軟土地區旋挖鉆機施工技術研究

程 亮

（北京市地質工程公司，北京 100143）

軟土地區旋挖鉆機施工技術研究

程 亮

（北京市地質工程公司，北京 100143）

軟土是天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。其固結系數小、固結時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物理力學性質相差較大。而在軟土地區進行基礎樁施工，需要綜合考慮施工進度、場地地層條件及施工場地的實際情況，從施工機具合理選擇配置、施工現場綜合管理、人員協調管理等多方面進行針對性分析研究。結合項目情況，詳細介紹了成孔技術優化、鉆具優選、護筒選擇、鉆進速度控制、合理配置施工機械、優化施工次序及操作人員甄選等內容，提出了軟土地區利用旋挖鉆機進行灌注樁施工的技術措施和管理建議，對今后同類項目的開展具有現實的借鑒意義。

軟土地區；旋挖鉆機；施工技術措施

0 前言

軟土是天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。其固結系數小、固結時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物理力學性質相差較大（張曉軍，2011）。

本工程經過綜合考慮，選用鉆挖鉆機作為主要成孔設備。旋挖鉆機是一種樁基工程中成孔作業的施工機械（王曦等，2008），比較適合于穿越一般粘性土及其填土、粉土、黃土土層，小型機最佳成孔直徑0.6～1.2m，其施工效率高，成孔精度好（王文明，2013）。目前在國內外工業及民用建筑、高速鐵路路基等不同行業的鉆孔灌注樁施工都得到了非常廣泛的應用，尤其在發達國家已經成為大直徑鉆孔灌注樁施工的首選機型（閔培雄等，2013；盛壽橋，2014；凌旭輝，2013）。旋挖鉆機及施工工藝在我國北方地區也得到廣泛的使用，但在南方地區特別是沿海或其他軟土地區的大規模使用還相對較少，在實際的施工中需要通過多方面的工藝改善或針對性的改進措施，才能得到比較好的施工效果（周紅軍，2009；孔偉等，2008；薛偉，2000）。項目實施中，綜合考慮施工進度、場地地層條件及施工實際情況等多方面因素，從施工機具合理選擇配置、施工現場綜合管理、人員協調管理等多方面進行針對性分析，通過對施工工藝、施工流程、提高綜合管理能力等多方面的優化，克服了軟土地區灌注樁施工過程采用常規的正反循環鉆機出現的施工難度大、成孔精度低、高污染、效率低的缺點，圓滿完成施工任務的同時，達到了技術先進、質量合格、經濟合理的綜合目標，對軟土地區其他類似項目也是有益的參考。

1 工程概況

工程施工場地位于山西省太原市小店區太原經濟技術開發區開元街，3#、4#、5#樓均采用鉆孔灌注樁+平板板式筏板基礎。鉆孔灌注樁直徑為700mm，樁長為28m。

小店區屬于山西省內軟土土性較為明顯的區域。據巖土工程勘察報告，場區地基土以粉質粘土、粘質粉土為主，土質較軟，尤其是第三層粉質粘土層，呈軟塑、流塑狀態。地下水綜合水位埋深為1.90～4.35m，標高為769.10～771.71m。

2 施工機械的選擇

本工程基礎樁為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁位排布較密，樁數較多，采用非擠土成樁工藝較為適宜。受土層較軟大型機械無法坑下作業的制約，基礎樁成孔施工均在地面進行。單樁空樁施工近10m，而基礎樁成孔精度要求較高，不宜采用潛水鉆機、正循環鉆機、反循環鉆機，其施工速度相對較慢，且排放泥漿數量較大。受場地條件的制約，也不能大面積展開施工。施工前期受現場電力供應不足限制，基礎樁施工設備必須選擇自備施工能源類型機械，經過審慎考慮，最終選用旋挖鉆機。

3 施工工藝

旋挖成孔是通過底部帶有活門的桶式鉆斗回轉破碎土體，并直接將其裝入鉆斗內，然后再由鉆機提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設計深度（張曉軍，2011）。根據地層情況的不同可采用干作業法或濕作業法施工工藝，對較差土層情況，需采用泥漿護壁濕作業工藝，靜態泥漿護壁鉆進。

4 成孔技術優化改進措施

影響旋挖鉆機成樁質量的主要考慮因素有：地層情況、鉆進深度、基樁設計類型、基礎樁設計深度及樁徑要求、沉渣控制、護壁效果等。對各影響因素的對比綜合分析，結合地層特點，對鉆機配套設備進行適應性組合及調整改進，優化工序安排，重視技術操作細節，才能取得較好的施工效果。本文主要就旋挖鉆機成孔技術措施有關問題進行探討。

