高飛虎

（中鐵十二局集團海南工程有限公司，海南?？?570000）

0 引言

旋轉(zhuǎn)樁一般是用旋挖鉆機來完成的，它在工程實踐中有著許多優(yōu)勢。①鉆孔的高品質(zhì)，可以保證施工質(zhì)量，提高工作的工作效果。②可以降低工程對周圍的環(huán)境的影響，改善人們的生活質(zhì)量，從根本上減少了常規(guī)工程所帶來的泥沙污染（尤其是干開式鉆孔）。③適用范圍廣，采用了新型的機械設備，使鉆機在鉆井作業(yè)時，能夠在鉆柱的自重和動力源的雙重驅(qū)動下，確保鉆井的轉(zhuǎn)速。鑒于以上種種優(yōu)勢，旋挖鉆機引孔施工已被普遍用于深水基坑防護工程，它能使工程的工期和質(zhì)量都得以改善。

1 深水基坑工程與旋挖樁

施工單位在確?；A地質(zhì)條件的基礎上進行施工。深水基坑防護是地質(zhì)勘探、巖土勘探、結(jié)構(gòu)法和巖土試驗技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的總稱。深水基坑防護包括：巡程勘察、支護結(jié)線的規(guī)劃和施工、開挖和回填、地下水控制、信息化巡檢和周圍的環(huán)境防護。目前，深水基坑防護施工簡單、安全、經(jīng)濟是施工作業(yè)的唯一準則，最常用的作業(yè)方式是擴大坡面，但往往會受施工現(xiàn)場及外界因素的影響。

旋轉(zhuǎn)樁是一種常見的深水基坑防護方法，一般指用旋挖鉆機進行作業(yè)，也稱為旋轉(zhuǎn)式鉆探。在國內(nèi)科學研究的發(fā)展下，出現(xiàn)了自動化、智能化的生產(chǎn)方式，大大減少了施工的勞動強度，提高挖掘精度和挖掘效率。另一方面，隨著施工作業(yè)自動化程度的提高，開挖、鉆孔灌注樁打探對人力的依賴有所下降，幫助施工企業(yè)節(jié)省了很大一筆費用開支[1]。

2 深水基坑工程特征與旋挖機引孔工藝特征

深水基坑工程是目前我國目前最環(huán)保、最高的工程之一，有著很多明顯的工程難度。首先，地基開挖施工風險大。目前，我國大多數(shù)深水基坑的巡視都是采取臨時性的。在臨時支撐系統(tǒng)中，其承載力、強度、變形、防滲、耐久性等方面的安全性都很弱，不能與長桿支護系統(tǒng)相比。其次，在深水基坑開挖過程中，存在著顯著的區(qū)域性特征。在國內(nèi)，由于地域的不同，我們通常將其稱為地域差別。從施工的觀點來看，不同地區(qū)的地理環(huán)境和水文狀況都是不一樣的，在某些情況下，同一個城市的地理和環(huán)境也是天壤之別。依照前面所述，由于目前我國大部分基礎設施工工程都受當代建筑施工思想的影響，目前國內(nèi)大部分深水基坑工程都具有明顯的環(huán)保特征，相通設計人員及施工人員的環(huán)保意識相對較高[2]。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，地基上的震動可以使周圍的水體發(fā)生變化，而且應力變化還會使周圍的土壤發(fā)生變化，對周圍的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的破壞。因此，在進行深水基坑巡查時，必須隨時關(guān)注周圍的地質(zhì)和水對周圍環(huán)境造成的污染和影響。

在建筑工程行業(yè)進入新世紀后，采用了旋挖鉆機引孔技術(shù)，相比較傳統(tǒng)的灌注樁施工，其施工率更高。近年來，鉆孔灌注樁法在基礎施工中的使用越來越多，已逐步為基礎工程施工提供了技術(shù)支持。經(jīng)過長期在深水基坑防護中的應用，逐步形成了旋轉(zhuǎn)鉆孔樁施工技術(shù)的大批量應用。

