
　　
　　
　　2.3改进泥浆比重
　　泥浆为钻孔灌注桩施工过程中的清洗液，其主要作用为冲洗孔底、冷却钻头、携带钻渣、平衡地层压力、保护孔壁等，对桩质量有很大影响。若泥浆过稀则形成不了护壁泥膜或形成的粘膜粘附力较差，易受地下承压水渗透导致坍孔。但若过浓则会导致含砂率较高及泥皮厚度太大，增大了钻进阻力，减慢钻孔速度。由于岸滩区多淤泥和砂性地质，极易形成塌孔，根据成孔阶段和地层情况调整泥浆比重（见表1），以提高成孔质量及钻进速度。
　　表1泥浆比重对照表
　　成孔阶段或
　　地层情况 泥浆比重(g/cm3) 主要作用
　　 交底要求 改进后
　　粘土和粉质粘土 1.10～1.20 1.15～1.20 平衡压力
　　粉砂和夹砂层 1.15～1.25 1.20～1.25 除砂、造泥膜
　　卵石层 1.25～1.30 1.30～1.35 排粗渣
　　流塑层和易坍层 1.15～1.25 1.20～1.25 除砂、造泥膜
　　成孔后一次清孔 1.20～1.30 1.25～1.30 排细渣
　　成孔后二次清孔 1.10～1.20 1.15～1.20 除砂、平衡压力
　　2.4改进排渣和除砂
　　由于本地区的砂、渣较多，单单依靠循环沉淀难以保证成孔质量，所以在一次清孔时配备孔筛来加快除渣，可明显减少清孔时间；在二次清孔时配备泥浆分离器（见图3）来除悬浮细砂，使返回孔内泥浆尽量为纯泥浆，可明显加快清孔速度；可加大泥浆池容量并经常清理，使泥浆在池内停留时间延长，有利于排渣和除砂。
　　
　　
　　
　　2.5优化转速和钻压
　　考虑地质情况及进入卵石层深度达2m以上，本工程钻孔灌注桩成孔采用钻进效率高、钻孔质量好的正循环回转钻成孔工艺。正循环回转钻成孔由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，由泥浆泵往钻杆输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流人泥浆池，经沉淀处理返回循环池。
　　根据改进的钻头及现场的地层选用GPS-10型钻机（有三个转速档），刚开始钻孔时，要采用低速档，轻钻压，低进尺钻透地表层，并调制优质泥浆护壁；正常钻进时，优化转速和钻压（见表2），提高成孔质量和速度；在卵石层钻进时，通过改进钻头和调整泥浆比重，及时漂起和排出卵石，提高成孔速度。
　　表2转速档位优化表
　　地层类型 优化前 优化后
　　 档位 成孔现状 档位 转速 钻压
　　粘土和粉质粘土 高速档 较粘稠 高速档 80～100r/min 轻压
　　砂层或易坍层 高速档 扩孔、坍孔 低速档 40～60r/min 轻压
　　卵石层 中速档 磨损大 中速档 60～80r/min 重压
　　淤泥或流塑层 高速档 泥块、扩孔 低速档 40～60r/min 自重
　　３效果
　　3.1质量方面
　　成桩后，采用超声透射法及低应变法对钻孔灌注桩进行第三方检测，改进前，一阶段钻孔灌注桩优良率占60%～75%（见表3）；改进后，二阶段钻孔灌注桩优良率占90%～95%（见表4）。
　　表3一阶段钻孔灌注桩检测结果统计表
　　桩基名称 桩基数量 检测方法和根数 检测结果 优良率
　　桥梁灌注桩 297根 超声透射，216 Ⅰ类桩164根,Ⅱ类桩52根 75.9%
　　 低应变，135 Ⅰ类桩82根,Ⅱ类桩53根 60.7%
　　驳岸灌注桩 439根 低应变，257 Ⅰ类桩188根,Ⅱ类桩69根 73.2%
　　表4二阶段钻孔灌注桩检测结果统计表
　　桩基名称 桩基数量 检测方法和根数 检测结果 优良率
　　桥梁灌注桩 44根 低应变，44 Ⅰ类桩40根,Ⅱ类桩4根 90.9%
　　驳岸灌注桩 729根 超声透射，206 Ⅰ类桩191根,Ⅱ类桩15根 92.7%
　　 低应变，729 Ⅰ类桩675根,Ⅱ类桩54根 92.6%
　　3.2进度方面
　　经过钻孔时间统计及汇总分析，钻孔工艺改进后（见表6）比钻孔工艺改进前（见表5）的平均成孔速度提高约20%。
　　表5一阶段钻孔灌注桩钻孔速度统计表
　　桩基名称 桩直径(mm) 桩长 卵石层 平均钻孔速度
　　桥梁灌注桩 φ1100 44～50m 进入 2.1小时/米
　　驳岸灌注桩 φ800 30.7～35.7m 不进入 1.2小时/米
　　 39.5～44.7m 进入 1.6小时/米
　　表6二阶段钻孔灌注桩钻孔速度统计表
　　桩基名称 桩直径(mm) 桩长 卵石层 平均钻孔速度
　　桥梁灌注桩 φ1200，φ1000 48m 进入 1.7小时/米
　　驳岸灌注桩 φ1000，φ900 33～39m 不进入 1.0小时/米
　　 44～46m 进入 1.3小时/米
　　4结语
　　面对一阶段成桩速度和质量均不佳，针对本工程的复杂地层，在二阶段Ⅰ标的钻孔灌注桩施工中，适当改进了回旋钻孔工艺，有效提高了成孔质量和速度，达到了降本增效的目的。同时，也为相似地质条件的岸滩区灌注桩施工提供借鉴。
　　

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