史文君，張善國

（北京帕克國際工程咨詢有限公司， 北京 100022）

目前，旋挖鉆機因工藝先進、成孔快速穩(wěn)定等優(yōu)勢，已經成為鉆孔灌注樁主流施工機械之一。由于各地工程地質條件千差萬別，不同工程設計的鉆孔灌注樁的樁徑、樁長等差異明顯；而且?guī)r土勘察也不太可能做到與實際地層完全一致，有時甚至還存在較大差異。因此，巖土施工單位在承攬鉆孔灌注樁基工程時，樁基鉆孔面臨不小的不確定性。在樁基鉆孔過程中有些技術問題若處置不當，不僅會造成較大的經濟損失，還可能對工程設備甚至人員安全構成威脅。

鑒于此，筆者結合近幾年使用旋挖鉆機在各類不同地層鉆進的實踐經驗，總結了旋挖鉆機在一些較為特殊地層鉆孔施工經常遇到的技術問題及解決辦法。希望給遇到類似問題的同行以借鑒。

1 軟土等易塌地層旋挖鉆孔方法

1.1 軟土等易塌地層的特點及成孔風險

在軟土、新近堆積的回填土以及新近沉積的松散的細砂類土層，若地下水位較高，旋挖鉆機旋挖取土后，即便鉆孔是在泥漿護壁的情況下，孔壁也很難保持穩(wěn)定，極易造成塌孔或縮頸。由于該類地層多分布于地表淺層，隨塌方量逐漸增大，鉆孔周圍地面將出現塌陷，經常造成孔口護筒下沉；嚴重時還會對鉆孔設備、作業(yè)人員等構成威脅。當遇到此類情況，特別是施工中發(fā)現孔口護筒已經懸空或下沉時，不應心存僥幸繼續(xù)鉆進，而應盡快回填鉆孔，重新固定孔口護筒后再鉆進。

1.2 旋挖鉆孔的施工方法

在軟土、新近回填土等用泥漿護壁也不能有效護壁的含水地層，最有效率和保險的旋挖鉆孔方法是采取長護筒護壁措施。每臺旋挖鉆機視鉆孔難易程度配置 3 個左右鋼護筒、1臺振動錘和 1 臺足夠起拔力的吊車；鋼護筒長度應能夠下放到軟層底部，鋼護筒直徑宜大于設計樁徑 100 mm 左右(太大造成混凝土浪費；太小時鉆頭容易卡護筒，很難保證順利施工)。利用長護筒護壁旋挖成孔時，應注意以下幾點。

(1)應基本確認護筒下放深度范圍內無 100 mm 以上大直徑石塊；根據長護筒直徑和下放長度選擇合適功率的振動錘。

(2)小直徑樁施工時，應綜合考慮鉆桿的外徑及護筒直徑的大小，鉆桿外徑宜比護筒直徑小 200 mm 以上，護筒長度較大時，差值應更大些以方便施工。

(3)應確保鋼護筒下放垂直度，尤其是較小直徑的鉆孔樁。

(4)灌注混凝土后應及時將護筒拔出。

(5)沉放鋼護筒和旋挖成樁密切配合。鋼護筒起拔后應能直接沉放到下一個待施工的鉆孔。這樣形成流水作業(yè)，將大大提高施工效率。

2 砂土、粉土地層旋挖鉆孔方法

2.1 砂土、粉土地層的特點及成孔風險

在稍密—中密、分選較好的細砂或粉土地層鉆進成孔時，若地下水位較高，需要采用泥漿護壁成孔。該類地層由于顆粒間無粘接力，在水流作用下極易被沖刷。因為旋挖鉆機成孔時直接取土成孔，鉆孔的土是由鉆斗循環(huán)往復提到地面的。鉆斗在泥漿中運動，鉆斗外側水流流速較大，很容易造成孔壁的沖刷。孔壁沖刷下的砂粒進一步降低了護壁泥漿的護壁效果，更容易造成擴頸甚至塌孔等問題。