（1）鉆具選擇及改進措施

旋挖鉆具主要分為旋挖鉆斗、長螺旋鉆頭和巖石筒鉆等三種，旋挖鉆斗主要用在第四紀土層的鉆進。旋挖鉆斗由連接座，開合機構，斗體，斗底，擴孔機構等幾部分組成。根據不同場地及地層條件，一般對斗體，斗底，擴孔機構等部分進行改進。

受成樁樁徑（700mm）及連接端頭大小限制，斗體錐度受限，鉆斗理論進土量一定，調整余地不大，但斗體增設2～3個排漿孔（直徑約8～9cm）后可明顯增加鉆斗提升時排漿效率，增加單次有效進土量。

斗底根據不同土層的適應條件，主要有單底板鉆斗或雙底板鉆斗。單底板鉆斗使用粘土層及干作業施工，雙底板鉆斗主要用于砂土、小粒徑卵石層及濕作業鉆進。

工程初期兩種鉆斗都有采用，2#鉆機采用雙底板鉆斗，7#鉆機采用單底板鉆斗，施工情況見圖1。

圖1 2#、7#鉆機施工速度對比Fig. 1 Comparison of 2# and 7# drilling rig speed

單底板鉆斗成樁速度約為2～3根/天，雙底板鉆斗成樁速度約為4～5根/天，施工效率提高約33%～70%，雙底板鉆斗的孔底沉渣挖除也明顯優于單底板鉆斗，有利于軟土及具軟土特性地區的成樁及清孔。

7#鉆機于4月份及時更換為雙底板鉆斗，施工速度增加至4～5根。施工情況統計見圖2。

圖2 7#鉆機月施工進度對比Fig. 2 Comparison of the construction speed of 7# drilling rig

（2）護筒選擇優化措施

據勘察報告，本區域地下水綜合水位埋深為1.90～4.35m。初期選用2m長護筒（直徑1.0～1.2m），但護壁效果不夠理想，尤其是6～16m層位進尺較慢，成孔效果不佳。根據初期鉆進的情況，改用4m，6m（直徑1.0～1.2m）加長鋼護筒，有效防止了孔壁滲透坍塌，改善了6～12m范圍內軟弱性土層的鉆進速度和成孔情況，減小孔壁受鉆進震動的影響，確保了成樁質量，提高成孔速度20%～40%。

（3）鉆進速度控制

據成孔鉆進數據統計分析，單樁4～6m以上鉆進、成孔均較為正常，鉆斗有效進土量能夠達到斗容量的60%～70%，成孔時間約為30分鐘。6～16m土層為第三、四層粉質粘土層，土層極為軟弱，呈軟塑流塑狀態，此部位具有高觸變特性，若單次進尺過大，易引起較為明顯的活塞效應，鉆進擾動后超徑現象加劇。分析對比多鉆機施工實測數據，單次鉆進50～60cm時，鉆斗進土量控制在30～40%之間，穩步鉆進可縮小擾動影響半徑，提高鉆進效率，6～16m成孔時間約2小時。16～38m部位土層條件有所恢復，鉆進速度趨正常。

（4）合理配置施工機械、優化施工次序

受工程總進度要求和基礎樁施工工程總量較大的影響，施工高峰階段同時施工旋挖鉆機總量逾10臺，但根據日施工樁總量統計分析（以4月份4號、5號樓日施工基礎樁數量為例），4月7日至4月18日8臺旋挖鉆機平均施工總量為28.17根/天，而4月19日至4月30日9臺旋挖鉆機平均施工總量僅為26.11 根/天，施工效率降低約21.35%。

結合本場地土層特點及基礎樁布樁情況，綜合分析，產生施工降效的主要原因為軟土地層特別是飽和的粘土、粉土層，強度較低，自穩性較差，具有高觸變特性，一旦擾動自行恢復周期較長。本工程4號、5號樓基礎樁樁間距基本在2.1～2.5m之間，樁量較大排布密集，多臺鉆機同時施工，施工分區交接部位極易受擾動，施工降效嚴重。

針對土層擾動的問題，現場及時采取了場地輪替修整的方案，以5月18日至6月15日時間段內太原孵化基地5號樓基礎樁施工為例（本區域面積小，安排2臺鉆機施工）。5月28日～6月7日停止作業場地修整約10天后，同場地條件施工效率提高25～45%。

執行場地輪替修整方案的同時，又及時從場地安排、施工區域劃分、場地內同時施工機械數量控制、調整施工分區交接部位兩側施工次序及間歇等多方面進行了規劃和布置，施工速率提高效果顯著。就本工程而言，單鉆機合理工作區域為2784～3216m2。

