旋挖鉆機引孔在深水基坑防護中的應用

高飛虎

（中鐵十二局集團海南工程有限公司，海南海口 570000）

0 引言

旋轉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勢。①鉆孔的高品質，可以保證施工質量，提高工作的工作效果。②可以降低工程對周圍的環境的影響，改善人們的生活質量，從根本上減少了常規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，使鉆機在鉆井作業時，能夠在鉆柱的自重和動力源的雙重驅動下，確保鉆井的轉速。鑒于以上種種優勢，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量都得以改善。

1 深水基坑工程與旋挖樁

施工單位在確保基礎地質條件的基礎上進行施工。深水基坑防護是地質勘探、巖土勘探、結構法和巖土試驗技術等相關技術的總稱。深水基坑防護包括：巡程勘察、支護結線的規劃和施工、開挖和回填、地下水控制、信息化巡檢和周圍的環境防護。目前，深水基坑防護施工簡單、安全、經濟是施工作業的唯一準則，最常用的作業方式是擴大坡面，但往往會受施工現場及外界因素的影響。

旋轉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，也稱為旋轉式鉆探。在國內科學研究的發展下，出現了自動化、智能化的生產方式，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，幫助施工企業節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，我國大多數深水基坑的巡視都是采取臨時性的。在臨時支撐系統中，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相比。其次，在深水基坑開挖過程中，存在著顯著的區域性特征。在國內，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，不同地區的地理環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，目前國內大部分深水基坑工程都具有明顯的環保特征，相通設計人員及施工人員的環保意識相對較高[2]。根據監測結果，地基上的震動可以使周圍的水體發生變化，而且應力變化還會使周圍的土壤發生變化，對周圍的生態系統產生更大的破壞。因此，在進行深水基坑巡查時，必須隨時關注周圍的地質和水對周圍環境造成的污染和影響。

在建筑工程行業進入新世紀后，采用了旋挖鉆機引孔技術，相比較傳統的灌注樁施工，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支持。經過長期在深水基坑防護中的應用，逐步形成了旋轉鉆孔樁施工技術的大批量應用。

（1）旋挖鉆機引孔技術具有對環境污染小，施工速度高，鉆孔半徑大等優點。目前的基礎施工技術都具有環境友好性，必須確保這項技術符合相關的環境要求。為此，采用旋轉樁施工工藝進行了回采，并將鉆頭改為干穿，將常規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）旋轉樁法具有移動方便快捷，樁孔定位準確等技術特點。隨著機械化程度的逐步提高，目前大部分的旋轉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，旋轉鉆具的鉆孔定位準確，相對于常規的鉆孔定位，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。借助于主起重機的操縱裝置，可以在任何時候調節支架的豎直性，從而確保了引孔質量。

3 旋挖鉆機引孔施工技術的優勢分析

3.1 工作效率較高

目前，常規旋轉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的工作效率，并有效地減少了工期和費用。而常規旋轉鉆機在施工過程中碰到了地面上的障礙，不能再進行鉆孔，而采用旋轉鉆機，則可以利用螺旋鉆頭持續鉆孔，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結，通過液壓缸的加壓，使其迅速旋轉，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，將會對其產生不良的作用。而且，常規的鉆孔設備消耗大量的泥漿，而且這些泥漿中所含的雜質難以去除，對水下的水泥質量造成了一定的影響。不過，旋轉鉆機的鉆柱和支架比一般的鉆機要穩定得多，而且它還安裝了一個可以根據鉆塔垂直度和井眼深度的自動測量系統，具有可擴展和自動調整的能力[4]。另外，旋轉鉆具在工程中基本上不會損壞泥漿，對水下的水泥品質也沒有什么影響。

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。在深水基坑開挖區中，有以下6 種土質類型：①雜填土、①1泥質填土。②泥質圓礫卵石。③粉質黏土。④含角礫粉質黏土。⑤粉質黏土，基體以（泥質）圓礫卵石為主。⑥含角礫質黏土，部分以粉質黏土為主。根據施工場地的實際地質條件、場地周邊環境及相關工程經驗，在工程周邊采取排樁式、錨桿式或內防護措施，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

旋轉鉆機的旋轉鉆柱能夠自由地收縮，利用旋轉鉆具的重量和油缸壓力等各種力量進行自動地旋轉，利用旋轉鉆具、旋轉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，從而產生一個引孔。旋轉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 施工質量控制難點

5.2.1 護筒埋設

我國現在大力推廣采用鋼質套管，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。

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，開啟機構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。現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，并保證工程機械和材料的及時到達工地。同時，還要根據實際情況，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，以保證工程建設的正常進行。

6.2 調制泥漿

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量符合有關規定，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，以免對孔內產生無謂的刮擦，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，為了減少連續崩塌的可能性，需要對鉆孔的時機、更換鉆井液的品質和壓力的流速進行適當的調整。

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、對孔眼產生干擾、記錄不精確等。所以，為了保證樁位置符合有關規定，必須以護套為基準，對孔位中心進行嚴密的監控。當采用軌道旋轉掘進器進行定位時，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，然后把它們全部錄入旋轉鉆計算機。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，其旋轉時，很容易發生上部的劇烈搖晃，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。

在鉆孔作業中，要視具體的地質條件而定：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變時，應放慢速度；對于易收縮的儲層，要合理加大鉆孔數量，以避免鉆頭的收縮；為了增加鉆井速度，對硬質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，當鉆孔達規定深度后，應對其進行現場余量，經監督人員確認后，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、流化床等地質情況較壞的情況下，由于井眼容易出現崩塌現象，為了確保井壁的穩定性，必須根據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。

7 結語

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，且對鄰近地區的環境影響較少。由于地質條件、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具有較強的適應性，對相似地質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。