2.2 旋挖鉆孔的施工方法

采用泥漿護壁在分選較好的砂土或粉土地層中施工時，應考慮采取以下幾點措施。

(1)適當降低鉆頭的下放和起拔速度，減小鉆斗與孔壁之間泥漿的流速，減少沖刷。

(2)適當加大鉆齒的外撇角度，增加孔壁與鉆斗側壁的間距。

(3)適當增加鉆斗內流水孔面積，減小鉆斗起拔過程中頂部和底部的負壓，進而減小孔內泥漿的流速。

(4)配置優(yōu)質泥漿護壁，及時量測孔內泥漿的含砂率。當超標時及時，采取有效的除砂措施。

(5)檢查鉆斗底蓋閉合后的密封性。若發(fā)現扭曲造成空隙較大，應及時整修，以免造成漏砂。

3 漂石、孤石地層旋挖鉆孔方法

3.1 漂石、孤石地層的特點及成孔風險

山區(qū)跨河大橋樁基施工時，鉆孔過程中經常遇到漂石地層。由于漂石顆粒直徑較大且相互嵌固，常規(guī)撈砂鉆頭無法鉆進；若強行鉆進，極容易將鉆齒掰斷，甚至損傷鉆桿。除此，還經常會遇到跟孔徑相差無幾的大孤石，或者是部分位于孔中的、大部分埋藏于孔周地層的探頭石。若對孤石處理不當，會因長時間擾動孔壁造成塌孔。若對探頭石處理不當，容易造成斜孔，給后續(xù)鋼筋籠的下放構成實際困難；下放鋼筋籠后灌樁過程中坍塌的，還會嚴重影響成樁質量。

3.2 旋挖鉆孔的施工方法

旋挖鉆孔遇到大漂石地層時，若漂石地層位于淺表，宜用挖機將漂石挖除后回填黏土，并將孔口護筒下放到漂石層底，再行鉆進；若漂石層位于較深部位，當漂石粒徑大于撈砂斗開口口徑而無法正常鉆進時，可用筒形鉆頭將大漂石取出后，再配合撈砂斗逐步鉆進。

鉆孔灌注樁遇到孤石時，若孤石恰好全部位于孔內，則可用筒形鉆斗直接將孤石取出；若孤石大部分埋于孔周地層中形成探頭石，則不應強行鉆進，而應用筒形鉆頭慢慢將探頭石切斷并取出后，方可正常鉆進。

4 硬黏土、泥巖地層旋挖鉆孔方法

4.1 硬黏土、泥巖地層的特點及成孔風險

硬黏土給鉆孔過程帶來的最大的問題是糊鉆和卸土困難。相比第四系沉積地層，泥巖的典型特征是強度較高，遇水后軟化且黏性大，易打滑。一般的循環(huán)鉆機因為加壓力很小，在泥巖中鉆孔時，鉆齒難以劃割巖層，鉆頭會一直在泥面上打滑，鉆進效率極低。利用旋挖鉆機鉆進泥巖時，尤其在孔深較大的情況下無法采用能夠直接加壓的機鎖鉆桿時，若鉆頭設計不當也容易出現鉆進效率低下甚至鉆不進等現象。

4.2 旋挖鉆孔的施工方法

在硬黏土中鉆進，應考慮采用體開式鉆斗或將鉆斗底部側面開豁口等方式，以提高卸土效率。

在泥巖地層旋挖鉆孔灌注樁成孔，可從以下幾點著手，以提高施工效率。

(1)優(yōu)先選用機鎖鉆桿干孔鉆進。不得已采用摩擦鉆桿鉆進時，可以考慮增加鉆桿芯桿和鉆斗的重量，以便鉆齒能夠切入泥巖中并順利建立加壓力。

(2)對強風化及風化程度更高的地層，鉆斗布齒時優(yōu)先選考慮用 V19 鉆齒鉆進。必要時可以通過割豁口、鉆斗左右側布齒高度差異、適當增加入巖角度等布局設計，提高鉆頭切入泥巖的能力。中風化及風化程度更低的泥巖，鉆斗布齒時須采用合金截齒，以提高抗磨和抗折斷能力。

(3)基樁孔徑較大時，應考慮采用分級鉆進成孔。首級鉆孔可采用長徑比較大的筒形鉆斗直接取芯；二級鉆孔時利用與孔徑大小相同的切齒鉆頭鉆進。

(4)避免布齒過于稀疏。避免鉆斗兩側布齒具有相同的切削軌跡，應及時修補磨損嚴重的邊齒，有效避免鉆齒過度磨損和托底造成的鉆進困難。

5 灰?guī)r溶洞地層旋挖鉆孔方法

5.1 灰?guī)r溶洞地層的特點及成孔風險

灰?guī)r溶洞是在南方多山地區(qū)施工經常遇到的情況。該類地層基巖面由于侵蝕不均勻而起伏較大，溶洞大小、形狀等各式各樣。在該類地層施工鉆孔灌注樁時，經常遇到斜孔、突然漏漿并造成塌孔、卡鉆掉齒甚至損傷鉆桿鉆具、混凝土超灌量特別大等情況。