（1）旋挖鉆機引孔技術(shù)具有對環(huán)境污染小，施工速度高，鉆孔半徑大等優(yōu)點。目前的基礎施工技術(shù)都具有環(huán)境友好性，必須確保這項技術(shù)符合相關(guān)的環(huán)境要求。為此，采用旋轉(zhuǎn)樁施工工藝進行了回采，并將鉆頭改為干穿，將常規(guī)鉆井設備的噪聲最小化。另一方面，由于工程建設的自動化程度越來越高。

（2）旋轉(zhuǎn)樁法具有移動方便快捷，樁孔定位準確等技術(shù)特點。隨著機械化程度的逐步提高，目前大部分的旋轉(zhuǎn)鉆機都配備了輪式起重機，使得挖掘機可以迅速地到達預定位置[3]。除了步行方便，旋轉(zhuǎn)鉆具的鉆孔定位準確，相對于常規(guī)的鉆孔定位，目前我國采用的是利用兇猛工具進行精確的定位，促使鉆機處于最佳地鉆進狀態(tài)。借助于主起重機的操縱裝置，可以在任何時候調(diào)節(jié)支架的豎直性，從而確保了引孔質(zhì)量。

3 旋挖鉆機引孔施工技術(shù)的優(yōu)勢分析

3.1 工作效率較高

目前，常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆具的開孔期一般為2~4 個工作日，遇到堅硬地層，開孔期可達7d 以上。而采用旋挖鉆機，其鉆孔周期僅為1~3h，大幅度地提升了作業(yè)的工作效率，并有效地減少了工期和費用。而常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆機在施工過程中碰到了地面上的障礙，不能再進行鉆孔，而采用旋轉(zhuǎn)鉆機，則可以利用螺旋鉆頭持續(xù)鉆孔，直到形成鉆孔為止。這是因為它的工作方式是通過將鉆桿與鉆頭聯(lián)結(jié)，通過液壓缸的加壓，使其迅速旋轉(zhuǎn)，同時，鉆具與鉆桿之間采用相同的銷釘，使操作工人可以迅速地將鉆具拆除。

3.2 施工效果較好

一般用于基礎支撐樁基的常規(guī)鉆孔設備，其支架和鉆柱一般都比較單薄，所以在工程實踐中采用了依靠重力保持其垂直。在此條件下，在鉆孔過程中，如果碰到堅硬的巖石，將會對其產(chǎn)生不良的作用。而且，常規(guī)的鉆孔設備消耗大量的泥漿，而且這些泥漿中所含的雜質(zhì)難以去除，對水下的水泥質(zhì)量造成了一定的影響。不過，旋轉(zhuǎn)鉆機的鉆柱和支架比一般的鉆機要穩(wěn)定得多，而且它還安裝了一個可以根據(jù)鉆塔垂直度和井眼深度的自動測量系統(tǒng)，具有可擴展和自動調(diào)整的能力[4]。另外，旋轉(zhuǎn)鉆具在工程中基本上不會損壞泥漿，對水下的水泥品質(zhì)也沒有什么影響。

4 深水基坑防腐方案

拆除后的堆土地基應采取平整措施，從而減小地基的挖掘深度。在深水基坑開挖區(qū)中，有以下6 種土質(zhì)類型：①雜填土、①1泥質(zhì)填土。②泥質(zhì)圓礫卵石。③粉質(zhì)黏土。④含角礫粉質(zhì)黏土。⑤粉質(zhì)黏土，基體以（泥質(zhì)）圓礫卵石為主。⑥含角礫質(zhì)黏土，部分以粉質(zhì)黏土為主。根據(jù)施工場地的實際地質(zhì)條件、場地周邊環(huán)境及相關(guān)工程經(jīng)驗，在工程周邊采取排樁式、錨桿式或內(nèi)防護措施，并配合截流帷幕進行地下水隔流。提出了一種用高壓旋噴灌注樁法進行截流的方法。在基坑開挖中，應用旋轉(zhuǎn)法進行了基坑開挖和排水支護。

