一、工程概况：
京沪高速铁路泗河特大桥位于山东省曲阜市境内。泗河特大桥起止桩号DK514+786.04～DK531+971.43，桥梁全长17.185km。共计灌注桩基础4418根，桩径1.0m，1.25m。桥址区表面覆盖第四系全新统冲积层、第四系上更新统冲积层、下伏第三系始、渐新统砂岩、泥岩及砾岩，局部上覆人工堆积层。由上至下为素填土、粉质黏土、黏土、砂层、砾岩、砂岩、泥岩、砂岩等，基本承载力σ=270～600kpa。泗河特大桥地下水水位埋深一般在3～10m，大气降水为地下水的主要补给来源。
旋挖钻机成孔特点,京沪高速铁路,山东省曲阜市境
一、工程概况：
京沪高速铁路泗河特大桥位于山东省曲阜市境内。泗河特大桥起止桩号DK514+786.04～DK531+971.43，桥梁全长17.185km。共计灌注桩基础4418根，桩径1.0m，1.25m。桥址区表面覆盖第四系全新统冲积层、第四系上更新统冲积层、下伏第三系始、渐新统砂岩、泥岩及砾岩，局部上覆人工堆积层。由上至下为素填土、粉质黏土、黏土、砂层、砾岩、砂岩、泥岩、砂岩等，基本承载力σ=270～600kpa。泗河特大桥地下水水位埋深一般在3～10m，大气降水为地下水的主要补给来源。
二、旋挖钻机成孔特点：
根据桥址地质情况，施工单位选择了以旋挖钻机成孔为主的施工方法。 与传统的正反循环钻机相比，旋挖钻机具有成孔速度快的特点，其工艺优点为：（1）孔壁不易产生泥皮。因为在成孔过程中孔壁一直都受钻斗的刮擦。（2）在孔壁上形成较明显的螺旋线。这两点有助于增加桩的摩阻力，提高桩的质量。缺点：因为不易形成护壁泥皮，护壁性相对较差，容易缩径、塌孔。三、砂层地段旋挖钻成孔工艺总结 在我国，无论是旋挖钻机的制造者还是使用者，其实践的时间仍然很短，经验及其积累仍然有限。在铁路规范及验收标准、技术指南中，针对旋挖钻机施工的条文很少，多数是参考正反循环旋转钻机施工的相关技术要求，但两者之间成孔工艺区别还是很大，针对性不强。目前旋挖钻机已在桩基础施工中普遍使用，迫切需要制定专门技术要求指导、规范旋挖钻施工的各个环节。这要求积累大量工程数据作为支撑，也就需要较长时间的考证。这在客观上造成了施工规范上的滞后现象。
下面以泗河特大桥桩基监理过程中遇到的问题及应对措施、所总结的砂层地段旋挖钻机成孔工艺做简单探讨，供大家参考。
泗河特大桥桥址地层中大部分都夹有砂层，埋深3～20m左右，厚度2～7m，多为透水性较强的粗砂层，宜塌孔。在施工初期遇到一些问题，通过分析，主要是缺乏旋挖钻机施工经验，对旋挖钻机成孔工艺的优、缺点认识不足，制定的施工工艺针对性不强。
1、问题：泗河主河道段桩基施工，出现终孔验收合格后，安装钢筋笼、导管后（这个过程的时间不超过1小时），检测沉渣厚度超标。
原因分析：出现这种情况的原因是泥浆性能差，比重均小于1.1。施工单位认为旋挖钻机成孔，旋挖斗将钻渣全部提出，不像旋转钻机或冲击机钻依靠泥浆排渣，所以泥浆中含渣量小，在保证孔壁稳定的情况下泥浆比重可调的相对小一些，这样也容易满足清孔验收指标的要求。但是在穿越砂层时，还是有相当数量的沙子混入泥浆中，其含量超过泥浆本身的浮渣能力。在终孔后，安装钢筋笼和导管过程中，泥浆处于静止状态。由于泥浆比重较小，浮渣能力弱，沉渣迅速沉淀到孔底，导致沉渣厚度超标。 解决措施：1、适当增大钻孔时的泥浆比重，增强泥浆本身的浮渣能力；2、终孔时孔底预留30㎝暂时不挖，待孔静置2至3小时，沉渣沉淀后随同底部预留的30㎝一同挖出，达到次清孔的目的；3、导管二次清孔或旋挖钻机二次清孔（需提出导管和钢筋笼）。
2、问题：终孔后持续塌孔，甚至塌至地表，造成成孔失败，不得不回填。原因分析：砂层较厚4～6m、且是粗砂，透水性强。旋挖钻机钻进速度快，筒形钻头的活塞作用使孔壁不能形成护壁泥皮。护壁泥浆比重小，与砂层中水的压力差不足以维持孔壁的稳定。