5.2 旋挖鉆孔的施工方法

在灰?guī)r溶洞地層進行鉆孔灌注樁施工，成孔時可從以下幾方面采取措施，以降低成孔風險。

(1)遇到基巖面時，放慢鉆進速度以避免斜孔。

(2)認真比對鉆探資料。當鉆進到溶洞頂面附近時，應放慢鉆進速度，備好充足的護壁泥漿及回填用黏土。當鉆透洞頂造成孔內護壁泥漿急速下降時，應及時回填鉆孔以避免塌孔。

(3)優(yōu)先選用導向較好的直體加長鉆斗。若已造成斜孔并在洞頂附近造成卡鉆時，應緩慢旋轉提鉆。在鉆斗頂部應及時焊接，以利于導向的斜梁結構。

(4)遇到溶洞較大且少充填或無充填時，應及時回填黏土并用旋挖鉆斗反轉壓實，避免成孔后灌注混凝土過程中造成過量超方。

6 花崗巖等硬巖地層旋挖鉆孔方法

6.1 花崗巖等硬巖地層的特點及成孔風險

許多特大橋設計樁基時要求基樁進入中風化硬巖達一定的深度，而且這些樁基設計的樁徑多在 1.5 m 以上，甚至達到2 m。如此大直徑硬巖地層的鉆進，對設備功率和加壓力提出了較高的要求，一般需要扭矩在 280 kN·m 以上的設備。在該類地層中鉆進，鉆齒的損耗很大，且對設備抗振動能力提出了較高的要求。

6.2 旋挖鉆孔的施工方法

在花崗巖、砂巖等硬巖地層中施工，應從以下幾點采取措施，以提高成孔效率，降低風險。

(1)應選擇功率在 280 kN·m 及以上的鉆進進行施工。提前準備好硬度較高、抗磨性能較好的鉆齒。無水地層應加水，以降低鉆齒的磨損。

(2)合理配置鉆具。該類地層大直徑樁成孔時，應選擇分級鉆進的方式。第一級應選擇直徑 600 mm～800 mm 的加長筒鉆，直接取芯，創(chuàng)造自由面；或選擇小直徑螺旋鉆鉆進創(chuàng)造自由面。第二級選擇 1.5 m；第三級選擇 1.8 m 或 2 m。一般第二級、第三級采用截齒撈砂鉆斗。

(3)當硬巖地層發(fā)生斜孔后掃孔難度極大。因此遇到斜巖面時，務必修正后才能正常鉆進。

7 結 語

從近幾年使用旋挖鉆機施工鉆孔灌注樁實踐情況看，其可適用于大部分地層的施工；最大成孔深度可達近百米，最大直徑可達 2.5 m。但是對某一具體項目而言，旋挖鉆孔要能順利和有效實施，需要根據實際地層和設計孔徑、孔深等情況，合理選擇機型，合理配置鉆桿鉆具，制定并落實好切實可行的具體措施。總結起來，有以下幾點。

(1)做好孔口護壁措施。對需要護壁的鉆孔，優(yōu)先考慮泥漿護壁鉆進。對軟土及新近回填土等用泥漿護壁無法保證護壁效果的，應果斷采用全護筒護壁。

(2)選擇適當的機型。小鉆機靈活，提放鉆等速度快，更適合地層好、深度和樁徑不大的樁基施工。大鉆機功率較大，能夠鉆進較硬地層和施工大直徑鉆孔。使用大功率鉆機鉆進簡單地層，效率低下；使用小功率鉆進，則無法鉆進硬巖地層。

(3)合理配置鉆具，根據實際情況優(yōu)化鉆齒布局。在鉆機進場前，應根據地勘資料進行鉆具配置；先鉆進數孔作試探，待了解實際地質情況后，應根據實際情況及時優(yōu)化鉆齒布局。

(4)關鍵點謹慎鉆進。在斜巖面、探頭石、溶洞頂部等關鍵部位，應放慢鉆進速度，提前準備好應急措施。