5 旋挖鉆機引孔施工方法

5.1 工作原理

旋轉(zhuǎn)鉆機的旋轉(zhuǎn)鉆柱能夠自由地收縮，利用旋轉(zhuǎn)鉆具的重量和油缸壓力等各種力量進行自動地旋轉(zhuǎn)，利用旋轉(zhuǎn)鉆具、旋轉(zhuǎn)力量將泥土和碎石填滿鉆管，再利用卷揚的時機將土壤和碎石清除，從而產(chǎn)生一個引孔。旋轉(zhuǎn)掘進機的旋掘工法有兩種：干旋掘工法和濕旋掘工法，用于堅硬的黏土，濕旋掘工法用于靜止的鉆井巷道。

5.2 施工質(zhì)量控制難點

5.2.1 護筒埋設

我國現(xiàn)在大力推廣采用鋼質(zhì)套管，其管徑通常要大于樁徑大20~40cm。在進行工程前，工人需要到現(xiàn)場查看，看看有沒有必要對鋼管進行焊接，如果要進行焊接，必須在15cm 的鋼筋上做刀腿。在安裝護管之前，必須先清理道路，再使用旋轉(zhuǎn)打樁，再將引孔位置的泥土挖出一塊，這樣就不會造成壓力，并將其掩埋在泥土中。在進行護筒埋入期間，必須將護筒中心垂直線與樁中心線對齊，護筒中心距樁心誤差不超過50mm，護筒的垂直度不得超過0.5%（使用濕旋鉆工藝時，必須保證鉆孔的泥水平面），如果出現(xiàn)偏移，必須立即進行補救，在護筒埋放后，必須對護筒周圍進行泥土回填壓實作業(yè)。

5.2.2 清孔

（1）采用專用的清碴鉆孔：為了滿足引孔的深度，必須使用專用的清碴鉆筒進行清理。在鉆孔入井時，鉆桿與鉆桿之間的空隙較小，為避免鉆桿的懸掛和減小抽吸力，在選擇鉆具時，必須設置一個排屑口，在鉆具上安裝一個引導機構(gòu)，開啟機構(gòu)盡可能接近于鉆頭的中央，可以選擇機械和清除桶或復合形狀鉆具。在鉆孔清理后，泥漿的密度應該在1.20 以下，黏性為18~20s。

（2）沉積物的厚度：要精確地測量沉積物的厚度，如果測量方式不對，會導致沉積物的厚度判斷錯誤，從而無法對沉積物的厚度進行有效的控制。沉淀層的厚度=最終的鉆孔深度－清除后的深度，達到設計要求?，F(xiàn)有測定渣層厚度的主要方式包括：用繩索（錘）、取樣盒、沉淀器檢定等。旋挖鉆機引孔在深水基坑防護中的應用。

6 深水基坑防護中旋挖鉆機技術(shù)的應用要點

6.1 測量定位

在測量與定位階段，首先要審核設計圖，然后進行測量和放樣。同時，在工地上要合理規(guī)劃出道路，既要保證工地平整，又要滿足工程的通行要求。然后，施工隊將著手制作鉆孔架，制作和埋設護筒，準備泥漿，安裝電源和給水系統(tǒng)，并保證工程機械和材料的及時到達工地。同時，還要根據(jù)實際情況，充分掌握工程資料、資料等，為工程設計的正確選用提供科學依據(jù)，以保證工程建設的正常進行。

6.2 調(diào)制泥漿

在配制鉆孔液時，首先需要明確淤泥與沉積物的確切方位，然后在進行掘進時，要保證所選沉降槽的高度要比淤泥槽高，事先對淤泥進行沉淀。另外，因為泥漿槽里裝的水比井里的水要多，所以一般要比水槽大1.5 倍。