解决措施：1、增大泥浆比重，可参考《客运专线桥涵施工技术指南》第3.2.2条，取上限指标。2、在砂层钻进时，放慢钻进速度，提、放钻头时放慢速度。
3、问题：有些孔在导管二次清孔时，在砂层或砂砾层部位出现塌孔。 原因分析：1、终孔后，由于种种原因未能及时灌注砼，静置时间长（一般超过24小时），砂层位置变松散；2、清孔时降低泥浆比重至1.05～1.1之间（清孔验收指标），孔内泥浆比重不足以维持砂层处孔壁的稳定，泥浆循环冲刷孔壁。解决措施：1、优化现场管理，各工序之间尽量连续施工；2、砂层较厚时，钻进时选用较大的泥浆比重，清孔时泥浆比重不宜1.15～1.2；3、减少导管清孔时间，将孔底沉渣翻动悬浮后，灌注封底砼。如孔底沉渣厚度满足要求，可直接灌注砼。
通过分析解决以上问题，总结如下砂层地段旋挖钻机成孔工艺。
工艺说明： 1、护壁泥浆调制的性能指标应以保证孔内易塌地层孔壁稳定为准。可参照《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》第3.2.2条，旋挖钻成孔不易形成护壁泥皮，泥浆指标宜取高限。
2、钻孔过程中，及时补充泥浆，始终对孔壁保持较高的正压力，以保持孔壁稳定，但补充泥浆时严禁直接冲击孔壁，以免孔壁坍塌。
3、钻进至距设计标高30cm时，停止钻进，旋挖机可钻进其他孔位。其目的是让泥浆中所含的砂子沉淀至孔底，当泥浆中的含砂率达到一定值时（此值与泥浆比重有关），砂子就会悬浮在泥浆中，不再下沉。静置2至3小时后。将沉淀的砂子和钻渣随同剩余的30cm孔深一同钻起，这样同时达到了次清孔的目的。 4、钢筋笼和导管安装完成后，进行清孔验收，如果沉渣厚度超标就需要再次清孔。根据现场实际情况可选用导管循环泥浆清孔或提出导管、钢筋笼，旋挖钻机清孔。沉渣厚度符合设计要求可直接灌注水下砼。通过以上工艺在泗河特大桥桩基施工中推广，有效地减少了塌孔的发生，保证了成桩质量，加快了施工进度。泗河特大桥旋挖钻机成孔的三千多根桩第三方检测均为I类桩。以上工艺突出了钻挖钻机的优点，有效克服了其护壁性差的缺点，对旋挖钻机施工可起到指导作用。
四、清孔验收指标分析探讨：
现在铁路客运专线施工中，除设计有特殊要求外，桩基水下砼灌注前清孔标准均执行《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》3.2.2条第4款：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度，柱桩不大于5cm，摩擦桩不大于20cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。显然，上述验收条款并不能适用于所有情况，用于砂层地段旋挖钻机成孔验收时存在一定的局限性，因为泥浆比重降至1.1时，很容易造成砂层位置塌孔。 结合泗河特大桥桩基础监理实践，建议将泥浆比重和含砂率存在一定相对关系的概念引入清孔验收指标中。TB10203-2002《铁路桥涵施工规范》条文说明第5.2.3条“泥浆比重和含砂率有一定相对关系，当泥浆比重为1.3时，含砂率稳定在20%左右，当泥浆比重在1.2时，含砂率稳定在10%左右，此时虽然放置较长时间，也不会再继续沉淀”。建议砂层地段旋挖钻成孔清孔验收指标以孔底沉渣厚度为主控指标，泥浆比重必须保证砂层孔壁的稳定（宜为1.2～1.3，但不宜超过1.3），根据上述泥浆比重与含砂率的相对关系，含砂率不超过稳定值为准。这样既保证了孔壁的稳定，钻碴及沙子处于悬浮状态，在安装钢筋笼及导管过程中亦不会产生较多的沉淀，减少二次清孔时间甚至不需二次清孔，保证孔壁稳定。上述建议，其它成孔方法和较差地层地段成孔时亦可参考。
（作者：李金文 来源：广东省桩工工程机械有限公司）