（5）甄選經驗豐富的操作人員

軟土地層鉆進施工，比較明顯的操作難點為鉆斗抓土量和鉆機進尺等問題的掌控。由于周邊孔壁周邊土層較為軟弱，鉆進時鉆感不明顯，易產生壓入層位的情況，流墜后易包裹在鉆斗周圍，粘結現象比較明顯。且各層土差異性較大，儀表顯示的鉆斗進土量也不盡準確，提鉆時機、分層鉆進速度掌握要求較高。

因此，施工前期準備階段，甄選熟悉作業區域，經驗豐富的操作人員，施工中及時進行操作技術、經驗交流、推廣，施工后及時進行經驗梳理、總結，對于整體施工水平的提高大有裨益。

5 結論

（1）科學選擇施工機械

施工后期，由于基礎樁施工區域空樁較多，區域較軟，已不適宜大型機械進入施工，少部分基礎樁采用潛水鉆機（正循環）泥漿護壁工藝，經現場實測，日施工速度為1.5～2.0根/天，僅為旋挖鉆機施工效率的30%～40%（旋挖鉆機本場地施工速度為5～6 根/天），施工工期無法保證，且泥漿排放、置換量巨大，工后場地處理難度凸顯。

本工程基礎樁施工按預定工期圓滿完成，施工機械的科學選擇和高質量的專業施工隊伍是工程質量、進度、綜合經濟效益的有利保障。

（2）合理配置工程機械，科學規劃施工生產

根據工程規模、技術特點及差異性地層特點，科學配備基礎樁工程施工機械，控制在規模施工各區域承載范圍以內，能夠確保施工質量、施工進度，對施工管理、施工投入控制有利。對總體工程而言，科學規劃施工方案，在集約控制機械投入總量的基礎樁上，圓滿完成施工任務，施工機械的科學選擇和高質量的專業施工隊伍是工程質量、進度、綜合經濟效益的綜合保障。

（3）總結施工經驗，促進技術革新

在軟弱土性比較明顯地區施工，必須及時總結經驗，積極研究，拓展思路，針對工程的差異性特點，改進完善工藝方法，適時調整機械配件性能以滿足施工需要，持續改進才能更好的完成施工任務。就技術總結和技術革新本身而言，設備配套是施工的硬件基礎，操作技能是施工的軟基礎，經驗積累磨合施工軟硬基礎的潤滑劑，必須持續不斷的探索三者的有機統一關系，共同促進發展，才能在生產實踐中做的更好。

［1］張曉軍. 旋挖鉆機在碎卵石地層鉆進施工技術［J］.黑龍江科技信息，2011，15（6）：242.

［2］王曦，徐輝雄. 旋挖鉆機施工中常見問題分析及對策［J］. 探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，35（4）：58～59.

［3］王文明. 軟土地區提高旋挖鉆機成孔質量的措施［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2013，57（9）：68～71.

［4］閔培雄，王鑫，劉桂榮. 旋挖鉆孔灌注樁在軟土地基中的應用［J］. 建筑施工，2008，30（1）：53～55.

［5］盛壽橋. 旋挖鉆機在軟弱地質條件下樁基施工技術的研究［J］. 浙江交通職業技術學院學報，2014，14（3）：43～46.

［9］凌旭輝. 軟土地基大直徑鉆孔灌注樁旋挖成孔的施工控制［J］. 建筑施工，2013，35（6）：460～462.

［7］周紅軍. 旋挖鉆進技術適用性的初步研究［J］. 探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36（8）：39～45.

［8］孔偉，段新勝，劉朝陽，胡漢軍. 旋挖鉆機提鉆速度對井壁穩定的影響分析［J］. 探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，35（1）：55～57.

［6］薛偉. 旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝技術［J］. 福建建設科技，2000，15（3）：4～5.

Research on the Rotary Drilling Rig Technology in Soft Soil Area

CHENG Liang
（Beijing Geo-engineering Company ，Beijing 100143）

Soft soil is a fne-grained soil with high water content， high void ratio， high compressibility and low shear strength， which has small consolidation coeffcient， long consolidation time ， high sensitivity ， easy disturbed，poor water permeability， complexity in soil layers， and the physical and mechanical aeolotropism . The foundation pile construction in soft soil area needs to consider the project schedule， site formation conditions and construction site of the actual situation， the reasonable alternative construction equipment， construction site management， staff management， etc. Combined with the actual situation of the project， the paper detailed studies the rotary drilling rig technical measures in soft soil area， such as the construction equipment configuration， reasonable selection of construction site， personnel management and coordination for analysis and research. The research results can provide actual guide on construction engineering.

Soft soil area； Rotary drilling rig； Construction engineering

U445.551

A

1007-1903（2016）03-0027-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.03.005

程亮（1983- ），男，研究方向：基坑工程設計與施工。E-mail：914667699@qq.com。