6.3 鋼筋籠下放

在下料階段，必須事先更換鉆孔中的水泥，以保證更換出的鉆井液質(zhì)量符合有關(guān)規(guī)定，從而減少鉆孔中的泥沙含量。同時，在進行鋼筋籠子的下落作業(yè)時，工人要隨時留意其豎直性，如遇障礙，切勿用力松開，以免對孔內(nèi)產(chǎn)生無謂的刮擦，并可達到孔壁崩塌速率的目的。對于下部管道沉積物比較多的問題，采用氣舉反流清渣器進行二次清理[5]。另外，為了減少連續(xù)崩塌的可能性，需要對鉆孔的時機、更換鉆井液的品質(zhì)和壓力的流速進行適當?shù)恼{(diào)整。

6.4 旋挖成孔

在回采過程中，施工單位要清楚地認識到引起孔眼位移的因素，如審核不嚴謹、對孔眼產(chǎn)生干擾、記錄不精確等。所以，為了保證樁位置符合有關(guān)規(guī)定，必須以護套為基準，對孔位中心進行嚴密的監(jiān)控。當采用軌道旋轉(zhuǎn)掘進器進行定位時，施工工人必須先確定樁的中心相對坐標，然后確定樁的中心支座的坐標，然后把它們?nèi)夸浫胄D(zhuǎn)鉆計算機。同時，利用全站儀測量鉆孔中心的坐標，采用十字形交叉進行校準。同時，工人們還可以在套管頂端1/4 個圓的空隙中，采用兩條廣線，采用十字形方法對中心進行校正，這樣以后工作人員就可以重新檢驗它了。應指出，當樁長度超過某一限度后，其旋轉(zhuǎn)時，很容易發(fā)生上部的劇烈搖晃，從而引起鉆孔的傾角。這就要求工人們可以利用導軌，使鉆桿上的導流管得到有效的操縱，從而使導軌可以安裝在旋轉(zhuǎn)鉆機的鉆臺上，從而使它可以沿著導軌進行鉆井。

在鉆孔作業(yè)中，要視具體的地質(zhì)條件而定：從堅硬的巖層到松軟的巖層，可以適當提高鉆井速率；在軟巖向堅硬巖性轉(zhuǎn)變時，應放慢速度；對于易收縮的儲層，要合理加大鉆孔數(shù)量，以避免鉆頭的收縮；為了增加鉆井速度，對硬質(zhì)塑料層孔進行快速鉆孔；而在沙層中，緩慢的鉆井速度較低，并適當提高了泥漿的比重和粘性。對進、出口泥漿指標進行測試，如有不符合要求，應立即進行修正，當鉆孔達規(guī)定深度后，應對其進行現(xiàn)場余量，經(jīng)監(jiān)督人員確認后，方可進行首次清洞。

6.5 鉆進過程常見情況及處理措施

合理地選擇鉆機下刀齒的外形及尺寸，可選用軟臥式刀片，刀片較小，刃角較小，齒寬也略大。硬質(zhì)材料應選擇更大的切削角度和更細的彎角齒輪。軟地層，尤其是粘性土壤，要留出較長的間距，以防泥漿粘著，而糊鉆會大大地影響鉆井的效果，在提升后，要定期對下邊的鋸齒進行定期的檢查，定期清除齒之間的粘泥，并將磨損的齒輪換掉。在不帶泥的沙層、流沙、流化床等地質(zhì)情況較壞的情況下，由于井眼容易出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象，為了確保井壁的穩(wěn)定性，必須根據(jù)表層土壤疏松的程度，在孔洞中放一根合適的套管，并在一定程度上增大了泥漿的比重，以維持井眼的高度。在鉆井過程中，如果巖體堅硬，每次鉆孔深度過低，則采用螺桿式或采用沖擊式鉆具進行鉆孔作業(yè)。

7 結(jié)語

綜上所述，旋挖鉆機引孔施工具有占地少，施工效率高，施工速度快，施工質(zhì)量好的特征，將其應用與深水基坑防護中可以保證施工的安全性，讓防護工程適應能力更強，承載能力更強，且對鄰近地區(qū)的環(huán)境影響較少。由于地質(zhì)條件、施工方案和施工條件等諸多原因的影響，因此，本文所述的施工技術(shù)具有較強的適應性，對相似地質(zhì)條件下旋挖鉆機引孔在深水基坑防護中的應用具有指導和借鑒作用。